基于自适应周期电流补偿齿槽力矩的伺服系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于自适应周期电流补偿齿槽力矩的伺服系统及方法，包括：编码器、速度闭环模块、自适应周期电流补偿器和电流闭环模块，编码器采集电机的定转子相对位置和速度反馈值后，速度闭环模块利用速度给定值和速度反馈值的差值生成闭环电流给定值，再由自适应周期电流补偿器根据定转子相对位置、齿槽力矩幅值、齿槽间隔步进码值、齿槽力矩相位预设值和闭环电流给定值通过自适应修正算法进行电流补偿，生成自适应周期补偿电流，再由电流闭环模块根据闭环电流给定值、自适应周期补偿电流和电流反馈值的差值生成电信号以驱动电机工作。本发明专利技术通过对正弦周期电流的相位进行实时自适应补偿，克服实际工程中的误差，大幅提升周期电流补偿性能。升周期电流补偿性能。升周期电流补偿性能。

【技术实现步骤摘要】
基于自适应周期电流补偿齿槽力矩的伺服系统及方法


[0001]本申请涉及伺服控制
，特别是涉及一种基于自适应周期电流补偿齿槽力矩的伺服系统及方法。

技术介绍

[0002]齿槽力矩是由永磁同步电机的永磁体与电枢齿之间相互作用力的切向分量引起的周期性力矩波动，是永磁同步电机的特性之一。齿槽力矩会使电机产生转速波动，影响电机的性能。在高精度伺服控制系统中，较大的齿槽力矩，必定会对伺服控制系统的控制精度产生严重影响。齿槽力矩的抑制大体通过两类手段，第一类是通过优化电机结构，改善定子绕组分布、改善定子和转子磁路等方法，从根源上减小齿槽力矩。第二类是通过定制驱动控制策略，从伺服控制角度，对齿槽力矩进行压制和补偿。由于不同的结构设计对交流电机齿槽力矩的优化结果不尽相同，也不能从根源上避免。因此，通过定制驱动控制策略对齿槽力矩进行压制和补偿是十分必要的。
[0003]由于在电机结构设计完成后，齿槽力矩就已经形成，且其大小随定转子相对位置变化而成周期性变化，平均值为0，类似于正弦分布，因此可以通过正弦周期电流(定转子相对位置的函数)进行补偿。目前，现有的正弦周期电流补偿方法，其补偿电流是与位置相关的函数，可通过编码器直接测量，具有原理简单，易于工程实现等优势。然而，齿槽力矩的周期性波动补偿在实际工程上有两个关键点：一方面，周期性波动的函数并非是严格的正弦波形，其是有一定程度畸变的类似正弦函数，如果直接采用正弦波形的电流进行补偿，在一个齿槽力矩周期内，会有大部分补偿电流是很难对齐齿槽力矩的，这里定义为畸变相位误差。另一方面，在测试齿槽力矩和位置的关系时，往往采用跟踪低速恒定转速，采集电流反馈值和编码器反馈值，再将电流波动相位和编码器数值进行标定，然后利用标定相位和幅值，拟合出补偿电流，但是采用跟踪低速恒定转速时测定的驱动电流反馈值往往受速度环和电流校正性能的影响，与真实齿槽力矩的相位有一定滞后，这里定义为标定相位误差，因此在补偿时，补偿电流是滞后于齿槽力矩的。综上，直接采用正弦周期电流补偿法对齿槽力矩进行抑制的方法存在抑制效果不佳的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请提供一种基于自适应周期电流补偿齿槽力矩的伺服系统及方法，以解决现有基于正弦周期电流的齿槽力矩补偿方法效果不佳的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种基于自适应周期电流补偿齿槽力矩的伺服系统，其包括：编码器，用于采集电机的定转子相对位置和速度反馈值，以及用于在伺服系统初始化时，对齿槽力矩幅值、编码器初始相位码值和齿槽间隔步进码值进行标定；速度闭环模块，与编码器电性连接，用于根据预先输入的速度给定值和速度反馈值的差值生成闭环电流给定值；自适应周期电流补偿器，与速度闭环模块、编码器电性连接，用于根据定转子相对位置、齿槽力矩幅值、齿槽间隔步进码值、齿槽力矩相位预设
值和闭环电流给定值通过自适应修正算法进行电流补偿，生成自适应周期补偿电流，齿槽力矩相位预设值基于编码器初始相位码值和预设相位俢定值计算得到；电流闭环模块，与自适应周期电流补偿器、速度闭环模块电性连接，用于根据自适应周期补偿电流和闭环电流给定值之和与电流反馈值的差值生成控制伺服电机工作的电信号，电流反馈值从电流闭环模块输出的电信号采集得到。
[0006]作为本申请的进一步改进，齿槽力矩相位预设值的计算过程表示为：
[0007]Cogging
Ini
＝Cogging
Ini0
+Cogging
Ini_Delta
；
[0008]其中，Cogging
Ini
表示齿槽力矩相位预设值，Cogging
Ini0
表示编码器初始相位码值，Cogging
Ini_Delta
表示预设相位俢定值。
[0009]作为本申请的进一步改进，自适应周期补偿电流的计算过程表示为：
[0010][0011][0012]其中，％为取余数符号，Icompensate表示自适应周期补偿电流，Cogging
A
表示齿槽力矩幅值，Theta表示定转子相对位置，Cogging
Ini
表示齿槽力矩相位预设值，Cogging
Delta
表示齿槽间隔步进码值，Cogging
checkj
表示自适应周期补偿电流相位的修正值，Cogging
check
(s)表示自适应周期补偿电流相位的修正值的拉普拉斯表示，s表示积分算子，Parameter1和Parameter2为预设参数，ISpeed(s)表示闭环电流给定值的拉普拉斯表示。
[0013]作为本申请的进一步改进，速度闭环模块包括：第一加法器、速度环校正器和差分器，第一加法器分别与速度环校正器、差分器电性连接，速度环校正器分别与自适应周期电流补偿器、电流闭环模块电性连接，差分器与编码器电性连接；第一加法器，用于根据速度给定值和速度反馈值计算得到速度误差值；速度环校正器，用于根据速度误差值生成闭环电流给定值；差分器，用于接收编码器输出的速度反馈值并对速度反馈值中的噪声信号进行抑制。
[0014]作为本申请的进一步改进，电流闭环模块包括：电流传感器、以及依次电性连接的第二加法器、电流环校正器、功率变换器，电流传感器分别与第二加法器、功率变换器电性连接，第二加法器还分别与速度闭环模块、自适应周期电流补偿器电性连接；第二加法器，用于根据自适应周期补偿电流和闭环电流给定值之和与电流反馈值计算得到电流误差值；电流环校正器，用于根据电流误差值生成电压信号；功率变换器，用于将电压信号转换为电机控制信号；电流传感器，用于从电机控制信号中采集得到电流反馈值。
[0015]为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种基于自适应周期电流补偿齿槽力矩的方法，其应用于上述之一所述的基于自适应周期电流补偿齿槽力矩的伺服系统，基于自适应周期电流补偿齿槽力矩的伺服系统包括：编码器、速度闭环模块、自适应周期电流补偿器和电流闭环模块；该方法包括：编码器采集电机的定转子相对位置和速度反馈值；速度闭环模块根据预先输入的速度给定值和速度反馈值的差值生成闭环电流给定值；自适应周期电流补偿器根据定转子相对位置、齿槽力矩幅值、齿槽间隔步进码值、齿槽力矩相位预设值和闭环电流给定值通过自适应修正算法进行电流补偿，生成自适应周期补偿电流，齿槽力矩相位预设值基于编码器初始相位码值和预设相位俢定值计算得
到，齿槽力矩幅值、编码器初始相位码值和齿槽间隔步进码值在基于自适应周期电流补偿齿槽力矩的伺服系统初始化时进行标定得到；电流闭环模块根据自适应周期补偿电流和闭环电流给定值之和与电流反馈值的差值生成控制伺服电机工作的电信号，电流反馈值从电流闭环模块输出的电信号采集得到。
[0016]作为本申请的进一步改进，齿槽力矩相位预设值的计算过程表示为：
[0017]Cogging
Ini
＝Cogging
Ini0...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应周期电流补偿齿槽力矩的伺服系统，其特征在于，其包括：编码器，用于采集电机的定转子相对位置和速度反馈值，以及用于在伺服系统初始化时，对齿槽力矩幅值、编码器初始相位码值和齿槽间隔步进码值进行标定；速度闭环模块，与所述编码器电性连接，用于根据预先输入的速度给定值和所述速度反馈值的差值生成闭环电流给定值；自适应周期电流补偿器，与所述速度闭环模块、所述编码器电性连接，用于根据所述定转子相对位置、所述齿槽力矩幅值、所述齿槽间隔步进码值、齿槽力矩相位预设值和所述闭环电流给定值通过自适应修正算法进行电流补偿，生成自适应周期补偿电流，所述齿槽力矩相位预设值基于所述编码器初始相位码值和预设相位修定值计算得到；电流闭环模块，与所述自适应周期电流补偿器、所述速度闭环模块电性连接，用于根据所述自适应周期补偿电流和所述闭环电流给定值之和与电流反馈值的差值生成控制伺服电机工作的电信号，所述电流反馈值从所述电流闭环模块输出的电信号采集得到。2.根据权利要求1所述的基于自适应周期电流补偿齿槽力矩的伺服系统，其特征在于，所述齿槽力矩相位预设值的计算过程表示为：Cogging
Ini
＝Cogging
Ini0
+Cogging
Ini_Delta
；其中，Cogging
Ini
表示所述齿槽力矩相位预设值，Cogging
Ini0
表示所述编码器初始相位码值，Cogging
Ini_Delta
表示所述预设相位修定值。3.根据权利要求1所述的基于自适应周期电流补偿齿槽力矩的伺服系统，其特征在于，所述自适应周期补偿电流的计算过程表示为：所述自适应周期补偿电流的计算过程表示为：其中，％为取余数符号，Icompensate表示所述自适应周期补偿电流，Cogging
A
表示所述齿槽力矩幅值，Theta表示所述定转子相对位置，Cogging
Ini
表示所述齿槽力矩相位预设值，Cogging
Delta
表示所述齿槽间隔步进码值，Cogging
check
表示所述自适应周期补偿电流相位的修正值，Cogging
check
(s)表示所述自适应周期补偿电流相位的修正值的拉普拉斯表示，s表示积分算子，Parameter1和Parameter2为预设参数，ISpeed(s)表示所述闭环电流给定值的拉普拉斯表示。4.根据权利要求1所述的基于自适应周期电流补偿齿槽力矩的伺服系统，其特征在于，所述速度闭环模块包括：第一加法器、速度环校正器和差分器，所述第一加法器分别与所述速度环校正器、所述差分器电性连接，所述速度环校正器分别与所述自适应周期电流补偿器、所述电流闭环模块电性连接，所述差分器与所述编码器电性连接；所述第一加法器，用于根据所述速度给定值和所述速度反馈值计算得到速度误差值；所述速度环校正器，用于根据所述速度误差值生成闭环电流给定值；所述差分器，用于接收所述编码器输出的速度反馈值并对所述速度反馈值中的噪声信号进行抑制。5.根据权利要求1所述的基于自适应周期电流补偿齿槽力矩的伺服系统，其特征在于，
所述电流闭环模块包括：电流传感器、以及依次电性连接的第二加法器、电流环校正器、功率变换器，所述电流传感器分别与所述第二加法器、所述功率变换器电性连接，所述第二加法器还分别与所述速度闭环模块、所述自适应周期电流补偿器电性连接；所述第二加法器，用于根据所述自适应周期补偿电流和所述闭环电流给定值之和与所述电流反馈值计算得到电流误差值；所述电流环校正器，用于根据所述电流误差值生成电压信号；所述功率变换器，用于将所述电压信号转换为电机控制信号；所述电流传感器，用于从所述电机控制信号中采集得到所述电流反馈值。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵蒙，邓永停，李洪文，陈涛，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：