一种电动舵机阶跃响应峰值电流抑制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种电动舵机阶跃响应峰值电流抑制方法及系统，属于电机控制领域，解决了现有电动舵机在大幅度阶跃响应时，舵机输出大电流尖峰的问题。包括：对输入控制器的指令信号进行判断，识别阶跃信号；对输出的阶跃响应进行起跃控制量整形；对整形后的阶跃响应进行判断，识别出阶跃响应的进埠阶段；对进埠阶段的阶跃响应进行进埠控制量整形；将整形后的控制量发送给电动舵机，控制电动舵机工作。通过对控制量动态调整，减弱电机电枢峰值电流，同时增大电枢电流的有效输出时长；在抑制电枢电流峰值的同时，保证电动舵机的动态特性。无需额外的硬件资源开销，不增加电动舵机控制系统的体积和重量，可以有效提高电动舵机的可靠性和电磁兼容性能。

【技术实现步骤摘要】
一种电动舵机阶跃响应峰值电流抑制方法及系统
本专利技术涉及电机控制
，尤其涉及一种电动舵机阶跃响应峰值电流抑制方法及系统。
技术介绍
电动舵机伺服系统是一种高精度位置伺服系统,主要应用于飞行器、船舶、潜航器、机器人等领域。电动舵机的任务是精确控制舵面的偏转,使被控对象达到预期的姿态或位置。电动舵机的高动态快响应能力决定了所在平台整机的姿态控制系统的动态品质。以弹用电动舵机为例，导弹飞行工况异常复杂，当导弹受到剧烈气流扰动或做大范围快速机动时，需要舵机响应幅值较大正负交替的阶跃指令输入。由于电动舵机中电机电枢电阻通常较小，在舵机启动时刻未建立有效的反电势，或在舵机加减速换向时刻外部电压与反电势同向叠加，此两种情况下，电机电枢两端的电压较大，舵机易输出显著的大电流尖峰。大电流尖峰输出容易引起供电模块过载，导致供电电压降低，控制器无法正常工作；引起舵机过度发热，导致舵机带载能力下降，甚至损坏绕组；引起剧烈的电磁辐射干扰，损害电磁兼容性能。因此，抑制电动舵机阶跃响应峰值电流是高动态快响应电动舵机研制的关键。现有舵机电流抑制方案有电流闭环方案和增加母线支承电容方案等。其中，电流闭环方案需要增加电流采样电路，尤其对于中小型电动舵机系统，在控制系统体积、重量受限的条件下，一般采用一个控制器控制四个舵的一拖四结构，电流闭环方案需要较大的额外硬件资源开销，对于某些电动舵机应用，该方案甚至不可实现。增加母线支承电容方案通过母线支承电容的充放电，减弱电动舵机对供电模块的瞬时峰值输出功率的要求，但是流过电机电枢的峰值电流并没有减小，其仅能解决大电流尖峰造成的部分问题，并且带来了电动舵机上电时充电电流较大的新问题。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种电动舵机阶跃响应峰值电流抑制方法及系统，用以解决现有电动舵机在大幅度阶跃响应时，舵机输出大电流尖峰的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：提供了一种电动舵机阶跃响应峰值电流抑制方法，包括以下步骤：对输入控制器的指令信号进行判断，识别阶跃信号；对控制器输出的阶跃响应进行起跃控制量整形，得到整形后的起跃控制量；对上述整形后的阶跃响应进行判断，识别出阶跃响应的进埠阶段；对进埠阶段的阶跃响应进行进埠控制量整形，得到整形后的进埠控制量；将上述整形后的起跃控制量和进埠控制量输出给电动舵机，控制电动舵机工作。本专利技术有益效果如下：通过对控制量输出的动态调整，减弱电机电枢的峰值电流，同时增大电枢电流的有效输出时长。即，通过将电枢电流削峰去顶，在抑制电枢电流峰值的同时，保证电动舵机的动态特性。实现电动舵机在大幅度阶跃指令时，舵机电枢电流的峰值抑制。无额外的硬件资源开销，不增加电动舵机控制系统的体积和重量，参数调节方便灵活，可以有效提高电动舵机的可靠性和电磁兼容性能，有利于提高整弹的技术指标。在上述方案的基础上，本专利技术还做了如下改进：进一步，所述识别阶跃信号，包括：对指令信号幅度变化的大小进行判断，当指令信号幅度变化超过设定值M时，确定指令信号为阶跃信号，当前控制周期为阶跃响应过程，并将阶跃标志Step_flag1和Step_flag2置位；否则，确认指令信号不是阶跃信号，当前控制周期不是阶跃响应过程。进一步，所述阶跃响应的进埠阶段识别，包括：根据阶跃标志Step_flag2的置位状态和阶跃响应位置误差大小进行判断，当阶跃标志Step_flag2处于置位状态且位置误差小于设定值P时，则确定当前控制周期为阶跃响应进埠阶段，进埠标志Step_reach置位，阶跃标志Step_flag2清零；否则，确定当前控制周期不是阶跃响应进埠阶段。进一步，所述起跃控制量整形、进埠控制量整形均包括：对当前控制周期的控制量乘以比例系数，使得控制量的幅值不超过阈值T；所述比例系数根据控制周期的不同而不同。进一步，所述起跃控制量输出整形、进埠控制量输出整形均包括：设定当前控制周期的控制量限幅值，使得控制量的幅值不超过阈值T；所述限幅值根据控制周期的不同而不同。进一步，起跃控制量整形、进埠控制量整形还包括：进行温度循环试验，确定当前控制周期对应的比例系数的值。另一方面，提供了一种电动舵机阶跃响应峰值电流抑制系统，包括：阶跃信号识别模块、起跃控制量整形模块、阶跃末段速度换向识别模块、进埠控制量整形模块；所述阶跃信号识别模块用于对输入控制器的指令信号进行判断，识别阶跃信号；所述起跃控制量整形模块用于对控制器输出的阶跃信号响应进行起跃控制量整形；所述阶跃末段速度换向识别模块用于对上述整形后的阶跃信号响应进行判断，识别出阶跃响应的进埠阶段；所述进埠控制量整形模块用于对进埠阶段的阶跃信号响应进行进埠控制量整形。进一步，所述识别阶跃信号，包括：对指令信号幅度变化的大小进行判断，当指令信号幅度变化超过设定值M时，确定指令信号为阶跃信号，当前控制周期为阶跃响应过程，并将阶跃标志Step_flag1和Step_flag2置位；否则，确认指令信号不是阶跃信号，当前控制周期不是阶跃响应过程。进一步，所述阶跃响应的进埠阶段识别，包括：根据阶跃标志Step_flag2的置位状态和阶跃响应位置误差大小进行判断，当阶跃标志Step_flag2处于置位状态且位置误差小于设定值P时，则确定当前控制周期为阶跃响应进埠阶段，进埠标志Step_reach置位，阶跃标志Step_flag2清零；否则，确定当前控制周期不是阶跃响应进埠阶段。进一步，所述起跃控制量整形模块、进埠控制量整形模块均包括：对当前控制周期的控制量乘以比例系数，使得控制量的幅值不超过阈值T；所述比例系数根据控制周期的不同而不同。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术实施例中电动舵机阶跃响应峰值电流抑制方法略图；图2为本专利技术实施例中电动舵机阶跃响应峰值电流抑制方法流程图；图3为本专利技术实施例中起跃控制量整形实现途径一；图4为本专利技术实施例中起跃控制量整形实现途径二；图5为本专利技术实施例中进埠控制量整形实现途径一；图6为本专利技术实施例中进埠控制量整形实现途径二；图7为本专利技术实施例中电动舵机阶跃响应峰值电流抑制系统结构框图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术的一个实施例，公开了一种电动舵机阶跃响应峰值电流抑制方法。如图1所示，包括：步骤S1,识别阶跃信号，对输入控制器的指令信号进行判断，识别阶跃信号；步骤S2，起跃控制量输出整形，对控制器输出的阶跃信号响应进行起跃控制量整形，得到整形后的起跃控制量；步骤S3，阶跃末段速度换向识别，对上述整形后的阶跃信号响应进行判断，识别出阶跃响应的进埠阶段；步骤S4，进埠控制量输出整形，对进埠阶段的阶跃信号响应进行进埠控制量整形，得到整形后的进埠控制量。步骤S5，将整形后的起跃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动舵机阶跃响应峰值电流抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：对输入控制器的指令信号进行判断，识别阶跃信号；对控制器输出的阶跃响应进行起跃控制量整形，得到整形后的起跃控制量；对上述整形后的阶跃响应进行判断，识别出阶跃响应的进埠阶段；对进埠阶段的阶跃响应进行进埠控制量整形，得到整形后的进埠控制量；将上述整形后的起跃控制量和进埠控制量发送给电动舵机，控制电动舵机工作。

【技术特征摘要】
1.一种电动舵机阶跃响应峰值电流抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：对输入控制器的指令信号进行判断，识别阶跃信号；对控制器输出的阶跃响应进行起跃控制量整形，得到整形后的起跃控制量；对上述整形后的阶跃响应进行判断，识别出阶跃响应的进埠阶段；对进埠阶段的阶跃响应进行进埠控制量整形，得到整形后的进埠控制量；将上述整形后的起跃控制量和进埠控制量发送给电动舵机，控制电动舵机工作。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述识别阶跃信号，包括：对指令信号幅度变化的大小进行判断，当指令信号幅度变化超过设定值M时，确定指令信号为阶跃信号，当前控制周期为阶跃响应过程，并将阶跃标志Step_flag1和Step_flag2置位；否则，确认指令信号不是阶跃信号，当前控制周期不是阶跃响应过程。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阶跃响应的进埠阶段识别，包括：根据阶跃标志Step_flag2的置位状态和阶跃响应位置误差大小进行判断，当阶跃标志Step_flag2处于置位状态且阶跃响应位置误差小于设定值P时，则确定当前控制周期为阶跃响应进埠阶段，进埠标志Step_reach置位，阶跃标志Step_flag2清零；否则，确定当前控制周期不是阶跃响应进埠阶段。4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述起跃控制量整形、进埠控制量整形均包括：对当前控制周期的控制量乘以比例系数，使得控制量的幅值不超过阈值T；所述比例系数根据控制周期的不同而不同。5.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述起跃控制量输出整形、进埠控制量输出整形均包括：设定当前控制周期的控制量限幅值，使得控制量的幅值不超过阈值T；所述限幅值根据控制周期的不同而不同。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超，马俊，余东东，魏厚震，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11