一种直流伺服驱动系统及驱动方法技术方案

本发明专利技术属于直流伺服电机技术领域，公开了一种直流伺服驱动系统及驱动方法，直流伺服驱动系统的固定套圈焊接在箱体上侧、下侧、左侧外部边缘处，脉冲信号接口端、方向输入接口端、报警输出接口端内嵌在箱体右侧，直流伺服电机输入端设置在箱体上端；直流伺服电机输出端设置在箱体下端、PLC可编程控制器、DSP数字信号处理器、PWM波形发射器、光电编码器、旋转变压器安装在箱体内部。本发明专利技术原理简单，使用方便，通过对PLC可编程控制器做出程序的编程处理，能够精确的控制直流伺服电机转速以及转动方向，且具有响应速度快，不止步，在停止时绝对静止的优良特性，满足对各类直流伺服电机的工作需求，具有很强的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种直流伺服驱动系统及驱动方法
本专利技术属于直流伺服电机
，尤其涉及一种直流伺服驱动系统及驱动方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：目前，伺服驱动器(servodrives)又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。现存的伺服驱动器功能不够齐全，对直流伺服电机的调控速度不够快，响应速度较慢，没有能精准定位，且在对直流伺服电机做出停止指令后没有能够立即停止，会在转动惯性的作用下进行转动，对直流伺服电机的速度控制和准确性方面仍需要进一步提高。综上所述，现有技术存在的问题是：现存的伺服驱动器功能不够齐全，对直流伺服电机的调控速度不够快，响应速度较慢，没有能精确定位，且在对直流伺服电机做出停止指令后没有能够立即停止，会在转动惯性的作用下进行转动，对直流伺服电机的速度控制和准确性方面仍需要进一步提高。在伺服系统中未知参量对电流环动态特性存在影响的情况下，不能实现电流环控制参数的自整定。现有的DSP数字信号处理器滤波处理中，相位噪声测量方法都是利用专门的硬件电路提取被测信号源的相位信息，并以此分析被测信号源的单边带相位噪声，这样相位提取电路的提取性能在很大程度上决定了相位噪声测量的性能，而且相位提取电路的频率响应也会对测量结果造成影响，使直流伺服电机的驱动性能收限。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种直流伺服驱动系统。本专利技术是这样实现的，一种直流伺服驱动方法，所述直流伺服驱动方法包括：利用PLC可编程控制器对直流伺服电机进行程序设定；PWM波形发射器发射波形信号，控制直流伺服电机的慢速启动和停止，用以对直流伺服电机的调控；通过光电编码器将光电转换将直流伺服电机轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量，并传输给DSP数字信号处理器，DSP信号处理器接受模拟信号并进行滤波处理；将处理后的信号传输给直流伺服电机，进行直流伺服电机运行速度、电流的调控；光电编码器将光电转换将直流伺服电机轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量中，光电编码器输入q轴电流周期方波指令信号；在t＝0时刻，对所有粒子初始化，在允许取值范围内随机设置粒子的初始化位置x，将第i个粒子的自身个体极值设置成当前位置，全局极值设置成粒子群中的最优粒子位置；随机给定电流环初始控制参数P＝x，通过ADC采样，坐标变换后得到q轴电流跟踪响应信号，更新粒子位置，计算粒子i的适应度；如果粒子i的适应度优于自身个体极值的适应度；如果当前进化代数中，粒子i的适应度优于全局极值的适应度；根据公式计算群体适应度方差；判断算法是否满足收敛条件，如果满足就执行根据公式计算群体适应度方差，否则就对全局最优解按照公式执行变异操作并转回对所有粒子初始化；求出全局最优解的目标函数值，并输出全局最优解，算法结束；通过伺服系统校验最优值等于全局极值，如果满足响应要求则整定成功，否则继续整定；相同整定结构，在确定伺服系统最优P值之后，整定系统I、D值；最终校验伺服系统整体电流闭环响应特性；DSP信号处理器接受模拟信号并进行滤波处理中，通过DSP信号处理器信号的功率谱模型，利用信号功率谱测量数据，采用非线性最小二乘法进行曲线拟合，得到功率谱模型中的参数初值，并编写正则方程组对参数进行修正，最终得到满足既定要求的参数；再根据信号功率谱与相位噪声幂律模型的关系，将求得的参数代入相位噪声幂律模型中，进而得到被测信号的相位噪声测量结果；采用非线性最小二乘法确定参数初值的方法中，依据式采用非线性最小二乘法，确定参数的初值，取即需要选择aβ的初值，将式表示为如下的矩阵形式：FA＝S；其中：A＝[a0a1…a4]TS＝[S0S1…S4]T；矩阵F中所要用的数据点是从N个{(fi,Si)}i＝1,2,…,N中选取五个频率点，选取的数值应保证矩阵F是满秩可逆；由此得表示参数aβ初值的矩阵A的初值为：以为初始值进行迭代对矩阵A的值进行估计，l表示迭代次数，此时l＝0；同时通过旋转变压器根据输入电压的大小发生转动位移和速度的变化对直流伺服电机的操控。进一步，光电编码器将光电转换将直流伺服电机轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量，进一步包括：消除d轴电流反向电动势的影响；在方波信号作用下，分析q轴一个周期T电流环PID参数；分析时将方波信号一个周期分为高电平区间[0,T/2]、低电平区间[T/2,T]；电流方波信号函数用e(t)表示，高电平区间电流响应函数用e1(t)表示，低电平区间电流响应函数用e2(t)表示；ITAE整定准则表达式为t表示时间，|e(t)|表示实际输出与期望输出的偏差值绝对值，ITAE准则控制系统瞬态响应振荡性小，对系统参数具有良好的选择性；对于伺服系统，通过ADC采样得到反馈相电流，然后进行坐标变换得到电流环跟踪响应电流；对P值进行整定，初值P(0)对应ITAE指标为E(0)；P(i)对应ITAE指标为E(i)；i∈[1,∞)，i∈n；按照粒子群优化算法对P值进行动态赋值，变量P(i)值所对应的适应度函数用fi表示，当fi<2％时，此时得到最优伺服整定P(i)值，粒子群优化算法公式如下：x(t+1)＝wx(t)+c1r1(pbest-x(t))+c2r2(gbest-x(t))；w＝(wmax-wmin)×exp(-β(t/Tmax)2)+wmin；式中w为惯性权重，初始值取0.8，c1、c2为常数2，r1、r2为分布于[0,1]范围内的随机数，pbest为粒子本身找到的最优解，全局极值gbest为整个粒子群当前最优解；式中β取值由经验决定，为β∈[15,20]；根据群体适应度方差δ2判别局部极值是否是全局极值，群体适应度方差定义为下式：式中n为粒子数，fi为第i个粒子适应度，favg为粒子群目前平均适应度，f为归一化定标因子，f的取值为下式：f＝max{1,max|f1-favg|},i∈[1,n]；如果出现粒子群过早收敛，则执行变异操作：gbest＝gbest×(1+τ×0.5)τ为服从标准正态分布的随机变量，对gbest执行随机变异操作用来提高离子群算法跳出局部最优解的能力；在确定最优伺服系统控制参数P值后，分别使D值取0，整定I值，I值取0，整定D值；对得到的整定参数进行校验，若作用下的电流闭环阶跃响应满足快速、稳态误差小等特征，则认为参数整定结果满足电流环控制整定要求，整定过程结束，否则重新进行整定。进一步，ITAE准则表达为：进一步，参数估计的误差由以下方程估算：其中系数和为：其中Sk表示频率fk处的功率谱测量值，表示频率fk处对应的功率谱的第l次迭代值，即：进一步，所述噪声模型参数估计的判断方法为：判断如不满足误差要求，令：l＝l+1；并将修正后的和对应的功率谱测量数据代入正则方程组进行求解，得到各参数的修正值重新判断直至误差满足测量要求或达到设定的迭代次数。满足误差要求，则将参数值作为的值代入式中，即得到被测信号的相位噪声，并由此绘制相位噪声曲线。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述直流伺服驱动方法的计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流伺服驱动方法，其特征在于，所述直流伺服驱动方法包括：利用PLC可编程控制器对直流伺服电机进行程序设定；PWM波形发射器发射波形信号，控制直流伺服电机的慢速启动和停止，用以对直流伺服电机的调控；通过光电编码器将光电转换将直流伺服电机轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量，并传输给DSP数字信号处理器，DSP信号处理器接受模拟信号并进行滤波处理；将处理后的信号传输给直流伺服电机，进行直流伺服电机运行速度、电流的调控；光电编码器将光电转换将直流伺服电机轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量中，光电编码器输入q轴电流周期方波指令信号；在t＝0时刻，对所有粒子初始化，在允许取值范围内随机设置粒子的初始化位置x，将第i个粒子的自身个体极值设置成当前位置，全局极值设置成粒子群中的最优粒子位置；随机给定电流环初始控制参数P＝x，通过ADC采样，坐标变换后得到q轴电流跟踪响应信号，更新粒子位置，计算粒子i的适应度；如果粒子i的适应度优于自身个体极值的适应度；如果当前进化代数中，粒子i的适应度优于全局极值的适应度；根据公式计算群体适应度方差；判断算法是否满足收敛条件，如果满足就执行根据公式计算群体适应度方差，否则就对全局最优解按照公式执行变异操作并转回对所有粒子初始化；求出全局最优解的目标函数值，并输出全局最优解，算法结束；通过伺服系统校验最优值等于全局极值，如果满足响应要求则整定成功，否则继续整定；相同整定结构，在确定伺服系统最优P值之后，整定系统I、D值；最终校验伺服系统整体电流闭环响应特性；DSP信号处理器接受模拟信号并进行滤波处理中，通过DSP信号处理器信号的功率谱模型，利用信号功率谱测量数据，采用非线性最小二乘法进行曲线拟合，得到功率谱模型中的参数初值，并编写正则方程组对参数进行修正，最终得到满足既定要求的参数；再根据信号功率谱与相位噪声幂律模型的关系，将求得的参数代入相位噪声幂律模型中，进而得到被测信号的相位噪声测量结果；采用非线性最小二乘法确定参数初值的方法中，依据式...

【技术特征摘要】
1.一种直流伺服驱动方法，其特征在于，所述直流伺服驱动方法包括：利用PLC可编程控制器对直流伺服电机进行程序设定；PWM波形发射器发射波形信号，控制直流伺服电机的慢速启动和停止，用以对直流伺服电机的调控；通过光电编码器将光电转换将直流伺服电机轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量，并传输给DSP数字信号处理器，DSP信号处理器接受模拟信号并进行滤波处理；将处理后的信号传输给直流伺服电机，进行直流伺服电机运行速度、电流的调控；光电编码器将光电转换将直流伺服电机轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量中，光电编码器输入q轴电流周期方波指令信号；在t＝0时刻，对所有粒子初始化，在允许取值范围内随机设置粒子的初始化位置x，将第i个粒子的自身个体极值设置成当前位置，全局极值设置成粒子群中的最优粒子位置；随机给定电流环初始控制参数P＝x，通过ADC采样，坐标变换后得到q轴电流跟踪响应信号，更新粒子位置，计算粒子i的适应度；如果粒子i的适应度优于自身个体极值的适应度；如果当前进化代数中，粒子i的适应度优于全局极值的适应度；根据公式计算群体适应度方差；判断算法是否满足收敛条件，如果满足就执行根据公式计算群体适应度方差，否则就对全局最优解按照公式执行变异操作并转回对所有粒子初始化；求出全局最优解的目标函数值，并输出全局最优解，算法结束；通过伺服系统校验最优值等于全局极值，如果满足响应要求则整定成功，否则继续整定；相同整定结构，在确定伺服系统最优P值之后，整定系统I、D值；最终校验伺服系统整体电流闭环响应特性；DSP信号处理器接受模拟信号并进行滤波处理中，通过DSP信号处理器信号的功率谱模型，利用信号功率谱测量数据，采用非线性最小二乘法进行曲线拟合，得到功率谱模型中的参数初值，并编写正则方程组对参数进行修正，最终得到满足既定要求的参数；再根据信号功率谱与相位噪声幂律模型的关系，将求得的参数代入相位噪声幂律模型中，进而得到被测信号的相位噪声测量结果；采用非线性最小二乘法确定参数初值的方法中，依据式采用非线性最小二乘法，确定参数的初值，取即需要选择aβ的初值，将式表示为如下的矩阵形式：FA＝S；其中：A＝[a0a1…a4]TS＝[S0S1…S4]T；矩阵F中所要用的数据点是从N个{(fi,Si)}i＝1,2,…,N中选取五个频率点，选取的数值应保证矩阵F是满秩可逆；由此得表示参数aβ初值的矩阵A的初值为：以为初始值进行迭代对矩阵A的值进行估计，l表示迭代次数，此时l＝0；同时通过旋转变压器根据输入电压的大小发生转动位移和速度的变化对直流伺服电机的操控。2.如权利要求1所述的直流伺服驱动方法，其特征在于，光电编码器将光电转换将直流伺服电机轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量，进一步包括：消除d轴电流反向电动势的影响；在方波信号作用下，分析q轴一个周期T电流环PID参数；分析时将方波信号一个周期分为高电平区间[0,T/2]、低电平区间[T/2,T]；电流方波信号函数用e(t)表示，高电平区间电流响应函数用e1(t)表示，低电平区间电流响应函数用e2(t)表示；ITAE整定准则表达式为t表示时间，|e(t)|表示实际输出与期望输出的偏差值绝对值，ITAE准则控制系统瞬态响应振荡性小，对系统参数具有良好的选择性；对于伺服系统，通过ADC采样得到反馈相电流，然后进行坐标变换得到电流环跟踪响应电流；对P值进行整定，初值P(0)对应ITAE指标为E(0)；P(i)对应ITAE指标为E(i)；i∈[1,∞...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵忠良，黄诚，邓桂芳，曹薇，刘江帆，
申请(专利权)人：广东水利电力职业技术学院广东省水利电力技工学校，
类型：发明
国别省市：广东,44