专利名称：伺服电机控制方法及系统、控制器、驱动器及数控机床的制作方法
技术领域：
本发明实施例涉及电机领域，特別是涉及一种伺服电机控制、驱动方法、控制端、 驱动端及数控机床。
背景技术：
目前常见的驱动器转速控制指令接ロ，均采用模拟量指令接ロ，即上位机通过发送一模拟量信号，如发送电压值为-IOV +IOV的模拟量信号来线性地控制伺服电机的转速(如-3000rpm 3000rpm)。在这种方案中，上位机先通过数模转换模块将数字指令信号转化为模拟指令信号，该指令通过导线传递到伺服驱动器，伺服驱动器中的模数转换模块再将该模拟指令信号转换为数字指令信号。以模拟量的控制信号作为控制器传递给驱动器的控制指令，信号的精度对控制效果的影响非常大。上述指令传递模式中，控制信号的精度主要受发送端数模转换精度、传输过程中的扰动、以及接收端模数转换精度的影响。控制信号的有效位数一般在10 12位(ニ进制)，高端系统能够达到14 16 位。本申请发明人在长期研发中发现，在实际应用中尤其是机床使用中，要求高精度控制的转速范围一般不是全速范围，而是低速范围。以3000rpm的电机为例，高精度控制需求一般发生在-600rpm 600rpm的转速范围内。若以线性关系映射，对应的模拟量控制信号的幅值在-2V 2V之间。在模拟量指令控制方式下，转速控制的精度主要取决于模拟电压信号的精度。若考虑传输过程中的扰动影响下，若电压精度为0. IV，则转速控制的精度为 (3000rpm)*(0. IV)/(IOV) = 30rpmo且该扰动影响是全范围存在，并不随着实际转速值降低而减小。因此，在需要高精度控制的-600rpm 600rpm转速范围内，相对控制精度会大于 30rpm/600rpm = 5%0由此可见，在低转速内，尤其在转速范围在_600rpm 600rpm之间时，控制精度较低。
发明内容
本发明实施例主要解决的技术问题是提供一种伺服电机控制方法及系统、控制器、驱动器及数控机床，能够提高伺服电机转速的控制精度。为解决上述技术问题，本发明实施例采用的一个技术方案是提供ー种伺服电机控制方法，包括如下步骤伺服电机控制器获取控制指令值，并判断控制指令值所属范围， 其中控制指令值对应伺服电机的转子转速；控制器根据控制指令值所属范围的不同选择不同的第一映射关系，依据第一映射关系计算获得对应控制指令值的模拟量指令值，并将模拟量指令值发送到伺服电机驱动器，第一映射关系为控制指令值与模拟量指令值一一对应关系，其中模拟量指令值对应伺服电机驱动器的工作电压输出值。为解决上述技术问题，本发明实施例采用的另ー个技术方案是提供ー种伺服电机控制系统，包括伺服电机控制器以及伺服电机驱动器，伺服电机控制器包括第一获取模块，用于获取控制指令值，并判断控制指令值所属范围，其中控制指令值对应伺服电机的转子转速；第一处理器，用于根据控制指令值所属范围的不同选择不同的第一映射关系，依据第一映射关系计算获得对应控制指令值的模拟量指令值，并将模拟量指令值发送到伺服电机驱动器，第一映射关系为控制指令值与模拟量指令值一一对应关系，其中模拟量指令值对应伺服电机驱动器的工作电压输出值，并且控制器获得的控制指令值的绝对值越小，控制指令值与控制器对应输出的模拟量指令值的比值越小。为解决上述技术问题，本发明实施例采用的另ー个技术方案是提供ー种伺服电机控制器，包括第一获取模块，用于获取控制指令值，并判断控制指令值所属范围，其中控制指令值对应伺服电机的转子转速；第一处理器，用于根据控制指令值所属范围的不同选择不同的第一映射关系，依据第一映射关系计算获得对应控制指令值的模拟量指令值，并将模拟量指令值发送到伺服电机驱动器，第一映射关系为控制指令值与模拟量指令值一一对应关系。为解决上述技术问题，本发明实施例采用的另ー个技术方案是提供ー种伺服电机驱动器，包括第二获取模块，用于获取由伺服电机控制器发来的模拟量指令值，并判断模拟量指令值所属范围；第二处理器，用于根据模拟量指令值所属范围的不同选择不同的第二映射关系，依据所述第二映射关系计算获得对应模拟量指令值的控制指令值，并根据控制指令值驱动电机转子以不同的转速运转，第二映射关系为控制指令值与模拟量指令值一一对应关系。为解决上述技术问题，本发明实施例采用的另ー个技术方案是提供一种数控机床，数控机床包括如上述任一项实施例的伺服电机系统。本发明实施例的有益效果是区别于现有技术的情況，本发明实施例ー种伺服电机控制方法及系统、控制器、驱动器及数控机床，通过根据控制指令值所属范围的不同选择不同的第一映射关系，并依据该第一映射关系计算模拟量指令值，并且，控制指令值所属范围在第一阈值以内吋，模拟量指令值与相应控制指令值的比值高于第一阈值之外的相应比值，能够在控制指令值在第一阈值内吋，提高对伺服电机转速的相对控制精度。
图1是本发明伺服电机控制方法第一实施例的流程图；图2是本发明伺服电机控制方法一优选实施例的流程图；图3是本发明伺服电机控制器控制方法实施例的流程图；图4是本发明伺服电机驱动器控制方法实施例的流程图；图5是本发明伺服电机系统实施例的结构示意图；图6是本发明伺服电机系统ー优选实施例的结构示意图；图7是本发明伺服电机控制器实施例的结构示意图；图8是本发明伺服电机驱动器实施例的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。参阅图1，图1是本发明伺服电机控制方法第一实施例的流程图。包括如下步骤步骤S110，伺服电机控制器获取控制指令值，并判断控制指令值所属范围，其中控制指令值对应伺服电机的转子转速。步骤S120，控制器根据控制指令值所属范围的不同选择不同的第一映射关系，依据第一映射关系计算获得对应控制指令值的模拟量指令值，并将模拟量指令值发送到伺服电机驱动器，第一映射关系为控制指令值与模拟量指令值一一对应关系，其中模拟量指令值对应伺服电机驱动器的工作电压输出值。一般而言，由现有伺服电机转子转速范围在_3000rpm 3000rpm可知，控制指令值所属范围为-3000rpm 3000rpm。其中“_”表示伺服电机工作电压输出值为负时的旋转方向。通常，以绝对值表示转速，即控制指令值所属范围为Orpm 3000rpm。比如，一般将控制指令值所属范围划分为低转速与非低转速。以绝对值表示时，低转速通常情况下的范围为Orpm 600rpm ；非低转速为600rpm 3000rpm。其中，低转速的边界值的最大值对应第一阈值，即一般第一阈值为600rpm。并且，伺服电机在一般情况下，其模拟量指令值所属范围通常为-IOV 10V，其中，“_”表示服电机工作电压输出值为负时的模拟量指令值。通常，用绝对值表示模拟量指令值，以绝对值表示时，模拟量指令值所属范围为OV 10V。模拟量指令值对应工作电压输出值，而工作电压输出值一般分为低电压输出值和非低电压输出值，低电压输出值的绝对值范围为OV 6V，非低电压输出值的绝对值范围为6V 10V，通常，非低电压输出值又分为中电压输出值和高电压输出值，中电压输出值的绝对值范围为6V 8V，高电压输出值的绝对值范围为8V 10V。在步骤S120中，在第一映射关系中低转速时，控制指令值与模拟量指令值满足其一映射关系；非低转速时，控制指令值与模拟量指令值满足其至少另一映射关系。并且，控制器获得的控制指令值的绝对值越小，控制指令值与控制器对应输出的模拟量指令值的比值越小。当然，对低转速范围的划分可以视具体情况而定，不局限于本文中Orpm 600rpm的限制，此处不作过多限制。
优选地，在步骤S120中，控制指令值与模拟量指令值的第一映射关系具体为sign{m)(\ ω | /100)| ω |e [Qrpm, 600r/>w]
sign(m)[{\ ω | -600)/450 + 6] | ω |e (600rpm,\500rpm]ω |-1500)/750 + 8] | ω |e (\500rpm,l,000rpm)
,、 1 ω >0并且，sign= ]其中，V是模拟量指令值，对应工作电压输出值；ω是控制指令值，对应转子转速。值得注意的是，全文中，V均指模拟量指令值，对应工作电压输出值；ω均指控制指令值，对应转子转速。当转速范围为[_600rpm，600rpm]时，S卩| ω | e [Orpm, 600rpm]时，上述映射关系的模拟量指令值为[_6V，6V]。这时在扰动环境不变(扰动下的电压精度为0. IV)时，转速V =控制精度为(600rpm)*0. 1V/6V = lOrpm，相对控制精度为10rpm/600rpm = 1. 7%，因此相对控制精度由原来的5%提高到1. 7%。值得注意的是，在中转速时，上述映射关系的模拟量指令值的绝对值为WV，8V]。这时在扰动环境不变(扰动下的电压精度为0. IV)时，转速控制精度为(1500rpm)*0. 1V/8V=19rpm，相对控制精度为19rpm/600rpm = 3. 2%，因此相对控制精度由原来的5%提高到
3. 2 % ο而在高转速时，相对控制精度仍为原来的5%。但因为相对控制精度主要体现在对低转速I ω I e
情况下对转速的控制，故上述实施例能够实现本发明实施例之目的。上述情况可知，在本发明实施例中能够控制指令值在低转速和中转速时，提高对伺服电机转速的相对控制精度。步骤S130，伺服电机驱动器获取由控制器发来的模拟量指令值，并判断模拟量指令值所属范围。步骤S140，伺服电机驱动器根据模拟量指令值所属范围的不同选择不同的第二映射关系，依据第二映射关系计算获得对应模拟量指令值的控制指令值，并根据控制指令值驱动电机转子以不同的转速运转，第二映射关系为控制指令值与模拟量指令值一一对应关系。而在步骤S140中，控制指令值与模拟量指令值的第二映射关系具体为在|V| e WV，6V]，即低电压输出值范围，可计算得到对应转速为I ω | e [Orpm,600rpm]，即低电压输出值范围对应低转速。由步骤 S120 可知，当转速范围为[_600rpm，600rpm]，即 |ω| e [Orpm, 600rpm]时，并且已知模拟量指令值为[_6V，6V]。这时在扰动环境不变(扰动下的电压精度为0. IV)时，转速控制精度为(600rpm)*0. 1V/6V = lOrpm，相对控制精度为10rpm/600rpm = 1. 7%,因此相对控制精度由原来的5%提高到1. 7%。本发明实施例，通过根据控制指令值所属范围的不同选择不同的第一映射关系，计算模拟量指令值，最后由伺服电机驱动器获取该模拟量指令值，并根据模拟量指令值所属范围的不同选择不同的第二映射关系反推出控制指令输出给伺服电机以驱动电机转子运转，在控制指令值所属范围在第一阈值以内时，控制指令值与控制器对应输出的模拟量指令值的比值越小，能够在控制指令值在第一阈值内时，提高对伺服电机转速的相对控制精度。参阅图2，图2是本发明伺服电机控制方法一优选实施例的流程图，本发明实施例包括第一实施例中的步骤SllO S140，其与本发明第一实施例不同之处在于在步骤SllO之前包括
权利要求
1.一种伺服电机控制方法，其特征在干，包括如下步骤伺服电机控制器获取控制指令值，并判断所述控制指令值所属范围，其中所述控制指令值对应伺服电机的转子转速；所述控制器根据所述控制指令值所属范围的不同选择不同的第一映射关系，依据所述第一映射关系计算获得对应控制指令值的模拟量指令值，并将所述模拟量指令值发送到所述伺服电机驱动器，所述第一映射关系为控制指令值与模拟量指令值一一对应关系，其中所述模拟量指令值对应伺服电机驱动器的工作电压输出值。
2.根据权利要求1所述的伺服电机控制方法，其特征在干，在所述控制器根据控制指令值所属范围的不同选择不同的第一映射关系，通过计算获得对应的模拟量指令值的步骤之中，所述控制器获得的控制指令值的绝对值越小，所述控制指令值与所述控制器对应输出的模拟量指令值的比值越小。
3.根据权利要求2所述的伺服电机控制方法，其特征在干，在所述伺服电机控制器获取控制指令值的步骤之前，包括根据不同的控制指令值范围预设不同的控制指令值与模拟量指令值的第一映射关系。
4.根据权利要求3所述的伺服电机控制方法，其特征在干，所述控制指令值与模拟量指令值的第一映射关系具体为I ω |e [Orpm, 600rpm] I ω |e (600rpm, 1500r/>w] ω |e (\500rpm,2>000rpm)V =ガ炉(ω)(| ω I/100) ^(ω)[(|ω|-600)/450 + 6] ω |-1500)/750 + 8],、 1 ω>0 并且，sign(0) = ][-1 ω<0其中，V是模拟量指令值，对应工作电压输出值；ω是控制指令值，对应转子转速。
5.根据权利要求2所述的伺服电机控制方法，其特征在干，所述方法还包括所述伺服电机驱动器获取由所述控制器发来的模拟量指令值，并判断所述模拟量指令值所属范围；所述伺服电机驱动器根据所述模拟量指令值所属范围的不同选择不同的第二映射关系，依据所述第二映射关系计算获得对应模拟量指令值的控制指令值，并根据所述控制指令值驱动电机转子以不同的转速运转，所述第二映射关系为控制指令值与模拟量指令值一一对应关系。
6.根据权利要求5所述的伺服电机控制方法，其特征在干，在所述伺服电机驱动器根据模拟量指令值所属范围的不同选择不同的第二映射关系，通过计算获得对应的控制指令值的步骤之中，所述驱动器获得的模拟量指令值的绝对值越小，所述驱动器对应输出的所述控制指令值与模拟量指令值的比值越小。
7.根据权利要求6所述的伺服电机控制方法，其特征在干，在所述伺服电机驱动器获取由所述控制器发来的模拟量指令值的步骤之前，包括根据不同的模拟量指令值范围预设不同的控制指令值与模拟量指令值的第二映射关承。
8.根据权利要求7所述的伺服电机控制方法，其特征在干，所述控制指令值与模拟量指令值的第二映射关系具体为
9.一种伺服电机控制系统，其特征在干，包括伺服电机控制器以及伺服电机驱动器，所述伺服电机控制器包括第一获取模块，用于获取所述控制指令值，并判断所述控制指令值所属范围，其中所述控制指令值对应伺服电机的转子转速；第一处理器，用于根据所述控制指令值所属范围的不同选择不同的第一映射关系，依据所述第一映射关系计算获得对应控制指令值的模拟量指令值，并将所述模拟量指令值发送到所述伺服电机驱动器，所述第一映射关系为控制指令值与模拟量指令值一一对应关系，其中所述模拟量指令值对应伺服电机驱动器的工作电压输出值，并且所述控制器获得的控制指令值的绝对值越小，所述控制指令值与所述控制器对应输出的模拟量指令值的比值越小。
10.根据权利要求9所述的伺服电机控制系统，其特征在干，所述伺服电机控制器包括第一预置模块，用于根据不同的控制指令值范围预设不同的控制指令值与模拟量指令值的第一映射关系。
11.根据权利要求10所述的伺服电机控制系统，其特征在干，所述控制指令值与模拟量指令值的第一映射关系具体为
12.根据权利要求9所述的伺服电机控制系统，其特征在干，所述伺服电机驱动器包括第二获取模块，用于获取由所述控制器发来的模拟量指令值，并判断所述模拟量指令值所属范围；第二处理器，用于根据所述模拟量指令值所属范围的不同选择不同的第二映射关系， 依据所述第二映射关系计算获得对应模拟量指令值的控制指令值，并根据所述控制指令值驱动电机转子以不同的转速运转，并且，所述第二映射关系为控制指令值与模拟量指令值一一对应关系，并且所述驱动器获得的模拟量指令值的绝对值越小，所述驱动器对应输出的控制指令值与所述模拟量指令值的比值越小。
13.根据权利要求12所述的伺服电机控制系统，其特征在干，所述伺服电机驱动器包括第二预置模块，用于根据不同的模拟量指令值范围预设不同的控制指令值与模拟量指令值的第二映射关系。
14.根据权利要求13所述的伺服电机控制系统，其特征在干，所述控制指令值与模拟量指令值的第二映射关系具体为
15.一种伺服电机控制器，其特征在干，所述伺服电机控制器包括第一获取模块，用于获取所述控制指令值，并判断所述控制指令值所属范围，其中所述控制指令值对应伺服电机的转子转速；第一处理器，用于根据所述控制指令值所属范围的不同选择不同的第一映射关系，依据所述第一映射关系计算获得对应控制指令值的模拟量指令值，并将所述模拟量指令值发送到所述伺服电机驱动器，所述第一映射关系为控制指令值与模拟量指令值一一对应关承。
16.ー种伺服电机驱动器，其特征在干，所述伺服电机驱动器包括第二获取模块，用于获取由所述伺服电机控制器发来的模拟量指令值，并判断所述模拟量指令值所属范围；第二处理器，用于根据所述模拟量指令值所属范围的不同选择不同的第二映射关系， 依据所述第二映射关系计算获得对应模拟量指令值的控制指令值，并根据所述控制指令值驱动电机转子以不同的转速运转，所述第二映射关系为控制指令值与模拟量指令值一一对应关系。
17.—种数控机床，包括伺服电机，其特征在干，所述数控机床还包括如权利要求9 14任一项所述的伺服电机控制系统。
全文摘要
本发明实施例公开了一种伺服电机控制方法。伺服电机控制器获取控制指令值，并判断控制指令值所属范围，其中控制指令值对应伺服电机的转子转速；控制器根据控制指令值所属范围的不同选择不同的第一映射关系，依据第一映射关系计算获得对应控制指令值的模拟量指令值，并将模拟量指令值发送到伺服电机驱动器，第一映射关系为控制指令值与模拟量指令值一一对应关系，其中模拟量指令值对应伺服电机驱动器的工作电压输出值。本发明实施例还提供一种伺服电机系统、控制器、驱动器及数控机床。通过上述方式，本发明实施例能够提高伺服电机的转速的相对控制精度。
文档编号H02P29/00GK102570972SQ20111045773
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者杨书生 申请人:北京配天大富精密机械有限公司