伺服电机系统增益参数自调整方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种伺服电机系统增益参数自调整方法及系统，增益参数包括位置环增益参数Kpp、速度环比例增益参数Kvp、速度环积分增益参数Kvi、低通滤波器时间参数T，方法包括：在伺服电机系统运行前，建立由Kpp、Kvp、Kvi、T四个参数构成的刚性表，并将刚性表划分为与该四个参数的递增变化对应的多个刚性等级；在伺服电机系统运行过程中执行以下步骤：(a)根据伺服电机系统输入和编码器输出，依次采用刚性等级逐渐升高的四个参数的组合并进行振动检测以确定最高刚性等级；(b)在采用最高刚性等级的参数组合运行的伺服系统出现超调或者抖动时，则对Kvi进行积分微调处理。本发明专利技术无需工作人员手动调试，可以自动快速的寻找到合适的增益参数。

【技术实现步骤摘要】
伺服电机系统增益参数自调整方法及系统
本专利技术涉及伺服电机领域，尤其涉及一种伺服电机系统增益参数自调整方法及系统。
技术介绍
在现有伺服应用中，参数调试涉及多个方面的内容，虽然最终体现出来的是增益参数即系统带宽，但实际调整时需要考虑负载惯量、机械共振、摩擦力抑制等不同因素，并针对这些因素进行单独调试，如果有要求比较严格的场合，还需要考虑增益切换、速度前馈等功能并进行单独调试。这种单独进行参数调试的方法，除了需要理解伺服控制原理外，还需要对每个因素如何影响应用效果有比较清晰的理解，并在实际应用中针对这些影响单独调试，这无疑大大提高了对应用人员的要求，而且由于实际调试过程中碰到的现象都相通，也使得应用时多了很多重复的工作量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能有效减少重复工作、简化应用人员的工作流程的伺服电机系统增益参数自调整方法及系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种伺服电机系统增益参数自调整方法，所述增益参数包括位置环增益参数Kpp、速度环比例增益参数Kvp、速度环积分增益参数Kvi、低通滤波器时间参数T，所述方法包括：在伺服电机系统运行前，建立由Kpp、Kvp、Kvi、T四个参数构成的刚性表，并按Kvp在初始增益和最大增益之间进行区域划分将所述刚性表划分为与该四个参数的递增变化对应的多个刚性等级；在伺服电机系统运行过程中执行以下步骤：(a)、根据伺服电机系统输入和编码器输出，依次采用刚性等级逐渐升高的四个参数的组合并进行振动检测以确定最高刚性等级；(b)、在采用所述最高刚性等级的参数组合运行的伺服系统出现超调或者抖动时，则对速度环积分增益参数Kvi进行积分微调处理；所述超调的判断标准是：编码器输出所对应的反馈位置与系统输入所对应的理论位置的差值超出定位范围；伺服系统出现抖动的判断标准是：编码器输出所对应的反馈位置的走势与系统输入所对应的理论位置的走势相反。本专利技术所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其中，所述步骤(a)之前包括自动识别伺服电机系统中的摩擦力F和系统总惯量J：多次采样电磁转矩Te和加速度a，通过最小二乘法拟合伺服运动方程以计算系统总惯量J和伺服系统所受的外力Td，摩擦力F等于外力Td；所述伺服运动方程为：Te＝J*a+Td；其中，Te代表电磁转矩，单位为N*m；a代表加速度，单位为rad/sec2；J代表系统总惯量，单位为Kg*m2；Td代表伺服系统所受的外力，单位为N。本专利技术所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其中，所述伺服电机系统输入为周期性的脉冲信号，所述步骤(a)中以脉冲信号的半个周期为时间间隔依次调整所述刚性等级，且所述步骤(a)之前还包括以下条件步骤：(a0)、在脉冲信号的半个周期完成后，根据所述系统总惯量J和电机惯量Jm确定负载惯量Js，并判断负载惯量Js与电机惯量Jm的惯量比是否稳定，若惯量比稳定，则继续步骤(a)，若惯量比不稳定，则退出自调整。本专利技术所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其中，所述步骤(a)通过以下方式确认最高刚性等级：在未检测到共振且刚性等级达到最大限制值时，将此时的最大限制值确定为所述最高刚性等级；在检测到共振且检测到的共振频率不低于预设频率值时，将此时的刚性等级进行降级处理后确定为所述最高刚性等级。本专利技术所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其中，所述振动检测包括：对编码器输出信号进行频谱分析以获取振幅和频率，如果分析得到的振幅超过阈值，则判定系统发生共振，分析得到的频率为所述共振频率。本专利技术所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其中，当首次出现共振且检测到的共振频率不低于预设频率值时，则根据当前的共振频率设置陷波器，并验证该陷波器是否有效，如果无效，则确立最高刚性等级后转步骤(b)；如果有效，则继续增加刚性等级直至确定所述最高刚性等级。本专利技术所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，所述步骤(b)中，对参数Kvi进行积分微调处理包括：逐步减小速度环积分增益参数Kvi直至微调次数到达预设次数或者积分到限制值。本专利技术所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其中，所述步骤(a)和步骤(b)之间还包括：(ab)、确定定位时间最小的系统模式，并在步骤(b)中采取该系统模式，其中，所述系统模式包含四种：增益参数恒定不变；增益参数带切换；增益参数不变且加入摩擦补偿；增益参数切换且加入摩擦补偿。本专利技术还公开了一种伺服电机系统增益参数自调整系统，所述增益参数包括位置环增益参数Kpp、速度环比例增益参数Kvp、速度环积分增益参数Kvi、低通滤波器时间参数T，包括：惯量和摩擦识别模块：用于自动识别系统总惯量J和摩擦力F；最高刚性等级确定模块：用于根据伺服电机系统输入和编码器输出，依次采用按Kvp在初始增益和最大增益之间进行区域划分所得的刚性等级逐渐升高的四个参数的组合并进行振动检测以确定最高刚性等级；积分微调处理模块：用于在采用所述最高刚性等级的参数组合运行的伺服系统出现超调或者抖动时，则对速度环积分增益参数Kvi进行积分微调处理；所述超调的判断标准是：编码器输出所对应的反馈位置与系统输入所对应的理论位置的差值超出定位范围；伺服系统出现抖动的判断标准是：编码器输出所对应的反馈位置的走势与系统输入所对应的理论位置的走势相反。本专利技术所述的伺服电机系统增益参数自调整系统，其中，所述惯量和摩擦识别模块包括采样单元和计算单元，最高刚性等级确定模块包括振动检测单元、陷波器设置单元、刚性等级调整单元；采样单元：用于多次采样电磁转矩Te和加速度a；计算单元：用于通过最小二乘法拟合伺服运动方程以计算所述总惯量J和伺服系统所受的外力Td；其中，所述摩擦力F等于外力Td；所述伺服运动方程为：Te＝J*a+Td；Te代表电磁转矩，单位为N*m；a代表加速度，单位为rad/sec2；J代表总惯量，单位为Kg*m2；Td代表伺服系统所受的外力，单位为N；振动检测单元：用于对编码器输出信号进行频谱分析以获取振幅和频率，如果分析得到的振幅超过阈值，则判定系统发生共振，分析得到的频率为所述共振频率；刚性等级调整单元：用于依次增加所述刚性等级，并通过以下方式确认最高刚性等级：在未检测到共振且刚性等级达到最大限制值时，将此时的最大限制值确定为所述最高刚性等级；在检测到共振且检测到的共振频率不低于预设频率值时，将此时的刚性等级进行降级处理后确定为所述最高刚性等级；陷波器设置单元：用于在首次出现共振且共振频率不低于预设频率值时，根据当前的共振频率设置陷波器，并验证该陷波器是否有效，如果无效，则确立最高刚性等级后通知积分微调处理模块工作；如果有效，则控制刚性等级调整单元继续增加刚性等级直至确定所述最高刚性等级。实施本专利技术的伺服电机系统增益参数自调整方法及系统，具有以下有益效果：本专利技术的方法无需工作人员手动调试各种增益参数，而是在系统运行的过程中自动寻找合适的增益参数，本专利技术将增益参数以刚性表的形式来进行输出，在避免系统共振的情况下，找到伺服系统所能容许的最高刚性等级，并且在该最高刚性等级的基础上，如果伺服系统发生抖动或超调，则可通过对参数Kvi进行积分微调处理；该方法无需工作人员手动调试，可以自动快速的寻找到合适的增益参数；进一步的，本专利技术中还可在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种伺服电机系统增益参数自调整方法，所述增益参数包括位置环增益参数Kpp、速度环比例增益参数Kvp、速度环积分增益参数Kvi、低通滤波器时间参数T，其特征在于，所述方法包括：在伺服电机系统运行前，建立由Kpp、Kvp、Kvi、T四个参数构成的刚性表，并将所述刚性表划分为与该四个参数的递增变化对应的多个刚性等级；在伺服电机系统运行过程中执行以下步骤：(a)、根据伺服电机系统输入和编码器输出，依次采用刚性等级逐渐升高的四个参数的组合并进行振动检测以确定最高刚性等级；(b)、在采用所述最高刚性等级的参数组合运行的伺服系统出现超调或者抖动时，对速度环积分增益参数Kvi进行积分微调处理。

【技术特征摘要】
1.一种伺服电机系统增益参数自调整方法，所述增益参数包括位置环增益参数Kpp、速度环比例增益参数Kvp、速度环积分增益参数Kvi、低通滤波器时间参数T，其特征在于，所述方法包括：在伺服电机系统运行前，建立由Kpp、Kvp、Kvi、T四个参数构成的刚性表，并按Kvp在初始增益和最大增益之间进行区域划分将所述刚性表划分为与该四个参数的递增变化对应的多个刚性等级；在伺服电机系统运行过程中执行以下步骤：(a)、根据伺服电机系统输入和编码器输出，依次采用刚性等级逐渐升高的四个参数的组合并进行振动检测以确定最高刚性等级；(b)、在采用所述最高刚性等级的参数组合运行的伺服系统出现超调或者抖动时，对速度环积分增益参数Kvi进行积分微调处理；所述步骤(b)中，伺服系统出现超调的判断标准是：编码器输出所对应的反馈位置与系统输入所对应的理论位置的差值超出定位范围；伺服系统出现抖动的判断标准是：编码器输出所对应的反馈位置的走势与系统输入所对应的理论位置的走势相反。2.根据权利要求1所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其特征在于，所述步骤(a)之前包括自动识别伺服电机系统中的摩擦力F和系统总惯量J：多次采样电磁转矩Te和加速度a，通过最小二乘法拟合伺服运动方程以计算系统总惯量J和伺服系统所受的外力Td，摩擦力F等于外力Td；所述伺服运动方程为：Te＝J*a+Td；其中，Te代表电磁转矩，单位为N*m；a代表加速度，单位为rad/sec2；J代表系统总惯量，单位为Kg*m2；Td代表伺服系统所受的外力，单位为N。3.根据权利要求1或2所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其特征在于，所述伺服电机系统输入为周期性的脉冲信号，所述步骤(a)中以脉冲信号的半个周期为时间间隔依次调整所述刚性等级，且所述步骤(a)之前还包括以下条件步骤：(a0)、在脉冲信号的半个周期完成后，根据所述系统总惯量J和电机惯量Jm确定负载惯量Js，并判断负载惯量Js与电机惯量Jm的惯量比是否稳定，若惯量比稳定，则继续步骤(a)，若惯量比不稳定，则退出自调整。4.根据权利要求1所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其特征在于，所述步骤(a)通过以下方式确认最高刚性等级：在未检测到共振且刚性等级达到最大限制值时，将此时的最大限制值确定为所述最高刚性等级；在检测到共振且检测到的共振频率不低于预设频率值时，将此时的刚性等级进行降级处理后确定为所述最高刚性等级。5.根据权利要求4所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其特征在于，所述振动检测包括：对编码器输出信号进行频谱分析以获取振幅和频率，如果分析得到的振幅超过阈值，则判定系统发生共振且分析得到的频率为所述共振频率。6.根据权利要求5所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其特征在于，当首次出现共振且检测到的共振频率不低于预设频率值时，根据当前的共振频率设置陷波器，并验证该陷波器是否有效，如果无效，则确立最高刚性等级后转步骤(b)；如果...

【专利技术属性】
技术研发人员：周兆勇，姚虹，徐飞鹏，杜金明，伍庆，
申请(专利权)人：苏州汇川技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32