[发明专利]一种自整定运动控制系统与方法

说明书

本发明公开了一种自整定运动控制系统，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。本发明通过变结构方法实现高转速和高精度稳态定位闭环控制；通过电流、速度、位置三个闭环自整定方法，实现比例因子和积分因子参数自动整定。其功能完善，使用简单、方便。

技术领域

本发明是属于信号控制与测试技术领域，特别是一种自整定运动控制系统，本发明还公开了自整定运动控制方法。

背景技术

常见的运动控制系统其系统组成包括控制器、驱动器、伺服电机、电流反馈电路、速度反馈电路、位置反馈电路，主要功能是接收上位机发送的电流、速度、位置指令，控制伺服电机输出机械轴按规定的运动参数转动，广泛应用于航天、航空、雷达、火控及工业自动化领域。实际应用时，由于伺服电机的种类、电机参数、机械轴惯量、负载等均存在差异，运动控制系统与负载系统对接时需进行单独的参数调试。首先系统设计时需对常规的电机和负载惯量进行数学建模，并设计对应的整定策略；调试时，对实际使用的电机和负载惯量进行参数识别，根据匹配的数学模型调用对应的整定策略，完成电流、速度、位置三个闭环的比例因子和积分因子参数整定。

实际系统使用的伺服电机的种类、电机参数、机械轴惯量、负载等变量较多，数学建模无法覆盖所有情况，对尚未建模的应用系统，调试时只能依据人工经验进行参数整定，对接难度大、效果差、周期长，不利于运动控制系统的推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种新的自整定运动控制系统，该系统可自动获得电流、速度、位置三个闭环的比例因子和积分因子的最优调节参数，无需进行数学建模或人工参数整定。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种新的自整定运动控制方法。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种自整定运动控制系统，其特点是，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。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现。本发明所述的自整定运动控制系统，其进一步优选的技术方案是：

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。

本发明所述的自整定运动控制系统，其进一步优选的技术方案是：