电机驱动系统及方法技术方案

本申请实施例公开了一种电机驱动系统及方法，涉及电机驱动技术领域，该系统包括：控制器，用于根据当前时刻获取到的电机的期望位置参数、期望速度参数、实际位置参数和实际速度参数确定驱动电机的第一力矩值；状态观测器，用于根据当前时刻获取到的电机的实际位置参数确定用于补偿负载受力的第一力矩估算值，负载通过电机驱动；相加单元，用于将第一力矩值和第一力矩估算值相加，得到第二力矩值，以及输出第二力矩值，以在当前时刻通过第二力矩值驱动所述电机运转。上述方案可以解决现有技术中由于产生负载力矩使得电机实际位置与期望位置之间存在偏差，进而降低运动精准性的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
电机驱动系统及方法
本申请实施例涉及电机驱动
，尤其涉及一种电机驱动系统及方法。
技术介绍
电机是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，其主要作用是产生驱动转矩，并将驱动转矩作为用电器或各种机械的动力源。随着机械动力学的发展，诞生了各类智能机械设备，如足式机器人、机械臂等智能机械设备。此时，电机作为智能机械设备的重要组成部分，可以作为智能机械设备的动力源以驱动智能机械设备进行运动。其中，智能机械设备中被电机驱动的装置可以记为负载。现有技术中，为了保证智能机械设备运动的精准性，通常采用闭环控制方法驱动电机运转。其中，闭环控制方法具体为：预先规划智能机械设备运动过程中各时刻电机运转的期望位置和期望速度，之后，电机的驱动系统根据当前时刻电机运转的实际位置和实际速度以及期望位置和期望速度确定电机运转偏差，并基于电机运转偏差计算驱动力矩，之后，通过该驱动力矩控制电机运转，以保证智能机械设备准确地进行运动。专利技术人在实现本专利技术的过程中，发现现有技术存在如下缺陷：在使用闭环控制方法时，若出现负载受力(如负载接收摩擦力等外力)的情况，则会出现负载力矩，该负载力矩也可以理解为负载受力时的力矩，该负载力矩出现时，会使得智能机械设备出现运动偏差，此时，为了消除偏差，智能机械设备需要补偿该负载力矩，进而抵消负载受力。那么，为了补偿负载力矩，电机的驱动系统会使电机的驱动力矩等于负载力矩。相应的，为了保持驱动力矩的正常输出，会使电机的实际位置与期望位置之间始终存在偏差。此时，负载力矩越大，驱动力矩越大，实际位置与期望位置之间的偏差越大，这样大大降低了智能机械设备运动的精准性。
技术实现思路
本申请提供了一种电机驱动系统及方法，以解决现有技术中由于产生负载力矩使得电机实际位置与期望位置之间存在偏差，进而降低运动精准性的技术问题。第一方面，本申请实施例提供了一种电机驱动系统，包括：控制器、状态观测器和相加单元；所述控制器，用于获取电机在当前时刻的期望位置参数、期望速度参数、实际位置参数和实际速度参数；根据所述期望位置参数、期望速度参数、实际位置参数和实际速度参数确定当前时刻驱动电机的第一力矩值；所述状态观测器，用于获取电机在当前时刻的实际位置参数；根据所述实际位置参数确定当前时刻用于补偿负载受力的第一力矩估算值，所述负载通过所述电机驱动；所述相加单元，用于将所述第一力矩值和所述第一力矩估算值相加，得到第二力矩值；输出所述第二力矩值，以在当前时刻通过所述第二力矩值驱动所述电机运转。进一步的，所述状态观测器在用于根据所述实际位置参数确定当前时刻用于补偿负载受力的第一力矩估算值时，具体为：将所述实际位置参数和第一观测位置参数作差，得到当前时刻的位置偏差参数，所述第一观测位置参数为所述状态观测器在上一时刻估算得到的电机观测位置；根据所述位置偏差参数和第二力矩估算值计算当前时刻用于补偿负载受力的第一力矩估算值，所述第二力矩估算值为上一时刻所述状态观测器计算得到的用于补偿负载受力的力矩估算值。进一步的，所述状态观测器还用于：获取所述电机在当前时刻的电磁转矩值；根据所述电磁转矩值、所述第一力矩估算值、所述位置偏差参数以及上一时刻估算得到的第二观测速度参数，得到当前时刻电机的第一观测速度参数；根据所述第二观测速度参数、所述第一观测速度参数和所述第一观测位置参数，得到第二观测位置参数，所述第二观测位置参数为当前时刻估算得到的电机观测位置。进一步的，所述第一观测速度参数的计算公式为：Omega(k)＝(K1*(Error*freq-0.5*(Omega(k)-Omega(k-1)))+K2*Error+TrqComp(k)+Te+B)/J+Omega(k-1)其中，Omega(k)为第一观测速度参数，Omega(k-1)为第二观测速度参数，Error为当前时刻的位置偏差参数，freq为状态观测器的迭代频率，TrqComp(k)为第一力矩估算值，Te为当前时刻的电磁转矩值，B为电机摩擦系数，J为电机转动惯量，K1为第一比例系数，K2为第二比例系数。进一步的，所述第二观测位置参数的计算公式为：Thetaob(k)＝0.5*(Omega(k)-Omega(k-1))+Thetaob(k-1)其中，Thetaob(k)为第二观测位置参数，Omega(k)为第一观测速度参数，Omega(k-1)为第二观测速度参数，Thetaob(k-1)为第一观测位置参数。进一步，还包括：电磁转矩获取单元，所述电磁转矩获取单元，用于获取电机在当前时刻的电流值；将所述电流值与电磁转矩系数相乘，以得到当前时刻的电磁转矩值。进一步的，所述第一力矩估算值的计算公式为：TrqComp(k)＝K3*Error+TrqComp(k-1)其中，TrqComp(k)为第一力矩估算值，TrqComp(k-1)为第二力矩估算值，Error为当前时刻的位置偏差参数，K3为第三比例系数。进一步的，还包括：参数平滑单元，所述参数平滑单元，用于获取控制设备当前输出的电机第一期望位置参数和电机第一期望速度参数；根据所述控制设备前一次输出的电机第二期望位置参数和所述电机第一期望位置参数确定位置变化参数，根据所述控制设备前一次输出的电机第二期望速度参数和所述电机第一期望速度参数确定速度变化参数；计算所述控制设备和所述控制器之间控制频率的比例参数；根据所述比例参数均分所述位置变化参数和所述速度变化参数，分别得到多个位置周期变化量和多个速度周期变化量；根据所述位置周期变化量和前一时刻的期望位置参数确定当前时刻的期望位置参数，根据所述速度周期变化量和前一时刻的期望速度参数确定当前时刻的期望速度参数。进一步的，还包括：位置传感器和数值转换单元；所述位置传感器，用于获取当前时刻电机的旋转刻度参数；所述数值转换单元，用于根据所述旋转刻度参数确定当前时刻电机的旋转速度参数；对所述旋转刻度参数和所述旋转速度参数进行单位转换，以得到当前时刻电机的实际位置参数和实际速度参数，所述实际位置参数与所述期望位置参数的单位相同，所述实际速度参数和所述期望速度参数的单位相同。进一步的，还包括：相乘单元；所述相乘单元，用于将所述第一力矩估算值与第四比例系数相乘，得到相乘结果；所述相加单元在用于将所述第一力矩值和所述第一力矩估算值相加，得到第二力矩值时，具体为：将所述第一力矩值和所述相乘结果值相加，得到第二力矩值。第二方面，本申请实施例还提供了一种电机驱动方法，包括：控制器获取电机在当前时刻的期望位置参数、期望速度参数、实际位置参数和实际速度参数；所述控制器根据所述期望位置参数、期望速度参数、实际位置参数和实际速度参数确定当前时刻驱动电机的第一力矩值；状态观测器获取电机在当前时刻的实际位置参数；所述状态观测器根据所述实际位置参数确定当前时刻用于补偿负载本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电机驱动系统，其特征在于，包括：控制器、状态观测器和相加单元；/n所述控制器，用于获取电机在当前时刻的期望位置参数、期望速度参数、实际位置参数和实际速度参数；根据所述期望位置参数、期望速度参数、实际位置参数和实际速度参数确定当前时刻驱动电机的第一力矩值；/n所述状态观测器，用于获取电机在当前时刻的实际位置参数；根据所述实际位置参数确定当前时刻用于补偿负载受力的第一力矩估算值，所述负载通过所述电机驱动；/n所述相加单元，用于将所述第一力矩值和所述第一力矩估算值相加，得到第二力矩值；输出所述第二力矩值，以在当前时刻通过所述第二力矩值驱动所述电机运转。/n

【技术特征摘要】
1.一种电机驱动系统，其特征在于，包括：控制器、状态观测器和相加单元；
所述控制器，用于获取电机在当前时刻的期望位置参数、期望速度参数、实际位置参数和实际速度参数；根据所述期望位置参数、期望速度参数、实际位置参数和实际速度参数确定当前时刻驱动电机的第一力矩值；
所述状态观测器，用于获取电机在当前时刻的实际位置参数；根据所述实际位置参数确定当前时刻用于补偿负载受力的第一力矩估算值，所述负载通过所述电机驱动；
所述相加单元，用于将所述第一力矩值和所述第一力矩估算值相加，得到第二力矩值；输出所述第二力矩值，以在当前时刻通过所述第二力矩值驱动所述电机运转。


2.根据权利要求1所述的电机驱动系统，其特征在于，所述状态观测器在用于根据所述实际位置参数确定当前时刻用于补偿负载受力的第一力矩估算值时，具体为：
将所述实际位置参数和第一观测位置参数作差，得到当前时刻的位置偏差参数，所述第一观测位置参数为所述状态观测器在上一时刻估算得到的电机观测位置；
根据所述位置偏差参数和第二力矩估算值计算当前时刻用于补偿负载受力的第一力矩估算值，所述第二力矩估算值为上一时刻所述状态观测器计算得到的用于补偿负载受力的力矩估算值。


3.根据权利要求2所述的电机驱动系统，其特征在于，所述状态观测器还用于：
获取所述电机在当前时刻的电磁转矩值；
根据所述电磁转矩值、所述第一力矩估算值、所述位置偏差参数以及上一时刻估算得到的第二观测速度参数，得到当前时刻电机的第一观测速度参数；
根据所述第二观测速度参数、所述第一观测速度参数和所述第一观测位置参数，得到第二观测位置参数，所述第二观测位置参数为当前时刻估算得到的电机观测位置。


4.根据权利要求3所述的电机驱动系统，其特征在于，所述第一观测速度参数的计算公式为：
Omega(k)＝(K1*(Error*freq-0.5*(Omega(k)-Omega(k-1)))+K2*Error+TrqComp(k)+Te+B)/J+Omega(k-1)
其中，Omega(k)为第一观测速度参数，Omega(k-1)为第二观测速度参数，Error为当前时刻的位置偏差参数，freq为状态观测器的迭代频率，TrqComp(k)为第一力矩估算值，Te为当前时刻的电磁转矩值，B为电机摩擦系数，J为电机转动惯量，K1为第一比例系数，K2为第二比例系数。


5.根据权利要求3所述的电机驱动系统，其特征在于，所述第二观测位置参数的计算公式为：
Thetaob(k)＝0.5*(Omega(k)-Omega(k-1))+Thetaob(k-1)
其中，Thetaob(k)为第二观测位置参数，Omega(k)为第一观测速度参数，Omega(k-1)为第二观测速度参数，Thetaob(k-1)为第一观测位置参数。


6.根据权利要求3所述的电机驱动系统，其特征在于，还包括：电磁转矩获取单元，
所述电磁转矩获取单元，用于获取电机在当前时刻的电流值；将所述电流值与电磁转矩系数相乘，以得到当前时刻的电磁转矩值。


7.根据权利要求2所述的电机驱动系统，其特征在于，所述第一力矩估算值的计算公式为：
TrqComp(k)＝K3*Error+TrqComp(k-1)
其中，TrqComp(k)为第一力矩估算值，TrqComp(k-1)为第二力矩估算值，Error为当前时刻的位置偏差参数，K3为第三比例系数。


8.根据权利要求1所述的电机驱动系统，其特征在于，还包括：参数平滑单元，
所述参数平滑单元，用于获取控制设备当前输出的电机第一期望位置参数和电机第一期望速度参数；根据所述控制设备前一次输出的电机第二期望位置参数和所述电机第一期望位置参数确定位置变化参数，根据所述控制设备前一次输出的电机第二期望速度参数和所述电机第一期望速度参数确定速度变化参数；计算所述控制设备和所述控制器之间控制频率的比例参数；根据所述比例参数均分所述位置变化参数和所述速度变化参数，分别得到多个位置周期变化量和多个速度周期变化量；根据所述位置周期变化量和前一时刻的期望位置参数确定当前时刻的期望位置参数，根据所述速度周期变化量和前一时刻的期望速度参数确定当前时刻的期望速度参数。


9.根据权利要求1所述的电机驱动系统，其特征在于，还包括：位置传感器和数值转换单元；
所述位置传感器，用于获取当前时刻电机的旋转刻度参数；
所述数值转换单元，用于根据所述旋转刻度参数确定当前时刻电机的旋转速度参数；对所述旋转刻度参数和所述旋转速度参数进行单位转换，以得到当前时刻电机的实际位置参数和实际速度参数，所述实际位置参数与所述期望位置参数的单位相同，所述实际速度参数和所述期望速度参数的单位相同。


10.根据权利要求1所述的电机驱动系统，其特征在于，还包括：相乘单元；
所述相乘单元，用于将所述第一力矩估算值与第四比例系数相乘，得到相乘结果；
所述相加单元在用于将所述第一力矩值和所述第一力矩估算值相加，得到第二力矩值时，具体为：
将所述第一力矩值和所述相乘结果相加，得到第二力矩值。


11.一种电机驱动方法，其特征在于，包括：
控制器获取电机在当前时刻的期望位置参数、期望速度参数、实际位置参数和实际速度参数；
所述控制器根据所述期望位置参数、期望速度参数、实际...

【专利技术属性】
技术研发人员：高孝君，
申请(专利权)人：广州视源电子科技股份有限公司，广州视睿电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44