[发明专利]一种机电伺服系统及其控制方法

说明书

技术领域

一种伺服系统及控制方法，属于伺服控制技术领域，主要涉及一种机电伺服系统及其控制方法。

背景技术

随着科技的发展和社会的进步，伺服电机以其高精度、高稳定性以及转速的精确控制被广泛应用在人们的日常生产中，成为了生产生活中不可或缺的高精度电机。然而，目前对伺服电机的控制主要对伺服电机的位置环和速度环进行PID调节，这种调节方式虽然可以实现对伺服电机的控制，但是控制精度低，稳定性差，不能满足人们的日常需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种机电伺服系统及其控制方法，结构简单、控制精度高、系统稳定性和可靠性高，使用寿命长。

本发明的目的是这样实现的：

一种机电伺服系统，包括伺服电机装置、位置检测装置、光耦隔离装置、主控装置和上位机显示装置，其特征在于：所述伺服电机装置、位置检测装置、光耦隔离装置、主控装置和上位机显示装置依次建立连接关系，主控装置输出端通过反馈与伺服电机装置建立连接关系。

所述主控装置包括依次建立连接关系的位置控制装置、转速控制装置、电流控制装置和功率放大装置，位置控制装置、转速控制装置、电流控制装置的输出端分别通过位置环、转速环和电流环与伺服电机装置建立连接关系。

所述位置控制装置包括位置检测传感器，所述位置检测传感器为旋转变压器，采用相位工作方式。

所述相位工作方式中相位角度为90度。

一种机电伺服系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，参数确定：确定机电伺服系统的位置环增益Kp、速度环增益Kv和电流环增益Ki。

所述位置环增益Kp和速度环增益Kv可表示为：

K_v＝c_vω_L

K_p＝c_pω_L

式中，c_v和c_p为控制器参数，ω_L机械特征参数。

步骤二，机电伺服系统建模：根据机电伺服系统的特性，将原始的交叉耦合系统建立一个四阶模型。

为了获得期望的控制性能，整定机电伺服系统控制器参数时，可以对标准化的四阶模型采用极点配置的方法确定控制器参数，从工业机电伺服系统的应用来看，为了获得期望的控制性能，在选取控制器参数时，需要满足以下的条件：(1)标准化的四阶模型具有两个实极点和和一对共轭极点；(2)共轭极点的响应分量要比主导极点的响应分量要小；(3)共轭极点的振荡分量要比主导极点的响应分量收敛速度更快。

为了获得满足期望控制性能的伺服控制器参数c_v和c_p，需要分析标准四阶模型的斜坡响应，之所以选择斜坡响应主要是因为在几乎所有的工业机电伺服系统中，每个轴的运动指令都是斜坡信号。

步骤三，公式推导：通过步骤二中的机电伺服模型，通过数学推导得出传递函数公式，根据传递函数公式得到机电伺服系统的最优解，通过主控装置实现对机电伺服系统的控制。

步骤一所述电流环采用PID调节模式进行调节、转速环采用PDFF+PI双调节模式进行调节。

转速环控制器PDFF+PI是在PDFF控制器的前馈通道上增加比例和微分作用，有助于改善转速的动态跟踪特性，比例和微分作用的引入减小了控制系统的相位滞后，当选取不同的控制器参数时PDFF+PI可以表现出不同的控制器特征。

当参数选取合适时，在一定的频率范围内，其相频特性明显改善，最后在高频段趋于-90度，始终和-180度无交点，根据图2波特图可得到PDFF+PI控制系统的幅值裕度为无穷，而相位裕度为90度，带宽210Hz。

所述位置环增益Kp不大于Kv/6。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果，本发明的结构合理，通过对伺服电机的电流环进行PID调节、转速环进行PDFF+PI双调节模式调节，大大提高了机电伺服控制的控制精度。本发明自动化程度高，系统运行稳定性和可靠性高，使用寿命长，易于实现。

附图说明

图1是本发明的整体结构图；

图2是本发明的PDFF+PI控制系统的波特图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。