[发明专利]一种交流伺服驱动方法

说明书

本发明公开了一种交流伺服驱动方法，包括位置环、速度环、电流环，每个环路由反馈控制器和前馈控制器组成，反馈控制器为比例调节器或比例积分调节器，前馈控制器为基于控制对象的数学模型。数字交流伺服系统是高端数控加工设备和机器人控制系统的核心功能部件，为提升交流伺服驱动器的性能，本发明提出一种以单片机为控制核心的设计方法，可灵活地应用于相关的数字交流伺服系统，提高数控机床的加工精度和伺服驱动器的动态特性，具有广泛的应用前景和实用价值。

技术领域

本发明涉及数字交流伺服系统，尤其涉及一种交流伺服驱动方法。

背景技术

数字交流伺服系统是高端数控加工设备和机器人控制系统的核心功能部件。提升国产伺服驱动器的性价比也应是厂商追求的重要目标。由于早期的单片机(MCU)或数字信号处理器(DSP)性能不足等原因，国产伺服驱动器的控制电路多采用CPLD+DSP的架构，该架构的缺点是电路复杂，成本偏高。意法半导体(ST)基于ARM Cortex-M4内核的STM32F4系列单片机自带浮点运算单元和自适应实时加速器，工作频率高达168MHz，更有数字信号处理指令集来提高芯片的运算水平，这些优异的性能，有利于伺服驱动器中矢量控制、比例积分(PI)、前馈补偿等复杂数学算法的实现，同时STM32F系列单片机拥有丰富的外设资源和专业级的电机控制接口，完全可以脱离CPLD芯片，单独作为伺服驱动器的核心控制单元，实现单核的控制电路架构。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种交流伺服驱动方法，有效地提高伺服驱动器的动态特性，从而提高数控机床的加工精度。

技术方案：一种交流伺服驱动方法，包括位置环、速度环、电流环，每个环路由反馈控制器和前馈控制器组成，反馈控制器为比例调节器或比例积分调节器，前馈控制器为基于控制对象的数学模型。

进一步地，位置环中采用比例反馈调节，适应增量编码器和上位机控制器，采用增量调节模式，表达式如下：

其中，表示指令位置增量，ΔP_P实际位置增量，k_Pp表示位置环的比例增益，E_P表示位置环的跟踪误差，表示比例反馈调节输出的指令速度；

位置环中的前馈因其输出的是指令速度的一部分，也称之为速度前馈，该前馈的输入是ΔP^*，数学表达式如下：

其中，f_Pff表示位置环的前馈函数，f_Pff表示位置环的前馈系数，用百分数表示，表示位置环的前馈输出；

位置环最终的输出表达式为：

其中，ω^*表示位置环最终输出的指令速度。

进一步地，速度环的反馈控制为比例积分调节，表达式如下：

E_ω＝ω^*-ω  (4)

其中，E_ω表示当前周期的速度环跟踪误差，E_ω(k)表示第k个周期的速度环跟踪误差，N表示当前周期数，k_ωp、k_ωi表示速度环的比例、积分调节系数，表示反馈调节输出的指令q轴电流；

速度环的前馈调节表达式如下：