用于PID控制的电机驱动底盘的省电控制方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及移动机器人控制技术领域，具体公开一种用于PID控制的电机驱动底盘的省电控制方法和系统。所述系统包括：速度采集模块，用于采集电机的当前转速作为速度反馈；电流采集模块，用于采集电机输入端的电流作为电流反馈；速度调节模块，用于根据速度指令和速度反馈生成电流指令；电流调节模块，用于根据电流指令和电流反馈调节电机当前转速；条件控制模块，用于当速度指令和速度反馈的值均为零时，按照预设的规则根据当前电流指令调节电流指令。本发明专利技术在机器人的电机驱动程序的电流环中加入条件控制模块，当速度指令和速度反馈的值均为零时，按照预设的规则根据当前电流指令调节电流指令，以实现对底盘静止时的电流调节，达到省电节能的目的。

Power saving control method and system for motor drive chassis for PID control

The invention relates to the technical field of mobile robot control, in particular to a power saving control method and a system for motor drive chassis used for PID control. The system comprises a speed acquisition module for the current speed acquisition of the motor as speed feedback; current acquisition module, for the current acquisition motor input as current feedback; speed regulation module, according to the instructions for speed and speed feedback generate current instruction; current regulation module, according to the current instruction and current feedback current motor speed regulation conditions; control module, used when the speed command and velocity feedback value is zero, in accordance with the default rules according to the current instruction to adjust current instruction. The entry conditions of current loop control module driver in the invention of the robot motor, when the speed command and velocity feedback value is zero, in accordance with the default rules according to the current instruction to adjust current instruction, to regulate the current chassis at rest, to achieve the purpose of energy saving, electricity.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动机器人控制
，特别涉及一种用于PID控制的电机驱动底盘的省电控制方法和系统。
技术介绍
传统的机器人主要用于工业生产线上，用于代替人类完成一些简单、繁琐、重复的任务。随着机器人技术的发展，机器人开始逐渐走到人们的身边，例如出现了扫地机器人、购物机器人、大厅引导机器人、送餐机器人等。该类机器人相对于传统工业生产线上的机器人，具有一个明显的特性-移动。而且不同于无人搬运车类型的移动方式，这些机器人的移动需要适应一定的地形变化，比如上坡、下坡。目前，该类机器人移动的方式主要有两种，轮式移动和腿式移动，其中轮式移动因为较简单且负载能力强，在地形变化不大的环境，被更广泛的使用。但是，基于速度环和电流环PID(ProportionIntegrationDifferentiation，即比例、积分、微分)控制的轮式底盘机器人在运动过程中停止的话，根据PID自动调节的结果，电机会维持一个不为0的转矩值，相应的电流也会维持一个不为0的电流值。但实际上底盘维持停止时不需要如此大转矩值。底盘在上坡的过程中停止，这种现象将更加明显。因此，该类机器人在静止时的功耗消耗大，同时由于底盘驱动电机发热量大，导致电机使用寿命低。基于此，有必要设计一种用于PID控制的电机驱动底盘的省电控制方法和系统，在PID控制程序的电流环中加入用于省电的电流控制算法，以实现对底盘静止时的电流调节，达到省电节能的目的。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有机器人在静止时的功耗消耗大，同时由于底盘驱动电机发热量大，导致电机使用寿命低的技术缺陷，提供一种用于PID控制的电机驱动底盘的省电控制方法和系统，以实现对底盘静止时的电流调节，达到省电节能的目的。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供一种用于PID控制的电机驱动底盘的省电控制方法，该方法包括步骤：采集电机的当前转速作为速度反馈；采集电机输入端的电流作为电流反馈；根据速度指令和速度反馈生成电流指令；所述速度指令为电机的目标速度；根据电流指令和电流反馈调节电机当前转速；当速度指令和速度反馈的值均为零时，按照预设的规则根据当前电流指令调节电流指令。一些实施例中，所述当速度指令和速度反馈的值均为零时，按照预设的规则根据当前电流指令调节电流指令的步骤包括：当速度指令和速度反馈的值均为零时，假设当前电流指令为n，则第m个周期调节后的电流指令为(1-α)m*n，其中0<α<1，m≥1。一些实施例中，当速度指令和速度反馈的值均为零时，所述按照预设的规则根据当前电流指令调节电流指令的步骤包括：当速度指令和速度反馈的值均为零时，按照以下规则调节电流指令：当底盘处于平地或上坡时，根据当前电流指令调节电流指令逐渐减小，直到电流指令削减为零；当底盘处于下坡时，根据当前电流指令调节电流指令逐渐减小，直到速度反馈不为零。一些实施例中，当速度指令和速度反馈的值均为零时，所述按照预设的规则根据当前电流指令调节电流指令的步骤还包括：通过设置于底盘上的传感器采集到的底盘与地面的摩擦力判断底盘处于上坡还是下坡。一些实施例中，当速度指令和速度反馈的值均为零时，所述按照预设的规则根据当前电流指令调节电流指令的步骤还包括：通过电流反馈的变化判断底盘处于上坡还是下坡。再另一方面，本专利技术提供用于PID控制的电机驱动底盘的省电控制系统，该系统包括：速度采集模块，用于采集电机的当前转速作为速度反馈；电流采集模块，用于采集电机输入端的电流作为电流反馈；速度调节模块，用于根据速度指令和速度反馈生成电流指令；所述速度指令为电机的目标速度；电流调节模块，用于根据电流指令和电流反馈调节电机当前转速；条件控制模块，用于当速度指令和速度反馈的值均为零时，按照预设的规则根据当前电流指令调节电流指令。一些实施例中，所述条件控制模块具体用于：当速度指令和速度反馈的值均为零时，假设当前电流指令为n，则第m个周期调节后的电流指令为(1-α)m*n，其中0<α<1，m≥1。一些实施例中，所述条件控制模块包括：第一条件控制子模块，用于当底盘处于平地或上坡时，根据当前电流指令调节电流指令逐渐减小，直到电流指令削减为零；第二条件控制子模块，用于当底盘处于下坡时，根据当前电流指令调节电流指令逐渐减小，直到速度反馈不为零。一些实施例中，所述条件控制模块还包括：第一判断子模块，用于通过设置于底盘上的传感器采集到的底盘与地面的摩擦力判断底盘处于上坡还是下坡。一些实施例中，所述条件控制模块还包括：第二判断子模块，通过电流反馈的变化判断底盘处于上坡还是下坡。本专利技术的有益效果在于：本专利技术在机器人的电机驱动程序的电流环中加入用于省电的电流控制算法，当速度指令和速度反馈的值均为零时，即当机器人停止移动时，按照预设的规则根据当前电流指令调节电流指令，以实现对底盘静止时的电流调节，达到省电节能的目的。附图说明图1为基于速度环和电流环的传统PID控制系统的结构示意图；图2为传统PID控制系统中底盘在平地运动过程电流变化示意图；图3为底盘在上坡运动过程中受力分析示意图；图4为传统PID控制系统中底盘在斜坡完成上坡和下坡的运动时对应的电流变化示意图；图5为根据本专利技术一个实施例的用于PID控制的电机驱动底盘的省电控制系统的结构示意图；图6为根据本专利技术一个实施例的条件控制模块50的工作状态转换示意图；图7为根据本专利技术一个实施例底盘在斜坡完成上坡时对应的电流变化示意图；图8为根据本专利技术一个实施例的用于PID控制的电机驱动底盘的省电控制方法的流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。本专利技术具体实施方式以移动机器人为例，移动机器人通过对电机的控制来驱动底盘以达到移动的目的。参照图1，图1为基于速度环和电流环的传统PID控制系统的结构示意图。电流环一共有两个输入量，电流指令和电流反馈，其中电流指令是由速度环计算得到的结果。电机M在由运动变为静止的过程中，速度指令由速度n逐渐减至0。由于外部摩擦力等作用，电机M在停止时，即速度反馈减至0时，电流指令并不为0，而是维持在使得整个底盘能动起来的最小电流值下方。设此电流值为I，则由I对应的电机转矩等于外界的阻力矩，阻力矩主要来自于库仑摩擦力、粘滞摩擦力等。假设底盘运动具有对称性，前后运动阻力相同，则底盘静止状态下，电流在-I至+I之间底盘都会保持静止。参照图2，图2为传统PID控制系统中底盘在平地运动过程电流变化示意图。在T型速度指令控制下，底盘运动之后再停止，电流则不会维持在零点。假设在平地时I为0.1A，电机内阻及线路电阻之和为1欧姆，底盘在静止时电机还要消耗0.01W，如果底盘是差动模型，即使用两个独立电机，则电机还要消耗0.02W。参照图3和图4，图3为底盘在上坡运动过程中受力分析示意图；图4为传统PID控制系统中底盘在斜坡完成上坡和下坡的运动时对应的电流变化示意图。底盘100在斜坡200上运动，在上坡或下坡的过程中，运动阻力除了考虑摩擦力f外，还要考虑重力分量g。从图4可以看出，底盘1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于PID控制的电机驱动底盘的省电控制方法，其特征在于，该方法包括步骤：采集电机的当前转速作为速度反馈；采集电机输入端的电流作为电流反馈；根据速度指令和速度反馈生成电流指令；所述速度指令为电机的目标速度；根据电流指令和电流反馈调节电机当前转速；当速度指令和速度反馈的值均为零时，按照预设的规则根据当前电流指令调节电流指令。

【技术特征摘要】
1.一种用于PID控制的电机驱动底盘的省电控制方法，其特征在于，该方法包括步骤：采集电机的当前转速作为速度反馈；采集电机输入端的电流作为电流反馈；根据速度指令和速度反馈生成电流指令；所述速度指令为电机的目标速度；根据电流指令和电流反馈调节电机当前转速；当速度指令和速度反馈的值均为零时，按照预设的规则根据当前电流指令调节电流指令。2.如权利要求1所述的用于PID控制的电机驱动底盘的省电控制方法，其特征在于，所述当速度指令和速度反馈的值均为零时，按照预设的规则根据当前电流指令调节电流指令的步骤包括：当速度指令和速度反馈的值均为零时，假设当前电流指令为n，则第m个周期调节后的电流指令为(1-α)m*n，其中0<α<1，m≥1。3.如权利要求1或2所述的用于PID控制的电机驱动底盘的省电控制方法，其特征在于，当速度指令和速度反馈的值均为零时，所述按照预设的规则根据当前电流指令调节电流指令的步骤包括：当速度指令和速度反馈的值均为零时，按照以下规则调节电流指令：当底盘处于平地或上坡时，根据当前电流指令调节电流指令逐渐减小，直到电流指令削减为零；当底盘处于下坡时，根据当前电流指令调节电流指令逐渐减小，直到速度反馈不为零。4.如权利要求3所述的用于PID控制的电机驱动底盘的省电控制方法，其特征在于，当速度指令和速度反馈的值均为零时，所述按照预设的规则根据当前电流指令调节电流指令的步骤还包括：通过设置于底盘上的传感器采集到的底盘与地面的摩擦力判断底盘处于上坡还是下坡。5.如权利要求3所述的用于PID控制的电机驱动底盘的省电控制方法，其特征在于，当速度指令和速度反馈的值均为零时，所述按照预设的规则根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨奇峰，姜铁程，孙秉彬，徐方，邹风山，王宇卓，
申请(专利权)人：沈阳新松机器人自动化股份有限公司，中国科学院国有资产经营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21