【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电机伺服系统领域，具体涉及一种伺服电机位置控制方法、装置、介质、处理器及伺服系统。
技术介绍
1、近年来，自动控制理论在电机控制应用上逐步趋于成熟，同时伴随着电力电子技术、电机制造技术、计算机科学与技术、传感器技术和稀土永磁材料的发展，交流伺服控制技术取得了巨大进步。在工业自动化生产中，往往要求系统能够快速精确的达到定位目标，国内外工业界和科研机构都对高精度伺服控制算法投入大量时间精力进行研究。
2、目前伺服控制系统在工业生产中最常用的是采用基于pid的多环串级控制结构，pid优点在于结构简单，调节参数少，但它是一种单自由度的线性控制，并且快速响应与低超调这个矛盾问题突出，易产生积分饱和现象。在实际运用过程中抗扰性能较差，缺乏鲁棒性，为了时刻保持性能优越三个可调参数需随系统输入和扰动变化实时调整，对于在精确定位上的使用非常麻烦。
3、传统的近似时间最优伺服控制器，为了实现最快速的定位，其运行过程只有加速和减速两个阶段。若能在精确定位的同时设计一个速度限制，在工业运用中十分有意义。
技术实现思路
1、有鉴如此，本专利技术要解决的技术问题是提供一种伺服电机位置控制方法、装置、介质、处理器及伺服系统，实现在扰动存在的情况下，对电机进行快速精确的定位，同时可设置最大速度，对电机的最大速度进行控制。
2、作为本专利技术的第一个方面，所提供的伺服电机位置控制方法的实施例技术方案如下：
3、一种伺服电机位置控制方法，其中，所述方法包括
4、将伺服系统简化为带惯性阻尼环节的二阶系统；
5、确定所述二阶系统的模型参数值，设计以速度为变量的近似时间最优控制律函数；
6、以所述近似时间最优控制律函数、所述速度、位置误差和速度饱和限幅器，搭建速度限制函数；
7、搭建速度观测器，估计所述速度与扰动；
8、按如下控制策略控制电机的运行：
9、当输入参考指令后，控制电机处于加速阶段，此时采用所述近似时间最优控制律函数进行加速；
10、当电机加速到所述速度饱和限幅器设定的最大值时，由所述速度限制函数进行恒速控制，同时将控制器的增益由第一增益切换到第二增益，以保证恒速控制时所述伺服系统的稳定性；
11、当被控对象接近目标位置时，控制电机处于减速阶段，此时将控制器的增益由第二增益切换回第一增益，并采用所述近似时间最优控制律函数进行降速直至被控对象平稳的到达所述目标位置。
12、进一步地，所述以速度为变量的近似时间最优控制律函数包括：根据速度大小切换线性控制和非线性控制，计算公式如下：
13、
14、其中，v为速度；v1为线性控制区的宽度；k1和k2为设定系数，且k1>0、k2<0；sign(v)为速度v的符号函数，用于提取速度v的正负号；a和b为所述二阶系统的模型参数，且a<0、b>0；umax为伺服系统电流环输出的最大值；ys为与所述二阶系统的模型、伺服系统的最大加速度和v1相关的函数。
15、进一步地，所述速度限制函数计算公式如下：
16、
17、其中，e表示跟踪误差,等于输入参考指令r减去位置反馈y；为观测器估计的速度；sat(·)表示限饱和函数，速度指令fp可表示为：
18、
19、其中，sign(·)为符号函数；vmax为所述速度饱和限幅器设定的最大值。
20、进一步地，在进行速度控制的时候，切换控制器增益,计算公式如下：
21、
22、其中，ω为所述控制器位置环设计的带宽；ωcv为所述控制器速度环设计的带宽；fp为依据所述速度限制函数计算出来的速度；vmax为所述速度饱和限幅器设定的最大值。
23、作为本专利技术的第二个方面，所提供的伺服电机位置控制装置的实施例技术方案如下：
24、一种伺服电机位置控制装置，其中，所述装置包括如下单元：
25、系统简化单元，用于将伺服系统简化为带惯性阻尼环节的二阶系统；
26、近似时间控制律函数设计单元，用于确定所述二阶系统的模型参数值，设计以速度为变量的近似时间最优控制律函数；
27、速度限制函数搭建单元，用于以所述近似时间最优控制律函数、所述速度、位置误差和速度饱和限幅器，搭建速度限制函数；
28、速度观测器搭建单元，用于搭建速度观测器，估计所述速度与扰动；
29、电机运行控制单元，用于按如下控制策略控制电机的运行：
30、当输入参考指令后，控制电机处于加速阶段，此时采用所述近似时间最优控制律函数进行加速；
31、当电机加速到所述速度饱和限幅器设定的最大值时，由所述速度限制函数进行恒速控制，同时将控制器的增益由第一增益切换到第二增益，以保证恒速控制时所述伺服系统的稳定性；
32、当被控对象接近目标位置时，控制电机处于减速阶段，此时将控制器的增益由第二增益切换回第一增益，并采用所述近似时间最优控制律函数进行降速直至被控对象平稳的到达所述目标位置。
33、作为本专利技术的第三个方面，所提供的计算机可读存储介质的实施例技术方案如下：
34、一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序运行时执行上述第一个方面中任一项所述方法。
35、作为本专利技术的第四个方面，所提供的处理器的实施例技术方案如下：
36、一种处理器，其中，所述处理器用于运行程序，所述程序运行时执行上述第一个方面中任意一项所述的方法。
37、作为本专利技术的第五个方面，所提供的伺服系统的实施例技术方案如下：
38、一种伺服系统，其中，包括上述第二个方面中任一项所述伺服电机位置控制装置。
39、本专利技术涉及四个部分，第一部分提出一个有关速度变量的非线性函数，为了确保伺服系统的平稳性，并且能够切换线性或非线性控制；第二部分结合状态反馈、速度限饱和函数以及第一部分的非线性函数来设计一个能实现恒速调节的速度控制律，从而能够限制系统运行的最大速度：第三部分由扰动前馈、速度补偿组成最终的控制律，保证系统稳定、并且能够快速响应和扰动补偿：第四部分对系统模型进行增广，设计降阶扩展状态观测器对速度和扰动进行估计。本专利技术可以实现在控制量以及速度都受限的情况下，实现对大范围目标平稳快速的跟踪。
40、与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：
41、本专利技术基于近似时间最优控制律函数、速度、位置误差和速度饱和限幅器搭建了速度限制函数，当电机加速到速度饱和限幅器设定的最大值时，由速度限制函数进行恒速控制，从而能够在快速精确定位的同时控制其速度，实现了伺服系统在存在负载的情况下能够精确、快速的跟踪定位，即同时具有良好的瞬时性能、稳态性能和鲁棒性，提高了系统在特殊场合的实用性。
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1.一种伺服电机位置控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述伺服电机位置控制方法，其特征在于，所述以速度为变量的近似时间最优控制律函数包括：根据速度大小切换线性控制和非线性控制，计算公式如下：
3.根据权利要求1所述伺服电机位置控制方法，其特征在于，所述速度限制函数计算公式如下：
4.根据权利要求1所述伺服电机位置控制方法，其特征在于，在进行速度控制的时候，切换控制器增益,计算公式如下：
5.一种伺服电机位置控制装置，其特征在于，所述装置包括如下单元：
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序运行时执行权利要求1到4中任一项所述方法。
7.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至7中任意一项所述的方法。
8.一种伺服系统，其特征在于，包括权利要求5所述伺服电机位置控制装置。
【技术特征摘要】
1.一种伺服电机位置控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述伺服电机位置控制方法，其特征在于，所述以速度为变量的近似时间最优控制律函数包括：根据速度大小切换线性控制和非线性控制，计算公式如下：
3.根据权利要求1所述伺服电机位置控制方法，其特征在于，所述速度限制函数计算公式如下：
4.根据权利要求1所述伺服电机位置控制方法，其特征在于，在进行速度控制的时候，切换控制器增益,计算公...
【专利技术属性】
技术研发人员：余文涛，潘政权，杨建瑜，于翔旭，李永昌，
申请(专利权)人：深圳南云微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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