[发明专利]一种自整定运动控制系统与方法

权利要求书

1.一种自整定运动控制系统，其特征在于，该系统由控制器、驱动器、无刷直流伺服电机、内环电流前馈单元和外环速度位置前馈单元组成；

控制器接收上位机的电流、速度和位置指令，经过处理后发送给驱动器，驱动无刷直流伺服电机旋转；驱动器输出相电流通过内环电流前馈单元将电流信号反馈给控制器形成电流闭环控制；通过外环速度位置前馈单元将机械角度信号转换为速度信号和位置信号，反馈给控制器形成速度闭环和位置闭环控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的内环电流前馈单元由采样电阻、线性光耦、运算放大器、浮动电源组成；通过相电流采样电阻将三相输出电流信号转化为电压信号，然后通过选用的线性光耦将电压信号隔离放大，光耦输出的差分电压信号通过运算放大器进行电压调理后输出至控制器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的外环速度位置前馈单元由旋转变压器、速度变结构电路、位置变结构电路、粗通道及精通道旋转变压器-数字转换集成电路JARI10230组成；旋转变压器与伺服电机同轴安装，将机械角度信号转换为模拟电气角度信号，JARI10230将模拟电气角度信号转换为速度信号和位置信号；速度变结构电路依据JARI10230特性，将速度按电路结构划分为7档：0.5625rps、2.25rps、9rps、18rps、72rps、288rps、1152rps，在不同的速度档位，设置粗、精通道分辨率，选择相应的粗通道或精通道JARI10230速度信号，作为速度反馈量发送给控制器；位置变结构电路通过双速处理器JD3001将粗通道和精通道JARI10230位置信号进行速比组合，依据JARI10230特性，选择相应的粗通道位置信号或组合位置信号，作为位置反馈量发送给控制器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的控制器主要由DSP及外围阻容参数组成；自整定参数包括电流、速度和位置三种类型的比例因子和积分因子；整定时上位机按电流、速度和位置的顺序分别设置阶跃运动及对应的超调量、响应时间、稳态精度范围，控制器通过穷举法对比例因子和积分因子进行扫描，通过电流、速度和位置前馈电路采集实际运动曲线，并对超调量、响应时间、稳态精度按优先级进行比较，保留最优参数，当完成穷举时，获得的电流、速度和位置三种类型的比例因子和积分因子即为自整定最优参数。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：速比为1:32的多极旋转变压器与伺服电机进行同轴安装。

6.一种自整定运动控制方法，其特征在于：控制器接收上位机的电流、速度和位置指令，经过处理后发送给驱动器，驱动无刷直流伺服电机旋转；驱动器输出相电流通过内环电流前馈单元将电流信号反馈给控制器形成电流闭环控制；多极旋转变压器将伺服电机机械角度信号转换为模拟电气角度信号，通过变结构电路、粗通道及精通道轴角转换集成电路将速度信号和位置信号反馈给控制器形成速度闭环和位置闭环控制；

根据权利要求6所述的自整定运动控制方法，其特征在于：通过相电流采样电阻将三相输出电流信号转化为电压信号，然后通过选用的线性光耦将电压信号隔离放大，光耦输出的差分电压信号通过运算放大器进行电压调理后输出至控制器。

7.根据权利要求6所述的自整定运动控制方法，其特征在于：将机械轴的速度按电路结构划分为7档：0.5625rps、2.25rps、9rps、18rps、72rps、288rps、1152rps，在不同的速度档位，设置粗精通道JARI10230芯片分辨率，选择并读取相应的粗精通道JARI10230芯片输出的速度信号，作为速度反馈量发送给控制器；粗精通道JARI10230芯片输出的位置信号通过位置变结构电路中的JD3001进行双速组合处理，依据不同的速度档位，位置变结构电路选择相应的粗通道数字角度值或组合数字角度值，作为位置反馈量发送给控制器。

8.根据权利要求6所述的自整定运动控制方法，其特征在于：自整定参数包括电流、速度和位置三种被控对象的比例因子和积分因子；整定时上位机按电流、速度和位置的顺序分别设置阶跃运动及对应的超调量、响应时间、稳态精度范围，控制器通过穷举法对比例因子和积分因子进行扫描，通过电流、速度和位置前馈电路采集实际运动曲线，并对超调量、响应时间、稳态精度按优先级进行比较，保留最优参数，当完成穷举时，获得的电流、速度和位置三种类型的比例因子和积分因子即为自整定最优参数。