[发明专利]一种基于陀螺仪辅助测量伺服电机角度的方法

说明书

本发明公开了一种基于陀螺仪辅助测量伺服电机角度的方法，包括：获取伺服电机k时刻的编码器角度和k时刻的陀螺仪角速度，将k时刻的陀螺仪角速度转换为k时刻的陀螺仪角度；设置变化率超阈值和差值阈值，计算k时刻的编码器角度与k‑1时刻的实际输出角度的变化率和k时刻的编码器角度与k时刻的陀螺仪角度的差值，当变化率大于变化率阈值且差值大于差值阈值时，将k时刻的陀螺仪角度作为k时刻伺服电机的实际输出角度；否则将k时刻的编码器角度与k时刻的陀螺仪角度进行卡尔曼角度融合，将融合结果作为k时刻的实际输出角度。本发明提高了测量过程的可靠性和测量结果的准确性，保证伺服电极正常运行的同时实现高精度转速控制。

技术领域

本发明涉及电机设备的领域，更具体地，涉及一种基于陀螺仪辅助测量伺服电机角度的方法。

背景技术

近年来，随着电力电子、工业机器人控制技术的快速发展，生产对伺服电机转速的高精度控制测量的要求不断提高。由于伺服电机拥有交流电机结构简单、维护方便等特点的同时，又具备效率高、调速性能好等优点，而被广泛应用。一般无刷直流电动机调速系统中，通常在电动机转轴上安装光电编码器、磁编码器进行测速，但光电编码器、磁编码器都容易受外界环境的干扰。光电编码器具有检测分辨率高优点，但在高粉尘环境下分辨率容易受到影响，并且光源灯泡寿命短、使用环境要求高；磁编码器具有灵敏度高、传送无抖动、使用寿命长的优点，但存在一定程度的磁不敏感区，在高磁环境中会降低电机运行的可靠性。陀螺仪通过测量物体一段时间内旋转的角度，再与测量时间相乘，获得物体的转速。利用陀螺仪测量转速时，虽然噪声小，精度高，但陀螺仪输出角度时由转速累加获得，长时间测量时，由于误差累计会出现较大的偏差，准确性差。

2019年7月23日公开的中国专利CN110043430A提供了一种应用陀螺仪传感器测量风机轮毂转速的方法，包括如下步骤：将陀螺仪传感器安装于风机轮毂上；陀螺仪传感器在轮毂旋转的过程中实时检测X，Y，Z三个轴旋转的角速度Axz，Ayz和Axy；根据勾股定理，可以得到轮毂总的实时角速度；该发明仅利用陀螺仪传感器测量风机轮毂的转速，长时间测量会导致误差累计，使转速出现较大的偏差，测量结果的准确性差。

发明内容

本发明为克服上述现有技术对伺服电机进行测速时，准确性与可靠性差的缺陷，提供一种基于陀螺仪辅助测量伺服电机角度的方法，通过测量伺服电机的角度实现对伺服电机转速的测量，提高了测量结果的准确性和测量过程的可靠性，实现了对伺服电机的高精度转速控制，保证了伺服电机的正常运行。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种基于陀螺仪辅助测量伺服电机角度的方法，所述方法包括：

S1：伺服电机开机运行，获取伺服电机k时刻的编码器角度和k时刻的陀螺仪角速度；

S2：将k时刻的陀螺仪角速度转换为k时刻的陀螺仪角度；

S3：设置伺服电机k-1时刻的实际输出角度，计算k时刻的编码器角度与k-1时刻的实际输出角度的变化率；

S4：设置变化率阈值，比较变化率与变化率阈值的大小；若变化率大于变化率阈值，则计算k时刻的编码器角度和k时刻的陀螺仪角度的差值，执行步骤S5；否则执行步骤S6；

S5：设置差值阈值，比较差值与差值阈值的大小；若差值大于差值阈值，则将k时刻的陀螺仪角度作为伺服电机k时刻的实际输出角度；否则进行步骤S6；

S6：将k时刻的编码器角度与k时刻的陀螺仪角度进行卡尔曼角度融合，将卡尔曼角度融合结果作为伺服电机k时刻的实际输出角度。