[发明专利]一种直流电机角位移数字伺服控制系统及控制方法

摘要

本发明公开了一种直流电机角位移数字伺服控制系统，包括数字控制计算机、数/模转换模块、直流功率放大器、伺服对象、光电编码器和高速计数器模块；所述伺服对象由直流电机的输出端串接机械负载构成，所述数字控制计算机的输出端依次串接所述数/模转换模块、直流功率放大器后接所述直流电机的输入端，所述机械负载的输出端依次串接所述光电编码器和高速计数器模块后接所述数字控制计算机的输入端。本发明构造简单，节约成本，简化安装，而且系统响应快，具有极强的抗负载扰动能力。本发明还公开了一种直流电机角位移数字伺服控制方法。

主权项

1.一种直流电机角位移数字伺服控制系统的控制方法，基于的控制系统包括数字控制计算机、数/模转换模块、直流功率放大器、伺服对象、光电编码器和高速计数器模块；所述伺服对象由直流电机的输出端串接机械负载构成，所述数字控制计算机的输出端依次串接所述数/模转换模块、直流功率放大器后接所述直流电机的输入端，所述机械负载的输出端依次串接所述光电编码器和高速计数器模块后接所述数字控制计算机的输入端；其特征在于，所述控制系统包括如下步骤：(1)将数字控制计算机程序中设置的积分器进行初始化，积分器清零；(2)在数字控制计算机中输入角位移数字量指令信号值；(3)高速计数器模块采集由光电编码器传送过来的机械负载角位移数字量反馈信号并传输给数字控制计算机；(4)数字控制计算机对输入角位移数字量指令信号和机械负载角位移数字量反馈信号取误差；(5)数字控制计算机对误差信号进行一次累加积分，得到一次累加积分结果；(6)数字控制计算机对一次累加积分结果乘以一次积分系数Ki1，得到一次乘法运算结果；(7)数字控制计算机对光电编码器反馈信号乘以一次反馈系数Kf1，得到二次乘法运算结果；(8)数字控制计算机对一次乘法运算结果和二次乘法运算结果进行减法运算，得到一次减法运算结果；(9)数字控制计算机对一次减法运算结果进行累加积分，得到二次累加积分结果；(10)数字控制计算机对二次累加积分结果乘以二次积分系数Ki2，得到三次乘法运算结果；(11)数字控制计算机对光电编码器反馈信号乘以二次反馈系数Kf2，得到四次乘法运算结果；(12)数字控制计算机对三次乘法运算结果和四次乘法运算结果进行减法运算，得到二次减法运算结果；(13)数字控制计算机对光电编码器反馈信号进行差分运算，得到差分运算结果；(14)数字控制计算机对差分运算结果乘以差分系数Kd，得到五次乘法运算结果；(15)数字控制计算机对二次减法运算结果和五次乘法运算结果进行减法运算，得到三次减法运算结果；(16)数/模转换模块将三次减法运算结果进行数/模转换，得到模拟量控制信号，同时返回到步骤(2)；(17)数/模转换模块将模拟量控制信号输入到直流功率放大器进行信号放大后驱动直流电机以带动机械负载运动；其中，步骤(6)所述一次积分系数Ki1利用下式计算得到，作为其初始整定值：式中：J为伺服对象的等效转动惯量；K为直流功率放大器的放大倍数，Mmax为直流功率放大器在线性范围内能够输出的最大电压；r0,ml为线性范围内输入角位移数字量指令信号的最大值；步骤(7)所述一次反馈系数Kf1利用下式计算得到，作为其初始整定值：式中：J为伺服对象的等效转动惯量；K为直流功率放大器的放大倍数，Mmax为直流功率放大器在线性范围内能够输出的最大电压；r0,ml为线性范围内输入角位移数字量指令信号的最大值；步骤(10)所述二次积分系数Ki2利用下式计算得到，作为其初始整定值：式中：J为伺服对象的等效转动惯量；K为直流功率放大器的放大倍数，Mmax为直流功率放大器在线性范围内能够输出的最大电压；r0,ml为线性范围内输入角位移数字量指令信号的最大值；步骤(11)所述二次反馈系数Kf2利用下式计算得到，作为其初始整定值：式中：J为伺服对象的等效转动惯量；K为直流功率放大器的放大倍数，Mmax为直流功率放大器在线性范围内能够输出的最大电压；r0,ml为线性范围内输入角位移数字量指令信号的最大值；步骤(14)所述差分系数Kd利用下式计算得到，作为其初始整定值：式中：J为伺服对象的等效转动惯量；K为直流功率放大器的放大倍数，Mmax为直流功率放大器在线性范围内能够输出的最大电压；r0,ml为线性范围内输入角位移数字量指令信号的最大值。