用于控制伺服电动机的物理信息系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业生产自动化领域，特别是涉及一种用于控制伺服电动机的物理信 息系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 伺服电动机控制器作为一种对电动机的控制设备已得到广泛使用，具有明显的节 能与出色的位置速度控制功能，例如中小型驱动器可以应用于生产线传动和注塑机的电动 机驱动，甚至新能源汽车的动力驱动系统。但是在使用的过程中，驱动器或者控制器对不同 的电动机具有不同的控制参数设置，对不同的负载又具有不同的控制参数设置。这在实际 生产中引起很多复杂的问题，参数调节不好可能直接引起电机损坏，甚至彻底损坏整个电 机驱动控制系统。
[0003] 总的来说，技术中伺服电动机控制器对伺服电动机的控制调节与检测诊断主要存 在以下问题:一、每个电动机都要由经验丰富的人员通过控制器进行调节参数，不同的用户 会遇到各种各样的调节难题，不仅难以调节，而且浪费了很多宝贵的生产时间；二、目前很 多电动机控制器不支持自主检测与故障诊断功能，而比较高级的驱动器虽然存在检测与故 障诊断功能，但是检测和诊断范围比较小，而且大多数是故障已发生时才会提醒，极大地影 响生产效率;三、在工业生产中，电动机驱动器很少连接工业互联网，不能利用更多资源提 高生产效率和控制性能。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供用于控制伺服电动机的物理信息 系统，本发明的另一目的是提供用于控制伺服电动机的物理信息系统的控制方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006] 用于控制伺服电动机的物理信息系统，包括以太网、服务器、主控计算机以及多个 分别用于控制一伺服电动机的伺服电动机控制器，所述伺服电动机控制器、服务器和主控 计算机通过以太网相互连接；
[0007] 所述伺服电动机控制器用于对伺服电动机进行调节控制并采集伺服电动机的电 机参数后与自身的控制器参数一起发送到服务器，所述服务器用于存储多个伺服电动机的 电机参数以及每个伺服电动机对应的伺服电动机控制器的控制器参数，所述主控计算机用 于根据服务器所存储的电机参数和控制器参数，对多个伺服电动机和伺服电动机控制器进 行在线监测诊断并进行实时预警，同时进行实时推理并对伺服电动机控制器进行实时控 制。
[0008] 进一步，所述电机参数包括伺服电动机的型号、运行时长、工作总时长、故障报警 情况、工作电流、工作电压和负载参数，所述控制器参数包括控制器的比例增益、微分增益 和积分增益。
[0009] 进一步，所述服务器包括第一通信模块、第一控制模块和用于存储多个伺服电动 机的电机参数以及每个伺服电动机对应的伺服电动机控制器的控制器参数的存储模块，所 述第一控制模块分别与存储模块和第一通信模块连接，所述第一通信模块通过以太网分别 与主控计算机和多个伺服电动机控制器连接。
[0010] 进一步，所述主控计算机包括第二通信模块、第二控制模块、自动控制算法模块以 及人工智能算法模块，所述第一控制模块分别与第二通信模块、自动控制算法模块和人工 智能算法模块连接，所述第二通信模块通过以太网分别与服务器和多个伺服电动机控制器 连接;所述自动控制算法模块用于根据电机参数和控制器参数进行实时推理并获得对伺服 电动机控制器的实时控制参数，所述人工智能算法模块用于根据电机参数对伺服电动机和 伺服电动机控制器进行在线监测诊断并进行实时预警。
[0011] 进一步，所述第二控制模块用于：
[0012] 对连接上的伺服电动机控制器进行实时检测，并在检测到存在不能识别的伺服电 动机控制器时，从服务器中查询是否存在与该伺服电动机控制器同类型的控制器，若是，则 获取所述同类型的控制器对应的控制器参数，并下发到该伺服电动机控制器中，反之，自适 应设定该伺服电动机控制器的控制器参数并下发到该伺服电动机控制器中。
[0013]进一步，所述自动控制算法模块具体用于：
[0014] 针对伺服电动机控制器输出到伺服电动机的每个控制输出值，获取对应的输入到 伺服电动机的控制输入值，并计算其误差值e后，计算一段时间内的误差值积分Τ ΙΤΑΕ，同时 获取伺服电动机首次响应控制器调节后的最大速度误差值eA以及经过预设时间后的速度 误差值e B后，根据预设推理规则调节伺服电动机控制器的比例增益、微分增益或积分增益；
[0015] 所述预设推理规则为:根据误差值e、最大速度误差值eA、速度误差值ΘΒ以及误差值 积分TITAE的不同数值范围，采用预设调节范围和预设步长对比例增益、微分增益或积分增 益进行调节；
[0016] 所述人工智能算法模块具体用于：
[0017] 根据每个伺服电动机的工作总时长的数值范围，实时诊断伺服电动机以及对应的 伺服电动机控制器是否需要进行维护；
[0018] 以及
[0019] 根据每个伺服电动机的工作电流的数值范围，实时诊断伺服电动机是否存在电流 故障，若是，则进行实时预警。
[0020] 本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：
[0021] 所述的用于控制伺服电动机的物理信息系统的控制方法，包括以下步骤：
[0022] 分别采用多个伺服电动机控制器实时对相应的伺服电动机进行调节控制并采集 伺服电动机的电机参数后与自身的控制器参数一起发送到服务器进行存储；
[0023] 主控计算机根据服务器所存储的电机参数和控制器参数，对多个伺服电动机和伺 服电动机控制器进行在线监测诊断并进行实时预警，同时进行实时推理并对伺服电动机控 制器进行实时控制。
[0024] 进一步，所述主控计算机根据服务器所存储的电机参数和控制器参数，对多个伺 服电动机和伺服电动机控制器进行在线监测诊断并进行实时预警的步骤，包括：
[0025] 主控计算机根据每个伺服电动机的工作总时长的数值范围，实时诊断伺服电动机 以及对应的伺服电动机控制器是否需要进行维护；
[0026] 以及
[0027] 主控计算机根据每个伺服电动机的工作电流的数值范围，实时诊断伺服电动机是 否存在电流故障，若是，则进行实时预警。
[0028] 进一步，所述主控计算机根据服务器所存储的电机参数和控制器参数进行实时推 理并对伺服电动机控制器进行实时控制的步骤，包括以下两个步骤中的至少一个：
[0029] 步骤1，主控计算机对连接上的伺服电动机控制器进行实时检测，并在检测到存在 不能识别的伺服电动机控制器时，从服务器中查询是否存在与该伺服电动机控制器同类型 的控制器，若是，则获取所述同类型的控制器对应的控制器参数，并下发到该伺服电动机控 制器中，反之，自适应设定该伺服电动机控制器的控制器参数并下发到该伺服电动机控制 器中；
[0030] 步骤2,针对伺服电动机控制器输出到伺服电动机的每个控制输出值，获取对应的 输入到伺服电动机的控制输入值，并计算其误差值后，根据获得的误差值进行实时推理并 对应调节伺服电动机控制器的控制参数。
[0031]进一步，所述步骤2,其具体为：
[0032]针对伺服电动机控制器输出到伺服电动机的每个控制输出值，获取对应的输入到 伺服电动机的控制输入值，并计算其误差值e后，计算一段时间内的误差值积分ΤΙΤΑΕ，同时 获取伺服电动机首次控制器调节后的最大速度误差值e A以及经过预设时间后的速度误差 值eB后，根据预设推理规则调节伺服电动机控制器的比例增益、微分增益或积分增益；
[0033]所述预设推理规则是根据误差值e、最大速度误差值eA、速度误差值eB以及误差值 积分TITAE的不同数值范围，采用预设调节范围和预设步长对比例增益、微分增益或积分增 益进行调节。
[0034]本发明的有益效果是:本发明的一种用于控制伺服电动机的物理信息系统，包括 以太网、服务器、主控计算机以及多个分别用于控制一伺服电动机的伺服电动机控制器，伺 服电动机控制器、服务器和主控计算机通过以太网相互连接;伺服电动机控制器用于对伺 服电动机进行调节控制并采集伺服电动机的电机参数后与自身的控制器参数一起发送到 服务器，服务器用于存储多个伺服电动机的电机参数以及每个伺服电动机对应的伺服电动 机控制器的控制器参数，主控计算机用于根据服务器所存储的电机参数和控制器参数，对 多个伺服电动机和伺服电动机控制器进行在线监测诊断并进行实时预警，同时进行实时推 理并对伺服电动机控制器进行实时控制。本物理信息系统可以将伺服电动机在不同工业应 用中的伺服电动机控制器的控制器参数和电机参数在服务器中进行共享，实现了跨地区的 联网和数据共享等功能，使用者可以直接下载这些参数进行控制器调节，而且本物理信息 系统还可以对伺服电动机和伺服电动机控制器进行在线检测，以及自动地对伺服电动机控 制器的控制参数进行控制调整，调整效率高，耗时短，使用简便且安全可靠。
[0035]本发明的另一有益效果是:本发明的用于控制伺服电动机的物理信息系统的控制 方法，包括以下步骤:分别采用多个伺服电动机控制器实时对相应的伺服电动机进行调节 控制并采集伺服电动机的电机参数后与自身的控制器参数一起发送到服务器进行存储;主 控计算机根据服务器所存储的电机参数和控制器参数，对多个伺服电动机和伺服电动机控 制器进行在线监测诊断并进行实时预警，同时进行实时推理并对伺服电动机控制器进行实 时控制。本方法可以对伺服电动机和伺服电动机控制器进行在