一种电机位置数据补偿方法及电机控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电机位置数据补偿方法，对位置编码器和数据采集器之间整个数据传输链路的通讯延时而造成的位置滞后偏差进行实时位置补偿控制，包括：电机位置数据补偿装置数据采集过程的通讯接口固定时延补偿控制、以及数据采集器数据获取过程的数据采集器读取随机延时同步补偿控制。本发明专利技术可以向数据采集器发送精准的实时位置数据，满足电机控制系统高精度、高实时性的现场应用需求，采用可编程逻辑方式，易于实现控制，且不需要增加硬件设施投入，适合工程化推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种电机位置数据补偿方法及电机控制系统
本专利技术涉及电机数据采集
，具体地说，是涉及一种用于电机控制系统的电机位置数据补偿方法及电机控制系统。
技术介绍
针对冶金轧机等对电机控制性能及实时响应性要求特别高的行业，通常采用两个高精度编码器分别进行电机速度采集和位置采集。具体地，采用速度增量编码器进行电机速度采集，并采用并行数据接口或带通讯接口的绝对值位置编码器进行位置采集。目前，电机控制系统通常采用FPGA+DSP的控制架构，并已经广泛应用于电机控制硬件平台，FPGA实现速度编码器及位置编码器信号采集、通讯解码，并将采集数据传输给DSP，由DSP实现电机算法控制。实际应用过程中，在利用带并行数据接口的绝对值位置编码器进行位置采集时，虽然，并行接口进行位置数据传输所造成的延时较短，但数据布线较多、传输距离短、易受外界复杂的电磁环境干扰，信号质量及可靠性低，因此，对于现场实时性要求较高的高速运转的电机控制系统来说，若利用现场的长距离电缆连接线进行电机相关数据的传输，并行传输方式无法满足现场复杂环境下的应用要求。而在利用带通讯接口的绝对值位置编码器进行位置采集时，虽然，数据接线少、适合较长距离传输、抗干扰能力强，但通讯传输波特率会随传输距离拉长而降低，通讯时延相对较长。这种固定通讯时延在电机高速运转时参与DSP算法控制的电机位置会与编码器采集的当前位置数据存在滞后偏差，直接影响电机算法精准控制。对于DSP电机控制算法而言，DSP需要准确知道当前实时的电机位置信息，但因FPGA与DSP从属于两种不同时钟基准芯片，两种芯片自身的程序执行周期不一致，FPGA通讯解码后的位置数据更新时刻与DSP读取FPGA位置数据时刻之间存在随机滞后偏差时间，导致DSP很难准确获取当前的实时电机位置数据，这种不同步时序造成的随机位置滞后偏差在电机高速运转时也是影响电机精准控制的一个原因。现有技术中，通常是通过提高通讯波特率、采用更快速的通讯接口等外部手段，对编码器位置数据实行过采样采集，在DSP一个控制周期能完成至少两次以上的位置数据采集更新，尽可能保证数据接近最真实电机位置。但这种方式的缺陷在于：其一、在工程化应用中编码器装在电机端，而采集系统一般都在控制室，中间有长距离的电缆连接，连接距离越长，通讯波特率必然会降低，采用更快速的通讯方式必然会增加编码器及控制器的硬件成本；其二、过采样处理只能尽量减少DSP读取实时编码器数据的真实性，在电机低速运行时可能编码器位置数据对控制影响不大，但在电机高速运行时，电机位置会在短时间内发生快速变化，此时，在系统架构不变的情况下采集控制链路时间对快速变化的电机位置数据的实时性采集控制有很大影响，这会直接影响DSP对电机控制精度、稳定性和可靠性。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于电机控制系统的电机位置数据补偿方法，包括：向位置编码器发送时钟激励信号，以激励所述位置编码器按照与所述时钟激励信号匹配的频率传输当前电机位置数据；接收当前电机速度信号和所述当前电机位置数据，记录获取完整的所述当前电机位置数据的时间，并确定通讯接口固定延时；与数据采集器进行通讯，接收读请求指令；根据所述当前电机速度信号、所述当前电机位置数据和所述通讯接口固定延时，计算经位置补偿控制后的实际电机位置数据，以补偿因所述数据采集器与所述位置编码器间通讯延时而造成的实时位置滞后偏差；将所述实际电机位置数据发送至所述数据采集器。优选地，所述方法还包括：记录从获取到完整电机位置数据开始，到接收到最近的所述读请求指令的时间差，确定数据采集器随机延时，以进一步根据所述当前电机速度信号、所述当前电机位置数据、所述通讯接口固定延时和所述数据采集器随机延时，计算出相应的所述实际电机位置数据。优选地，在接收当前电机速度信号和所述当前电机位置数据，记录获取完整的所述当前电机位置数据的时间，并确定通讯接口固定延时步骤中，包括：通过SSI接口在接收到所述当前电机位置数据中的第一位数据时，开始计时；按位接收串行传输的所述当前电机位置数据中的每位数据，并利用SSI接口通讯协议对每位数据进行实时解码，直至完成所述当前电机位置数据中最后一位数据的解码操作，停止计时，得到完整的所述当前电机位置数据；根据当前计时结果，确定所述通讯接口固定延时。优选地，在计算经位置补偿控制后的实际电机位置数据过程中，包括：根据所述当前电机速度信号，判断当前电机旋转方向；根据所述当前电机速度信号，确定当前电机速度脉冲信号的频率，并结合所述通讯接口固定延时和所述数据采集器随机延时，计算当前位置补偿数据；根据电机旋转方向的判定结果、完整的当前电机位置数据、以及所述当前位置补偿数据，利用补偿后位置计算式，得到相应的所述实际电机位置数据。优选地，在当前电机旋转方向为正转时，将所述完整的当前电机位置数据和所述当前位置补偿数据进行求和运算，将求和运算结果作为所述实际电机位置数据；在当前电机旋转方向为反转时，将所述完整的当前电机位置数据和所述当前位置补偿数据进行差值运算，将差值运算结果作为所述实际电机位置数据。优选地，所述补偿后位置计算式利用如下表达式表示：Pk＝Pk-1+(-1)r·△P其中，Pk表示所述实际电机位置数据，Pk-1表示完整的当前电机位置数据，r表示电机旋转方向的判定结果，△P表示所述当前位置补偿数据，进一步，利用补偿数据计算式，计算所述当前位置补偿数据，所述补偿数据计算式利用如下表达式表示：△P＝f*(T0+T1)其中，△P表示所述当前位置补偿数据，f表示当前电机速度脉冲信号的频率，T0表示所述通讯接口固定延时，T1表示所述数据采集器随机延时。根据本专利技术实施例的另一方面，还提供了一种用于电机控制系统的电机位置数据补偿装置，包括：时钟信号发送模块，其用于向位置编码器发送时钟激励信号，以激励所述位置编码器按照与所述时钟激励信号匹配的频率传输当前电机位置数据；固定延时生成模块，其用于接收当前电机速度信号和所述当前电机位置数据，记录获取完整的所述当前电机位置数据的时间，并确定通讯接口固定延时；指令接收模块，其用于与数据采集器进行通讯，接收读请求指令；实际位置生成模块，其用于根据所述当前电机速度信号、所述当前电机位置数据和所述通讯接口固定延时，计算经位置补偿控制后的实际电机位置数据，以补偿因所述数据采集器与所述位置编码器间通讯延时而造成的实时位置滞后偏差；结果发送模块，其用于将所述实际电机位置数据发送至所述数据采集器。优选地，所述装置还包括：随机延时生成模块，其用于记录从获取到完整电机位置数据开始，到接收到最近的所述读请求指令的时间差，确定数据采集器随机延时；其中，所述实际位置生成模块，其进一步用于根据所述当前电机速度信号、所述当前电机位置数据、所述通讯接口固定延时和所述数据采集器随机延时，计算出相应的所述实际电机位置数据。优选地，所述实际位置生成模块包括：电机方向诊断单元，其用于根据所述当前电机速度信号，判断当前电机旋转方向；位置补偿数据生成单元，其用于根据所述当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电机控制系统的电机位置数据补偿方法，包括：/n向位置编码器发送时钟激励信号，以激励所述位置编码器按照与所述时钟激励信号匹配的频率传输当前电机位置数据；/n接收当前电机速度信号和所述当前电机位置数据，记录获取完整的所述当前电机位置数据的时间，并确定通讯接口固定延时；/n与数据采集器进行通讯，接收读请求指令；/n根据所述当前电机速度信号、所述当前电机位置数据和所述通讯接口固定延时，计算经位置补偿控制后的实际电机位置数据，以补偿因所述数据采集器与所述位置编码器间通讯延时而造成的实时位置滞后偏差；/n将所述实际电机位置数据发送至所述数据采集器。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于电机控制系统的电机位置数据补偿方法，包括：
向位置编码器发送时钟激励信号，以激励所述位置编码器按照与所述时钟激励信号匹配的频率传输当前电机位置数据；
接收当前电机速度信号和所述当前电机位置数据，记录获取完整的所述当前电机位置数据的时间，并确定通讯接口固定延时；
与数据采集器进行通讯，接收读请求指令；
根据所述当前电机速度信号、所述当前电机位置数据和所述通讯接口固定延时，计算经位置补偿控制后的实际电机位置数据，以补偿因所述数据采集器与所述位置编码器间通讯延时而造成的实时位置滞后偏差；
将所述实际电机位置数据发送至所述数据采集器。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
记录从获取到完整电机位置数据开始，到接收到最近的所述读请求指令的时间差，确定数据采集器随机延时，以进一步根据所述当前电机速度信号、所述当前电机位置数据、所述通讯接口固定延时和所述数据采集器随机延时，计算出相应的所述实际电机位置数据。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在接收当前电机速度信号和所述当前电机位置数据，记录获取完整的所述当前电机位置数据的时间，并确定通讯接口固定延时步骤中，包括：
通过SSI接口在接收到所述当前电机位置数据中的第一位数据时，开始计时；
按位接收串行传输的所述当前电机位置数据中的每位数据，并利用SSI接口通讯协议对每位数据进行实时解码，直至完成所述当前电机位置数据中最后一位数据的解码操作，停止计时，得到完整的所述当前电机位置数据；
根据当前计时结果，确定所述通讯接口固定延时。


4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在计算经位置补偿控制后的实际电机位置数据过程中，包括：
根据所述当前电机速度信号，判断当前电机旋转方向；
根据所述当前电机速度信号，确定当前电机速度脉冲信号的频率，并结合所述通讯接口固定延时和所述数据采集器随机延时，计算当前位置补偿数据；
根据电机旋转方向的判定结果、完整的当前电机位置数据、以及所述当前位置补偿数据，利用补偿后位置计算式，得到相应的所述实际电机位置数据。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步，
在当前电机旋转方向为正转时，将所述完整的当前电机位置数据和所述当前位置补偿数据进行求和运算，将求和运算结果作为所述实际电机位置数据；
在当前电机旋转方向为反转时，将所述完整的当前电机位置数据和所述当前位置补偿数据进行差值运算，将差值运算结果作为所述实际电机位置数据。


6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述补偿后位置计算式利用如下表达式表示：
Pk＝Pk-1+(-1)r·△P
其中，Pk表示所述实际电机位置数据，Pk-1表示完整的当前电机位置数据，r表示电机旋转方向的判定结果，△P表示所述当前位置补偿数据，
进一步，利用补偿数据计算式，计算所述当前位置补偿数据，所述补偿数据计算式利用如下表达式表示：
△P＝f*(T0+T1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭赞，南永辉，邱岳烽，梅文庆，文宇良，王跃，李淼，杨烁，杨胜，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43