本发明属于使用数字处理装置技术领域，尤其涉及一种智能流体传动伺服反馈控制系统及方法。
背景技术
伺服控制系统用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量(系统的输出量)是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移(或转角)准确地跟踪输入的位移(或转角)。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。然而，传统伺服电机复位功能，无法通过单纯的程序控制，需要单独在外部安装，传感器，光电开关等辅助设备及配件来帮助实现复位功能，这些设备及配件安装过程繁琐，功能复杂，成本高，稳定性差，并且提高了设备维护的难度；同时现有不同的伺服驱动器接收到主控制器所发出的位置指令时间是不一样的，因此时间延迟将导致伺服驱动器所控制的伺服电机启动一开始就不同步，特别是延迟时间太大或要求定位速度快，伺服电机的同步误差就更高。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)传统伺服电机复位功能，无法通过单纯的程序控制，需要单独在外部安装，传感器，光电开关等辅助设备及配件来帮助实现复位功能，这些设备及配件安装过程繁琐，功能复杂，成本高，稳定性差，并且提高了设备维护的难度；同时现有不同的伺服驱动器接收到主控制器所发出的位置指令时间是不一样的，因此时间延迟将导致伺服驱动器所控制的伺服电机启动一开始就不同步，特别是延迟时间太大或要求定位速度快，伺服电机的同步误差就更高。
(2)现有的伺服电机的控制器的控制精度低、成本高。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种智能流体传动伺服反馈控制系统及方法。
本发明是这样实现的，一种智能流体传动伺服反馈控制方法，所述智能流体传动伺服反馈控制方法包括：
(1)检测伺服电机的转动行程，并且输出表示转动行程的脉冲反馈信号；
所述转动行程的液压油泄漏量表示为：
式中：d为液压缸内径，h为活塞与缸壁间缝隙高度，δp为缝隙两端压力差，μ为液压油动力黏度，l为缝隙长度；
液压缸的油液动力黏度表示为：
式中:μ0为1个大气压下，温度为t0时纯油的动力黏度；μ为压力为p、温度为t、油液中混入气体量为b时的油液动力黏度；λ为黏温系数，α为黏压系数；
(2)通过霍尔感应器检测伺服电机的电流，并且输出表示该电流的电流反馈信号；
(3)当伺服电机在指定转动行程下且到达指定转动行程时，获取基于霍尔感应器以输出的惯性负载电流；当伺服电机在指定转动行程下，获取基于编码器以输出的惯性脉冲数；
(4)通过主控制器控制各个模块正常工作；
(5)确定伺服电机参数，对伺服电机采用增量式数字pid增量式算法计算横向位置进行复位操作；
所述伺服电机参数的确定方法包括：
(1)目标位置值的确定，r＝512×4＝2084计数值/圈；p＝r×2000＝4168000计数值；将p转为16进制为p＝003f9940h。
(2)速度值的确定
v＝rt×50＝26.675200计数值/采样周期；载入的速度值：
v＝v×65536＝1748185.90取整v＝1748185；将v转为16进制v＝001aacd9h；
(3)加速度值的确定
a＝rtt×10＝0.000136577；
载入的加速度值：
a＝a×65536＝8.950711844；
取整a＝8；
将a转为16进制，a＝00000008h；
所述复位操作采用增量式数字pid增量式算法计算横向位置，调整横向位置；
所述采用增量式数字pid增量式算法的数学模型为：
δu(k)＝kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-e(k-1)+e(k-2)]；
式中，δu(k)为当前控制量u(k)和此前时刻控制量u(k-1)的变化量kp、ki、kd分别为比例、积分和微分控制参数，e(k)、e(k-1)、e(k-2)分别为当前测量、前次测量和前两次测量的偏差值；
(6)接收主控制器发送的位置扫描指令，并对位置扫描指令向所述主控制器反馈响应时间以及对应的主地址；
(7)接收主控制器所发送的写辅地址指令和写脉冲位置差指令，并将所接收到的写辅地址指令中的辅地址写入其辅地址寄存器中；将写脉冲位置差指令中的脉冲位置差写入其位置差寄存器中；
(8)接收来自主控制器的包含辅地址以及指定启动位置信息的伺服启动命令，以其各自脉冲位置差和预定位方法对指定启动位置进行调整，并控制其伺服电机在调整后的启动位置上进行启动，以实现所有伺服电机的同步运动。
进一步，所述预定位方法包括：将短时间脉冲电压矢量v1、v4通入电机绕组，电度角相差180°，脉冲周期为30μs；在电压矢量结束时检测电流i1、i4，如果i1＞i4，且|i1－i4|＞δi，δi为电流比较阈值)，则可知转子的n极在将转子位置定位在180°电度角内；v1、v4作用时转子位置可能会出现使|i1－i4|＜δi的情况，无法区分转子所在区域；通入电压矢量v2、v5，检测i2、i5可重新将转子定位在180°电度角内；在180°电度角范围确定后，再给绕组通入短时间脉冲电压矢量v2、v6，检测电流i2、i6，如果i1＞i2且i1＞i6，则转子的位置可以进一步缩小到60°以内的阴影区域；i2＞i1且i2＞i6时，转子则位于逆时钟方向30°～90°区间。
进一步，所述电机复位方法如下：
步骤一：按下电机复位开关，所述电机复位开关启动；
步骤二：所述电机沿顺时针或逆时针方向旋转，直到触碰到第一限位开关；
步骤三：碰触到步骤二中所述第一限位开关持续一定时间后，所述电机停止转动，并向系统发送电机停止信号；
步骤四：系统接收到步骤三中所述电机停止信号后，记录所述电机当前所在位置a，并向所述电机发送运动指令，所述电机沿逆时针或顺时针方向旋转，直到触碰到第二限位开关；
步骤五：触碰到步骤四中所述第二限位开关持续一定时间后，所述电机停止转动，并向系统发送电机停止信号；
步骤六：系统接收到步骤五中所述电机停止信号后，记录所述电机当前所在位置b，并向所述电机发送运动指令，同时按照一定的计算公式，计算所述电机复位所在位置c；
步骤七：所述电机顺时针或逆时针旋转到步骤六中所述位置c，并向系统发送复位完成信号。
进一步，同步方法如下：
首先，对所述多个伺服驱动器发送位置扫描指令，并接收所述多个伺服驱动器对所述位置扫描指令分别反馈的响应时间以及反馈对应的主地址；
然后，根据所接收到的多个伺服驱动器分别反馈的主地址以及响应时间，将响应时间最短伺服驱动器的主地址作为辅地址，以及根据每一伺服驱动器响应时间与最短响应时间之间的差值，为每一伺服驱动器确定其对应的脉冲位置差，并将所述辅地址以及脉冲位置差发送给相应的伺服驱动器；
最后，伺服驱动器向所述多个伺服驱动器同时发送具有辅地址以及指定启动位置信息的执行指令，使得所述多个伺服驱动器以其各自脉冲位置差对所述指定启动位置进行调整，并控制其伺服电机在调整后的启动位置上进行启动，以实现所有伺服电机的同步运动。
进一步，所述根据每一伺服驱动器响应时间与最短响应时间之间的差值，为每一伺服驱动器生成其对应的脉冲位置差的步骤具体为：
通过公式(ti-tj)*v计算来获得伺服驱动器每一伺服驱动器与所述响应时间最短伺服驱动器之间的脉冲位置差是；其中，tj为所述响应时间最短伺服驱动器的响应时间，ti为伺服驱动器每一伺服驱动器的响应时间，v为所述响应时间最短伺服驱动器的运行速度。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述智能流体传动伺服反馈控制方法的智能流体传动伺服反馈控制系统，所述智能流体传动伺服反馈控制系统包括：
转动行程检测模块，与主控模块连接，用于检测伺服电机的转动行程，并且输出表示该转动行程的脉冲反馈信号；
电流检测模块，与主控模块连接，用于通过霍尔感应器检测伺服电机的电流，并且输出表示该电流的电流反馈信号；
负载检测模块，与主控模块连接，用于当伺服电机在指定转动行程下且到达指定转动行程时，获取基于霍尔感应器以输出的惯性负载电流；当伺服电机在指定转动行程下，获取基于编码器以输出的惯性脉冲数；
主控模块，与转动行程检测模块、电流检测模块、负载检测模块、电机复位模块、反馈模块、调整模块、同步模块连接，用于通过主控制器控制各个模块正常工作；
电机复位模块，与主控模块连接，用于对伺服电机进行复位操作；
反馈模块，与主控模块连接，用于接收所述主控制器发送的位置扫描指令，并对所述位置扫描指令向所述主控制器反馈响应时间以及对应的主地址；
调整模块，与主控模块连接，用于接收所述主控制器所发送的写辅地址指令和写脉冲位置差指令，并将所接收到的写辅地址指令中的辅地址写入其辅地址寄存器中；将所述写脉冲位置差指令中的脉冲位置差写入其位置差寄存器中；
同步模块，与主控模块连接，用于接收来自主控制器的包含辅地址以及指定启动位置信息的伺服启动命令，以其各自脉冲位置差对所述指定启动位置进行调整，并控制其伺服电机在调整后的启动位置上进行启动，以实现所有伺服电机的同步运动。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述智能流体传动伺服反馈控制方法的信息数据处理终端。
本发明通过电机复位模块能够在不安装各种类型辅助设备及配件的同时，有效并准确的对电机进行复位，降低了安装各种辅助设备及配件带来的成本，以及维护难度，同时简化了功能，节省了空间，使其应用领域更加广泛；同时通过同步模块以响应时间最短伺服驱动器的主地址作为所有伺服控制器的辅地址，每一伺服驱动器收到含有辅地址的伺服启动命令后，根据预先获得的脉冲位置差对伺服启动命令中的启动位置进行调整，控制其所控制的伺服电机在调整后的启动位置上进行启动；从而可以使所有伺服控制器所控制的伺服电机实现同步。本发明提高无刷直流电动机伺服控制器的控制精度、降低无刷直流电动机伺服控制器的成本。本发明在闭环情况下完成的启动过程，通过设置电流比较阈值完成了精准预定位与加速过程中的优化定位，通过二次加速进一步提高了的反电势切换的稳定性，因此是一种启动性能较好、可靠性较高、环境变化影响较小的启动方法。
附图说明
图1是本发明实施例提供的智能流体传动伺服反馈控制系统结构示意图；
图中：1、转动行程检测模块；2、电流检测模块；3、负载检测模块；4、主控模块；5、电机复位模块；6、反馈模块；7、调整模块；8、同步模块。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示，本发明提供的智能流体传动伺服反馈控制系统包括：转动行程检测模块1、电流检测模块2、负载检测模块3、主控模块4、电机复位模块5、反馈模块6、调整模块7、同步模块8。
转动行程检测模块1，与主控模块4连接，用于检测伺服电机的转动行程，并且输出表示该转动行程的脉冲反馈信号；
电流检测模块2，与主控模块4连接，用于通过霍尔感应器检测伺服电机的电流，并且输出表示该电流的电流反馈信号；
负载检测模块3，与主控模块4连接，用于当伺服电机在指定转动行程下且到达指定转动行程时，获取基于霍尔感应器以输出的惯性负载电流；当伺服电机在指定转动行程下，获取基于编码器以输出的惯性脉冲数；
主控模块4，与转动行程检测模块1、电流检测模块2、负载检测模块3、电机复位模块5、反馈模块6、调整模块7、同步模块8连接，用于通过主控制器控制各个模块正常工作；
电机复位模块5，与主控模块4连接，用于对伺服电机进行复位操作；
反馈模块6，与主控模块4连接，用于接收所述主控制器发送的位置扫描指令，并对所述位置扫描指令向所述主控制器反馈响应时间以及对应的主地址；
调整模块7，与主控模块4连接，用于接收所述主控制器所发送的写辅地址指令和写脉冲位置差指令，并将所接收到的写辅地址指令中的辅地址写入其辅地址寄存器中；将所述写脉冲位置差指令中的脉冲位置差写入其位置差寄存器中；
同步模块8，与主控模块4连接，用于接收来自主控制器的包含辅地址以及指定启动位置信息的伺服启动命令，以其各自脉冲位置差对所述指定启动位置进行调整，并控制其伺服电机在调整后的启动位置上进行启动，以实现所有伺服电机的同步运动。
所述转动行程检测模块液压油泄漏量表示为：
式中：d为液压缸内径，h为活塞与缸壁间缝隙高度，δp为缝隙两端压力差，μ为液压油动力黏度，l为缝隙长度；
液压缸的油液动力黏度表示为：
式中:μ0为1个大气压下，温度为t0时纯油的动力黏度；μ为压力为p、温度为t、油液中混入气体量为b时的油液动力黏度；λ为黏温系数，α为黏压系数；
所述电机复位模块采用增量式数字pid增量式算法计算横向位置，调整横向位置；
所述采用增量式数字pid增量式算法的数学模型为：
δu(k)＝kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-e(k-1)+e(k-2)]；
式中，δu(k)为当前控制量u(k)和此前时刻控制量u(k-1)的变化量kp、ki、kd分别为比例、积分和微分控制参数，e(k)、e(k-1)、e(k-2)分别为当前测量、前次测量和前两次测量的偏差值；
本发明提供的电机复位模块5复位方法如下：
步骤一：按下电机复位开关，所述电机复位开关启动；
步骤二：所述电机沿顺时针或逆时针方向旋转，直到触碰到第一限位开关；
步骤三：碰触到步骤二中所述第一限位开关持续一定时间后，所述电机停止转动，并向系统发送电机停止信号；
步骤四：系统接收到步骤三中所述电机停止信号后，记录所述电机当前所在位置a，并向所述电机发送运动指令，所述电机沿逆时针或顺时针方向旋转，直到触碰到第二限位开关；
步骤五：触碰到步骤四中所述第二限位开关持续一定时间后，所述电机停止转动，并向系统发送电机停止信号；
步骤六：系统接收到步骤五中所述电机停止信号后，记录所述电机当前所在位置b，并向所述电机发送运动指令，同时按照一定的计算公式，计算所述电机复位所在位置c；
步骤七：所述电机顺时针或逆时针旋转到步骤六中所述位置c，并向系统发送复位完成信号。
本发明提供的同步模块8同步方法如下：
首先，对所述多个伺服驱动器发送位置扫描指令，并接收所述多个伺服驱动器对所述位置扫描指令分别反馈的响应时间以及反馈对应的主地址；
然后，根据所接收到的多个伺服驱动器分别反馈的主地址以及响应时间，将响应时间最短伺服驱动器的主地址作为辅地址，以及根据每一伺服驱动器响应时间与最短响应时间之间的差值，为每一伺服驱动器确定其对应的脉冲位置差，并将所述辅地址以及脉冲位置差发送给相应的伺服驱动器；
最后，伺服驱动器向所述多个伺服驱动器同时发送具有辅地址以及指定启动位置信息的执行指令，使得所述多个伺服驱动器以其各自脉冲位置差对所述指定启动位置进行调整，并控制其伺服电机在调整后的启动位置上进行启动，以实现所有伺服电机的同步运动。
本发明提供的根据每一伺服驱动器响应时间与最短响应时间之间的差值，为每一伺服驱动器生成其对应的脉冲位置差的步骤具体为：
通过公式(ti-tj)*v计算来获得伺服驱动器每一伺服驱动器与所述响应时间最短伺服驱动器之间的脉冲位置差是；其中，tj为所述响应时间最短伺服驱动器的响应时间，ti为伺服驱动器每一伺服驱动器的响应时间，v为所述响应时间最短伺服驱动器的运行速度。
本发明工作时，通过转动行程检测模块1检测伺服电机的转动行程，并且输出表示该转动行程的脉冲反馈信号；通过电流检测模块2检测伺服电机的电流，并且输出表示该电流的电流反馈信号；通过负载检测模块3当伺服电机在指定转动行程下且到达指定转动行程时，获取基于霍尔感应器以输出的惯性负载电流；当伺服电机在指定转动行程下，获取基于编码器以输出的惯性脉冲数；主控模块4调度电机复位模块5，与主控模块4连接，用于对伺服电机进行复位操作；通过反馈模块6接收所述主控制器发送的位置扫描指令，并对所述位置扫描指令向所述主控制器反馈响应时间以及对应的主地址；通过调整模块7接收所述主控制器所发送的写辅地址指令和写脉冲位置差指令，并将所接收到的写辅地址指令中的辅地址写入其辅地址寄存器中；将所述写脉冲位置差指令中的脉冲位置差写入其位置差寄存器中；最后，通过同步模块8接收来自主控制器的包含辅地址以及指定启动位置信息的伺服启动命令，以其各自脉冲位置差对所述指定启动位置进行调整，并控制其伺服电机在调整后的启动位置上进行启动，以实现所有伺服电机的同步运动。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
本发明实施例提供的智能流体传动伺服反馈控制方法包括：
(1)检测伺服电机的转动行程，并且输出表示转动行程的脉冲反馈信号；
所述转动行程的液压油泄漏量表示为：
式中：d为液压缸内径，h为活塞与缸壁间缝隙高度，δp为缝隙两端压力差，μ为液压油动力黏度，l为缝隙长度；
液压缸的油液动力黏度表示为：
式中:μ0为1个大气压下，温度为t0时纯油的动力黏度；μ为压力为p、温度为t、油液中混入气体量为b时的油液动力黏度；λ为黏温系数，α为黏压系数；
(2)通过霍尔感应器检测伺服电机的电流，并且输出表示该电流的电流反馈信号；
(3)当伺服电机在指定转动行程下且到达指定转动行程时，获取基于霍尔感应器以输出的惯性负载电流；当伺服电机在指定转动行程下，获取基于编码器以输出的惯性脉冲数；
(4)通过主控制器控制各个模块正常工作；
(5)确定伺服电机参数，对伺服电机采用增量式数字pid增量式算法计算横向位置进行复位操作；
所述伺服电机参数的确定方法包括：
(1)目标位置值的确定，r＝512×4＝2084计数值/圈；p＝r×2000＝4168000计数值；将p转为16进制为p＝003f9940h。
(2)速度值的确定
v＝rt×50＝26.675200计数值/采样周期；载入的速度值：
v＝v×65536＝1748185.90取整v＝1748185；将v转为16进制v＝001aacd9h；
(3)加速度值的确定
a＝rtt×10＝0.000136577；
载入的加速度值：
a＝a×65536＝8.950711844；
取整a＝8；
将a转为16进制，a＝00000008h；
所述复位操作采用增量式数字pid增量式算法计算横向位置，调整横向位置；
所述采用增量式数字pid增量式算法的数学模型为：
δu(k)＝kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-e(k-1)+e(k-2)]；
式中，δu(k)为当前控制量u(k)和此前时刻控制量u(k-1)的变化量kp、ki、kd分别为比例、积分和微分控制参数，e(k)、e(k-1)、e(k-2)分别为当前测量、前次测量和前两次测量的偏差值；
(6)接收主控制器发送的位置扫描指令，并对位置扫描指令向所述主控制器反馈响应时间以及对应的主地址；
(7)接收主控制器所发送的写辅地址指令和写脉冲位置差指令，并将所接收到的写辅地址指令中的辅地址写入其辅地址寄存器中；将写脉冲位置差指令中的脉冲位置差写入其位置差寄存器中；
(8)接收来自主控制器的包含辅地址以及指定启动位置信息的伺服启动命令，以其各自脉冲位置差和预定位方法对指定启动位置进行调整，并控制其伺服电机在调整后的启动位置上进行启动，以实现所有伺服电机的同步运动。
进一步，所述预定位方法包括：将短时间脉冲电压矢量v1、v4通入电机绕组，电度角相差180°，脉冲周期为30μs；在电压矢量结束时检测电流i1、i4，如果i1＞i4，且|i1－i4|＞δi，δi为电流比较阈值)，则可知转子的n极在将转子位置定位在180°电度角内；v1、v4作用时转子位置可能会出现使|i1－i4|＜δi的情况，无法区分转子所在区域；通入电压矢量v2、v5，检测i2、i5可重新将转子定位在180°电度角内；在180°电度角范围确定后，再给绕组通入短时间脉冲电压矢量v2、v6，检测电流i2、i6，如果i1＞i2且i1＞i6，则转子的位置可以进一步缩小到60°以内的阴影区域；i2＞i1且i2＞i6时，转子则位于逆时钟方向30°～90°区间。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。