基于虚拟电机的多电机同步控制方法及装置

1.本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种基于虚拟电机的多电机同步控制方法及装置。


背景技术：

2.随着控制同步理论、计算机软件和硬件的蓬勃发展，电机的控制同步成了各种电机驱动的大型振动设备实现同步振动的首选方法。传统的多电机同步控制主要以实现多个电机同步为首要目标，当振动设备由于外界负载等干扰导致电机不同步时，传统控制系统优先控制多个电机同步，但却无法保证电机的运动状态与受干扰前一致。
3.比如由于负载突然变化，以致电机输出转速下降，使其与其他多个电机不同步，传统控制系统只控制该电机与其他电机同步，而无法恢复电机的输出转速，以致多个电机虽然保持同步，但每个电机的转速都低于开始转速。此外，一些电机的控制系统十分复杂，对控制器处理信息内存要求非常高，即硬件要求非常高，使得控制系统的制造成本居高不下，难以广泛应用。


技术实现要素：

4.本发明提供一种基于虚拟电机的多电机同步控制方法及装置，用以解决现有技术中电机受外界干扰后无法恢复其运动状态的缺陷，实现多电机同步运动，并调整其运动状态至未受干扰时的状态。
5.本发明提供一种基于虚拟电机的多电机同步控制方法，包括：将预先获取的至少一个电机参数与虚拟标准电机的标准相位进行对比，判断与各所述电机参数对应的电机是否与所述虚拟标准电机同步，所述电机参数包括对应所述电机的角相位；基于所述电机与所述虚拟标准电机异步，根据虚拟标准电机的标准相位和所述电机对应的电机参数，得到控制信号，并将所述控制信号发送至控制驱动器调整相应电机的角相位。
6.根据本发明提供的一种基于虚拟电机的多电机同步控制方法，所述根据虚拟标准电机的标准相位和所述电机对应的电机参数，得到控制信号，包括：基于虚拟标准电机的标准相位和所述电机参数，得到相位差；基于pid控制算法对所述相位差进行增益，得到增益信号；对所述增益信号进行变参数增益，得到增益参数；根据所述增益参数、所述虚拟标准电机的标准电压和所述电机参数，得到电压，并将所述电压作为控制信号发送至一一对应各电机的控制驱动器，所述电机参数还包括对应所述电机的角速度。
7.根据本发明提供的一种基于虚拟电机的多电机同步控制方法，所述增益参数表示为：
[0008][0009]
[0010][0011]
其中，k0、k1和k2分别表示增益参数，λ0、λ1和λ2分别表示预设系数，为正实数，表示增益信号，u表示虚拟标准电机的标准电压，表示电机参数包括的角相位，表示电机参数包括的角速度。
[0012]
根据本发明提供的一种基于虚拟电机的多电机同步控制方法，所述电压，表示为：
[0013][0014]
其中，u1表示电压，k0、k1和k2分别表示增益参数，u表示虚拟标准电机的标准电压，表示电机参数包括的角相位，表示电机参数包括的角速度。
[0015]
根据本发明提供的一种基于虚拟电机的多电机同步控制方法，基于pid控制算法对所述相位差进行增益，包括：基于至少一个电机对应的控制系统闭环传递函数，获取pid参数；利用所述pid参数对所述相位差进行增益。
[0016]
根据本发明提供的一种基于虚拟电机的多电机同步控制方法，在所述将预先获取的至少一个电机参数与虚拟标准电机的标准相位进行对比之前，还包括：获取至少一个经信号处理后的电机参数，所述电机参数经所述信号处理后由模拟信号转换为数字信号。
[0017]
本发明还提供一种基于虚拟电机的多电机同步控制装置，包括：判断模块，将预先获取的至少一个电机参数与虚拟标准电机的标准相位进行对比，判断与各所述电机参数对应的电机是否与所述虚拟标准电机同步，所述电机参数包括对应所述电机的角相位；控制模块，基于所述电机与所述虚拟标准电机异步，根据虚拟标准电机的标准相位和所述电机对应的电机参数，得到控制信号，并将所述控制信号发送至控制驱动器调整相应电机的角相位。
[0018]
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于虚拟电机的多电机同步控制方法的步骤。
[0019]
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于虚拟电机的多电机同步控制方法的步骤。
[0020]
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于虚拟电机的多电机同步控制方法的步骤。
[0021]
本发明提供的基于虚拟电机的多电机同步控制方法及装置，通过控制电机与虚拟标准电机同步，以减少获取相应电机参数至计算出相应控制信号的耗时，从而使得控制系统更加灵敏；通过虚拟标准电机的模拟，以使各电机分别与虚拟标准电机同步，从而实现多电机同步，并避免电机受外界负载突变等干扰时，电机能根据虚拟标准电机迅速同步，并恢复至受干扰之前的状态，从而避免负载增加而导致多电机之间整体输出转速下降的情况，降低了对上位机的性能要求，使其更好地适用于各种多电机驱动系统，降低生产成本。
附图说明
[0022]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术
描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]
图1是本发明提供的基于虚拟电机的多电机同步控制方法的流程示意图；
[0024]
图2是本发明提供的基于虚拟电机的多电机同步控制方法的架构示意图；
[0025]
图3是本发明提供的基于虚拟电机的多电机同步控制方法的效果示意图；
[0026]
图4是本发明提供的基于虚拟电机的多电机同步控制装置的结构示意图；
[0027]
图5是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0028]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]
图1示出了本发明一种基于虚拟电机的多电机同步控制方法的流程示意图，该方法包括：
[0030]
s01，将预先获取的至少一个电机参数与虚拟标准电机的标准相位进行对比，判断与各电机参数对应的电机是否与虚拟标准电机同步，电机参数包括对应电机的角相位；
[0031]
s02，基于电机与虚拟标准电机异步，根据虚拟标准电机的标准相位和电机对应的电机参数，得到控制信号，并将控制信号发送至控制驱动器调整相应电机的角相位。
[0032]
需要说明的是，本实施例的执行主体为核心控制上位机，用于基于获取的至少一个电机参数控制各相应电机分别与虚拟标准电机同步，从而实现多电机同步控制。本说明书中的s0n不代表基于虚拟电机的多电机同步控制方法的先后顺序，下面具体结合图2描述本发明的基于虚拟电机的多电机同步控制方法。
[0033]
步骤s01，将预先获取的至少一个电机参数与虚拟标准电机的标准相位进行对比，判断与各电机参数对应的电机是否与虚拟标准电机同步，电机参数包括对应电机的角相位。
[0034]
在本实施例中，针对各电机对应的电机参数，将预先获取的各电机参数分别与虚拟标准电机的标准相位进行对比，若电机参数中的角相位与标准相位的偏差符合预设条件，则该电机和虚拟标准电机同步；否则异步。需要说明的是，预设条件可以设为偏差等于0或者为偏差符合误差允许范围，误差允许范围可根据实际使用需求确定，此处不做进一步地限定。
[0035]
电机参数包括电机的角相位和角速度，通过利用各电机的角相位分别与虚拟标准电机的标准相位进行对比，以便于控制各电机与虚拟标准电机同步，从而便于了解各电机的实际工作情况，避免各电机和虚拟标准电机之间出现由于相位偏差造成的异步现象。
[0036]
另外，虚拟标准电机为基于实际电机构建的虚拟模型，用于模拟电机在正常情况下的工作，以便于获取虚拟标准电机的标准相位，进而利用标准相位与相应电机的角相位进行对比，以判断相应电机与虚拟标准电机是否同步，从而了解相应电机的实际工作情况，避免相应电机出现由于相位偏差造成的异步现象。
[0037]
由于电机是通过内部偏心块的转动来产生振动的，因此偏心块的位置与电机的振动幅度相关。另外，振动信号是呈周期性变化的，在一个周期内，电机振动的最高点为该电机的相位1，电机振动最低点为该电机相位2，在下一周期内，电机振动的最高点为该电机的相位3，相位1与相位3的时间记为t，即电机转动一周所需的时间，电机的转速为60/t转/分钟。由于实际电机转速较快，因此只需定位电机中两个相位位置(即振动最大位置和振动最小位置)，以通过这两个相位之间的时间间隔求得电机转速，从而判断多电机之间的同步情况。
[0038]
在一个可选实施例中，在将预先获取的至少一个电机参数分别与虚拟标准电机的标准相位进行对比之前，还包括：获取至少一个经信号处理后的电机参数，电机参数经信号处理后由模拟信号转换为数字信号。需要说明的是，获取至少一个经信号处理后的电机参数，包括：获取至少一个电机的振动信号；利用信号处理器对振动信号进行信号处理，得到电机参数，电机参数包括对应电机的角相位和角速度。利用信号处理器对振动信号进行信号处理，以将振动信号由模拟信号转换为数字信号并传送至核心控制上位机中。需要说明的是，在获取电机的振动信号时，利用传感器测量，以判断相应电机偏心块的位置，并获得各电机的相位变化情况。
[0039]
步骤s02，基于电机与虚拟标准电机异步，根据虚拟标准电机的标准相位和电机对应的电机参数，得到控制信号，并将控制信号发送至控制驱动器调整相应电机的角相位。
[0040]
在本实施例中，根据虚拟标准电机的标准相位和电机对应的电机参数，得到控制信号，包括：基于虚拟标准电机的标准相位和电机参数，得到相位差；基于pid控制算法对相位差进行增益，得到增益信号；对增益信号进行变参数增益，得到增益参数；根据增益参数、虚拟标准电机的标准电压和电机参数，得到电压，并将电压作为控制信号发送至一一对应各电机的控制驱动器，电机参数还包括对应电机的角速度。
[0041]
需要说明的是，通过将多个电机的电机参数分别与虚拟标准电机的标准相位比对，以便于进一步判断各电机是否与虚拟标准电机同步，从而便于根据虚拟标准电机，控制各相应电机，使其分别与虚拟标准电机同步。另外，各电机分别与一控制驱动器对应相连，以便于对应控制驱动器接收相应控制信号后，根据该控制信号对相应电机进行控制，从而控制各电机与虚拟标准电机同步。具体而言：
[0042]
首先，基于虚拟标准电机的标准相位和电机参数，得到相位差。需要说明的是，虚拟电机的标准相位记为电机参数包括的电机对应的角相位记为则相位差记为
[0043]
其次，基于pid控制算法对相位差进行增益，得到增益信号。在本实施例中，基于pid控制算法对相位差进行增益，包括：基于至少一个电机对应的控制系统闭环传递函数，获取pid参数；利用pid参数对相位差进行增益。需要说明的是，pid参数包括比例系数k
p
、积分系数k
i
和微分系数k
d
。
[0044][0045]
其中，b1表示角相位系数，为非负实数；b2表示角速度系数，为非负实数；b3表示控制电压系数，为正实数；k、a表示计算比例、积分和微风的系数，为pid控制系数，通过k、a两
个参数计算出比例、积分和微分三个增益系数；s表示公式进行拉普拉斯变换时的符号、角相位进行拉普拉斯变换后的符号。
[0046]
另外，增益信号，表示为：
[0047][0048]
其中，e表示相位差，k
p
表示比例增益系数，k
i
表示积分增益系数，k
d
表示微分增益系数，表示对相位差微分符号。
[0049]
举例而言，在计算pid参数时，基于预设t＝0:0.01:8、k＝1:0.1:5、a＝0.1:0.1:5、b1＝20、b2＝30、b3＝50的数值，定义i＝1:30和j＝1:30，使num＝[b3*k(i)2*b3*k(i)*a(j)b3*k(i)*a(j)2]，den＝[1*b1+b3*k(i)b2+2*b3*k(i)*a(j)b3*k(i)*a(j)2]；计算y＝step(num,den,t)，并求得m＝max(y)。若m<1.15且m>1.00，则k＝k+1；计算(k,:)＝[k(i)a(j)m]，从而求得一系列k、a和m的解，并基于比例系数与超调大小，选择对应k和a的值，进而求得比例k
p
、积分k
i
和微分k
d
三个增益系数。
[0050]
随后，对增益信号进行变参数增益，得到增益参数。在本实施例中，对增益信号进行变参数增益，得到三组待调节的增益参数，三组增益参数表示为：
[0051][0052][0053][0054]
其中，k0、k1和k2分别表示增益参数，λ0、λ1和λ2分别表示预设系数，为正实数，表示增益信号，u表示虚拟标准电机的标准电压，表示电机参数包括的角相位，表示电机参数包括的角速度。需要说明的是，λ0、λ1和λ2为预先设置的参数，可基于实际涉及需求或使用场景等进行设置。
[0055]
最后，根据增益参数、虚拟标准电机的标准电压和电机参数，得到电压，并将电压作为控制信号发送至控制驱动器；其中，电机参数还包括对应电机的角速度。在本实施例中，电压，表示为：
[0056][0057]
其中，u1表示电压，k0、k1和k2分别表示增益参数，u表示虚拟标准电机的标准电压，表示电机参数包括的角相位，表示电机参数包括的角速度。
[0058]
在一个可选实施例中，控制驱动器与电机一一对应，以便于控制驱动器接收核心控制上位机输出的对应各电机的控制信号之后，各控制驱动器将电压传递给相应电机，以使相应电机根据电压调整自身相位，从而使得各电机与虚拟标准电机同步。
[0059]
在一个可选实施例中，电机为四个，假设虚拟标准电机的初始相位为0，电机1的初始相位为π，电机2的初始相位为
‑
π，电机3的初始相位为π/2，电机4的初始相位为
‑
π/2，基于本实施例基于虚拟电机的多电机同步控制方法，得到四个电机的同步结果，参考图3，可知，
本方法可以减少从获取相应电机的振动信号至计算得到相应控制信号的耗时，提高灵敏度。
[0060]
综上所述，本发明通过控制各电机与虚拟标准电机同步，以减少获取相应电机参数至计算出相应控制信号的耗时，从而使得控制系统更加灵敏；通过虚拟标准电机的模拟，以使各电机分别与虚拟标准电机同步，从而实现多电机同步，并避免电机受外界负载突变等干扰时，电机能根据虚拟标准电机迅速同步，并恢复至受干扰之前的状态，从而避免负载增加而导致多电机之间整体输出转速下降的情况，降低了对上位机的性能要求，使其更好地适用于各种多电机驱动系统，降低生产成本。
[0061]
下面对本发明提供的基于虚拟电机的多电机同步控制装置进行描述，下文描述的基于虚拟电机的多电机同步控制装置与上文描述的基于虚拟电机的多电机同步控制方法可相互对应参照。
[0062]
图4示出了本发明一种基于虚拟电机的多电机同步控制装置的结构示意图，该装置包括：
[0063]
判断模块31，将预先获取的至少一个电机参数与虚拟标准电机的标准相位进行对比，判断与各电机参数对应的电机是否与虚拟标准电机同步，电机参数包括对应电机的角相位；
[0064]
控制模块32，基于电机与虚拟标准电机异步，根据虚拟标准电机的标准相位和电机对应的电机参数，得到控制信号，并将控制信号发送至控制驱动器调整相应电机的角相位。
[0065]
在本实施例中，判断模块31，包括：对比单元，将预先获取的至少一个电机参数与虚拟标准电机的标准相位进行对比；判断单元，根据对比单元的对比结果，判断与电机参数对应的电机是否与虚拟标准电机同步；其中，电机参数包括电机的角相位。需要说明的是，若电机参数中角相位与标准相位的偏差符合预设条件，则电机与虚拟标准电机同步；否则异步。另外，预设条件可以设为偏差等于0或者为偏差符合误差允许范围，误差允许范围可根据实际使用需求确定，此处不做进一步地限定。
[0066]
电机参数包括电机的角相位和角速度，通过利用各电机的角相位分别与虚拟标准电机的标准相位进行对比，以便于控制各电机与虚拟标准电机同步，从而便于了解各电机的实际工作情况，避免各电机和虚拟标准电机之间出现由于相位偏差造成的异步现象。
[0067]
另外，虚拟标准电机为基于实际电机构建的虚拟模型，用于模拟电机在正常情况下的工作，以便于获取虚拟标准电机的标准相位，进而利用标准相位与相应电机的角相位进行对比，以判断相应电机与虚拟标准电机是否同步，从而了解相应电机的实际工作情况，避免相应电机出现由于相位偏差造成的异步现象。
[0068]
在一个可选实施例中，该装置还包括获取模块，获取至少一个经信号处理后的电机参数，所述电机参数经所述信号处理后由模拟信号转换为数字信号。具体而言，获取模块包括：获取单元，获取至少一个电机的振动信号；信号处理单元，利用信号处理器对振动信号进行信号处理，得到电机参数，其中，电机参数包括对应电机的角相位和角速度。需要说明的是，利用信号处理器对振动信号进行信号处理，以将将测得的振动信号由模拟信号转换为数字信号并传送至核心控制上位机中。另外，在获取电机的振动信号时，利用传感器测量，以判断各电机偏心块的位置，并获得对应电机的相位变化情况。
[0069]
控制模块32，包括：相位差获取单元，基于虚拟标准电机的标准相位和电机参数，得到相位差；pid增益单元，基于pid控制算法对相位差进行增益，得到增益信号；变参数增益单元，对增益信号进行变参数增益，得到增益参数；电压获取单元，根据增益参数、虚拟标准电机的标准电压和电机参数，得到电压，并将电压作为控制信号发送至一一对应各电机的控制驱动器，电机参数还包括对应电机的角速度。
[0070]
具体而言，pid增益单元，包括：基于各电机的控制系统闭环传递函数获取相应pid参数；增益单元，利用各pid参数对相应电机对应的相位差进行增益。
[0071]
在一个可选实施例中，控制驱动器与电机一一对应，以便于接收核心控制上位机输出的对应各电机的控制信号，进而根据控制信号控制对应电机，以实现各电机与虚拟标准电机之间的同步。
[0072]
图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)41、通信接口(communications interface)42、存储器(memory)43和通信总线44，其中，处理器41，通信接口42，存储器43通过通信总线44完成相互间的通信。处理器41可以调用存储器43中的逻辑指令，以执行基于虚拟电机的多电机同步控制方法，该方法包括：将预先获取的至少一个电机参数与虚拟标准电机的标准相位进行对比，判断与各电机参数对应的电机是否与虚拟标准电机同步，电机参数包括对应电机的角相位；基于电机与虚拟标准电机异步，根据虚拟标准电机的标准相位和电机对应的电机参数，得到控制信号，并将控制信号发送至控制驱动器调整相应电机的角相位。
[0073]
此外，上述的存储器43中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0074]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的基于虚拟电机的多电机同步控制方法，该方法包括：将预先获取的至少一个电机参数与虚拟标准电机的标准相位进行对比，判断与各电机参数对应的电机是否与虚拟标准电机同步，电机参数包括对应电机的角相位；基于电机与虚拟标准电机异步，根据虚拟标准电机的标准相位和电机对应的电机参数，得到控制信号，并将控制信号发送至控制驱动器调整相应电机的角相位。
[0075]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的基于虚拟电机的多电机同步控制方法，该方法包括：将预先获取的至少一个电机参数与虚拟标准电机的标准相位进行对比，判断与各电机参数对应的电机是否与虚拟标准电机同步，电机参数包括对应电机的角相位；基于电机与虚拟标准电机异步，根据虚拟标准电机的标准相位和电机对应的电机参数，得到控制信号，并将控制信号发送至控制驱动器调整相应电机的角相位。
[0076]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0077]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0078]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。