[发明专利]一种电机的速度控制方法及控制系统

说明书

本发明提供一种电机的速度控制方法及控制系统，采用非对称S型速度曲线，速度控制方法包括：在电机的加速阶段，根据预设的抛物线曲线方程计算确定加速曲线方程，并以加速曲线方程控制电机加速运行；在电机匀速阶段，根据加速阶段加速终止时刻对应的速度控制电机匀速运行；在电机减速阶段，采用预设的加加速度恒定的S型速度曲线，并以该加加速度恒定的S型速度曲线控制电机减速运行。本发明通过设计一种开口向下的2次方抛物线的加速曲线，使加速阶段电机扭矩满足负载扭矩要求，在相同的加速时间内较大幅度提升电机运转的行程，进而提高加速的效率，此外，通过对整个运动过程进行合理的轨迹规划，使得各个运动阶段之间的衔接平滑无冲击。

技术领域

本发明属于运动控制技术领域，具体涉及一种电机的速度控制方法以及电机的速度控制系统。

背景技术

在机械的运动控制中，电机和机械往往无法做到直接高速启动和停止，因此需要设计合理的加减速曲线，使得启动过程和停止过程快速且平滑。尤其在加减速的过程中，希望达到在给定最高速度的情况下，加减速的时间越短越好，被控电机的运转越平稳越好，同时在基于微处理器的数字控制中，还要求控制算法的可实现性也要好。目前，常见的加减速曲线包括梯形加减速和对称的S型加减速曲线，其中，梯形速度曲线是指从启动速度到目标速度的加减速，在运动过程中是按直线方式以一定的比例进行加速和减速。对称的S型速度曲线加速和减速开始阶段速度变化比较缓慢，然后逐渐加快。在加速和减速接近结束时速度变化率再次减慢，从而使整个运动过程较为稳定。对称的S型加减速曲线的实现类型有主要有正弦曲线、2次方抛物线曲线、3次方曲线。以上梯形速度曲线和S型速度曲线速度控制方法各有特点，在实际应用中，通常是选择易于实现、平滑性较好、效率较高的算法作为运动控制过程中的加减速控制策略。

其中，梯形速度曲线是一个恒定加速度的过程，它的快速性较好，计算过程简单，在工业控制领域应用非常广泛。完整的梯形速度曲线由匀加速、匀速和匀减速三个阶段组成，在变速过程中，加速度始终保持不变。但是，梯形速度曲线在加减速开始和结束时刻加速度存在明显的阶跃突变，会造成电机的过冲和对设备的冲击，严重时会影响整机的性能和寿命。因为现有电机驱动元件的性能无法达到比较理想的动态响应，造成实际使用过程中，设备的启停速度轨迹并不是理想的斜线，还存在明显的波动，主要表现在启动时的滞后以及到达恒速时的过冲。

其次，目前对称的S型速度曲线的速度和加速度都是一个连续的变化过程，所以机械运动的平稳性较好，振动和噪音都可以控制在较低的水平。具体的，当速度曲线由正弦曲线构成时，加速度曲线也是连续的正弦曲线；速度曲线为2次方或3次方曲线时，加速度曲线是1次方或2次方连续曲线。完整的S型曲线是由七个阶段组成的，具体包括：加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段、减减速段，上述这七个阶段的运行时间可以取不同值，即加速曲线和减速曲线不是对称相等的，可以各自采用不同的曲线，进而得到很多情况下的功率耗散。S型速度曲线柔性较好，克服了梯形速度曲线中加速度突变的不利情况，大幅度减少了对机械的冲击。但是，有些要求比较特殊的设备或场合，比如高速包装机、高速制袋机，对相同时间内的加工效率、高速运行状态下停机的平稳性要求很高。常用S型速度曲线，加速和减速阶段都很平滑，可以满足高速运行状态下平稳停机的要求；但S型曲线在加速和减速阶段，其速度响应不够快速，造成相同时间内电机运转的相对行程不高，或者在相同的期望速度下，运动同样的距离所需的时间更长，进而造成设备的加工速度和效率达不到要求。

因此，为了解决常用S型曲线加速阶段速度响应不够、加速效率低下的问题，有必要开发一种速度曲线，以在不影响高速停机平稳性的前提下，提升设备的加工速度和效率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种电机的速度控制方法，以及一种电机的速度控制系统。

本发明的第一方面，提供一种电机的速度控制方法，采用非对称S型速度曲线，所述速度控制方法具体包括：

在所述电机的加速阶段，根据预设的抛物线曲线方程计算确定加速曲线方程，并以所述加速曲线方程控制所述电机加速运行；