一种伺服电机测速反馈控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种伺服电机测速反馈控制系统及方法，所述伺服电机测速反馈控制系统包括编码器、编码器测速模块、伺服控制模块、电流控制器；所述编码器通过编码器测速模块获取得到伺服电机的当前速度信息，生成速度反馈信号。通过对编码器测速模块的设计，其包括用于对编码器输出信号的脉冲边沿计数的编码器计数单元、用于对测速程序运行以及编码器脉冲与测速程序周期的前后窗口进行计时的程序执行计时单元，提高了电机转速测量精度，并且在低速、中速和高速情况下都适用，可实现对伺服电机电流更为准确的控制。机电流更为准确的控制。机电流更为准确的控制。

【技术实现步骤摘要】
一种伺服电机测速反馈控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及伺服电机控制领域，更具体地说，涉及一种伺服电机测速反馈控制系统及方法。

技术介绍

[0002]在伺服电机测速反馈控制系统中，需要测量伺服电机的转速获取电机实测转速等反馈信号，以使电机控制器根据反馈信号控制伺服电机进行精密控制。当前伺服电机转速测量过程中，主要采用M法测速、T法测速和M/T法测速。其中M法（频率法）是在规定的时间内测量所产生的脉冲个数来计算电机转速，在高速时测量精度较高在低速时变低；T法（周期法）是测量相邻两个脉冲的时间差来计算电机转速，在低速时测量精度较高在高速时变低。M/T法测速是M法和T法的结合，同时测量检测时间和此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数来测量速度，测量精度介于M法和T法之间，尤其可以改善在高速时的测量精度。但会增加纯延时，且在低速时测量精度较低，从而导致电机控制精度不高。
[0003]在CN102035455B中，为了实现电机转速的准确测量，采用了DSP+CPLD的方式进行分段测量转速，此方法需要较高的硬件成本，并且由于涉及两个芯片之间的数据处理，电机测速模块的稳定性也得不到保证；在CN103048484B中，公开了一种根据电机处于不同转速下的测量方法，通过在转子超低速运转时以预测的速度作为速度反馈，可保证低速时速度控制周期的瞬时速度值相对可靠，但通过该方法，在转速处于不同状态下切换时容易带来转速不连续的风险。
[0004]因此，有必要开发一种在低中高速情况下可对伺服电机精准测速系统，实现对伺服电机的准确控制。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种伺服电机测速反馈控制系统，包括编码器、编码器测速模块、伺服控制模块、电流控制器；所述编码器安装于伺服电机端，用于获取伺服电机的当前位置信息与当前速度信息，生成位置反馈信号和速度反馈信号，并将所述位置反馈信号和速度反馈信号输出至所述伺服控制模块；所述编码器通过编码器测速模块获取得到伺服电机的当前速度信息，生成速度反馈信号；所述伺服控制模块，用于接收上位机发送的位置指令、编码器输出的位置反馈信号和速度反馈信号以及伺服电机输出的转矩反馈信号，处理后生成电流指令；所述电流控制器，用于接收伺服控制模块输出的电流指令，实现对伺服电机电流的控制。
[0006]作为一种优选的技术方案，所述电流控制器对电流指令调整生成驱动开关器件的SPWM信号，通过驱动开关器件实现对伺服电机电流的控制。
[0007]作为一种优选的技术方案，所述伺服控制模块包括位置控制器、速度控制器、转矩
控制器；所述位置控制器，用于接收上位机发送的位置指令和编码器输出的位置反馈信号相比较产生的位置误差，调整此位置误差，生成速度指令；所述速度控制器，用于接收位置控制器输出的速度指令和编码器输出的速度反馈信号相比较产生的速度误差，调整此速度误差，生成转矩指令；所述转矩控制器，用于接收速度控制器输出的转矩指令和伺服电机输出的转矩反馈信号相比较产生的转矩误差，调整此转矩误差，生成电流指令。
[0008]作为一种优选的技术方案，所述编码器测速模块包括编码器计数单元和程序执行计时单元；所述编码器计数单元用于对编码器输出信号的脉冲边沿计数；所述程序执行计时单元用于对测速程序运行以及编码器脉冲与测速程序周期的前后窗口进行计时。
[0009]作为一种优选的技术方案，所述程序执行计时单元包括第一计时单元和第二计时单元；所述第一计时单元，用于对测速程序运行时间进行计时；所述第二计时单元，用于对编码器脉冲与测速程序周期的前后窗口进行计时。
[0010]作为一种优选的技术方案，所述编码器的输出信号与编码器计数单元、第二计时单元连接。
[0011]作为一种优选的技术方案，所述编码器测速模块通过以下公式计算电机当前转速：其中，Ne为编码器线数；M
x
为第x个测速程序周期内编码器计数单元记录的脉冲边沿个数；T
x
为第x个测速程序周期内第一计时单元记录的测速程序运行时间；t
x
‑1为第x个测速程序周期内第二计时单元记录的编码器脉冲边沿与测速程序周期前窗口间的时间；t
x
为第x个测速程序周期内第二计时单元记录的编码器脉冲边沿与测速程序周期后窗口间的时间。
[0012]本专利技术还可采用如下技术方案：一种伺服电机测速反馈控制方法，包括：伺服控制模块获取上位机发送的位置指令、编码器输出的位置反馈信号，位置指令与位置反馈信号比较产生位置误差，输送到位置控制器，调整此位置误差，生成速度指令；编码器通过编码器测速模块获取伺服电机的当前速度信息，生成速度反馈信号，然后速度反馈信号与位置控制器发送的速度指令比较，产生速度误差，输送到速度控制器，调整此速度误差，生成转矩指令；速度控制器发送的转矩指令与伺服电机输出的转矩反馈信号比较，产生转矩误差，输送到转矩控制器，调整此转矩误差，生成电流指令；电流指令发送到电流控制器，实现对伺服电机电流的控制。
[0013]作为一种优选的技术方案，所述编码器测速模块包括编码器计数单元和程序执行计时单元；
所述编码器计数单元用于对编码器输出信号的脉冲边沿计数；所述程序执行计时单元用于对测速程序运行以及编码器脉冲与测速程序周期的前后窗口进行计时。
[0014]作为一种优选的技术方案，所述程序执行计时单元包括第一计时单元和第二计时单元；所述第一计时单元，用于对测速程序运行时间进行计时；所述第二计时单元，用于对编码器脉冲与测速程序周期的前后窗口进行计时。
[0015]有益效果：本专利技术提供的一种伺服电机测速反馈控制系统，通过对编码器测速模块的设计，其包括用于对编码器输出信号的脉冲边沿计数的编码器计数单元以及用于对测速程序运行以及编码器脉冲与测速程序周期的前后窗口进行计时的程序执行计时单元，提高了电机转速测量精度，并且在低速、中速和高速情况下都适用，可实现对伺服电机电流更为准确的控制。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本专利技术一种伺服电机测速反馈控制系统的结构示意图；图2为本专利技术一种伺服电机测速反馈控制系统的结构示意图；图3为本专利技术一种伺服电机测速反馈控制系统中编码器测速模块的结构示意图；图4为本专利技术一种伺服电机测速反馈控制系统中编码器测速模块的测试原理图；图5为本专利技术一种伺服电机测速反馈控制系统中编码器测速模块与M法测速得到的速度反馈波形对比图；图6为本专利技术一种伺服电机测速反馈控制系统中编码器测速模块与M法测速得到的速度反馈匀速段波形放大对比图；图7为本专利技术一种伺服电机测速反馈控制系统中编码器测速模块与M法测速得到的速度反馈减速段波形放大对比图；图8为本专利技术一种伺服电机测速反馈控制系统中编码器测速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种伺服电机测速反馈控制系统，其特征在于，包括编码器、编码器测速模块、伺服控制模块、电流控制器；所述编码器安装于伺服电机端，用于获取伺服电机的当前位置信息与当前速度信息，生成位置反馈信号和速度反馈信号，并将所述位置反馈信号和速度反馈信号输出至所述伺服控制模块；所述编码器通过编码器测速模块获取得到伺服电机的当前速度信息，生成速度反馈信号；所述伺服控制模块，用于接收上位机发送的位置指令、编码器输出的位置反馈信号和速度反馈信号以及伺服电机输出的转矩反馈信号，处理后生成电流指令；所述电流控制器，用于接收伺服控制模块输出的电流指令，实现对伺服电机电流的控制。2.如权利要求1所述的一种伺服电机测速反馈控制系统，其特征在于，所述电流控制器对电流指令调整生成驱动开关器件的SPWM信号，通过驱动开关器件实现对伺服电机电流的控制。3.如权利要求1所述的一种伺服电机测速反馈控制系统，其特征在于，所述伺服控制模块包括位置控制器、速度控制器、转矩控制器；所述位置控制器，用于接收上位机发送的位置指令和编码器输出的位置反馈信号相比较产生的位置误差，调整此位置误差，生成速度指令；所述速度控制器，用于接收位置控制器输出的速度指令和编码器输出的速度反馈信号相比较产生的速度误差，调整此速度误差，生成转矩指令；所述转矩控制器，用于接收速度控制器输出的转矩指令和伺服电机输出的转矩反馈信号相比较产生的转矩误差，调整此转矩误差，生成电流指令。4.如权利要求1所述的一种伺服电机测速反馈控制系统，其特征在于，所述编码器测速模块包括编码器计数单元和程序执行计时单元；所述编码器计数单元用于对编码器输出信号的脉冲边沿计数；所述程序执行计时单元用于对测速程序运行以及编码器脉冲与测速程序周期的前后窗口进行计时。5.如权利要求4所述的一种伺服电机测速反馈控制系统，其特征在于，所述程序执行计时单元包括第一计时单元和第二计时单元；所述第一计时单元，用于对测速程序运行时间进行计时；所述第二计时单元，用于对编码器脉冲与测速程序周期的前后窗口进行计时。6.如权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：季克宇，蔡嵩林，孙恺，曹宇男，
申请(专利权)人：苏州艾利特机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：