专利名称：伺服控制器模拟量速度指令自动调零的方法
技术领域：
本发明涉及一种伺服控制器模拟量速度指令自动调零的方法。
背景技术：
伺服控制器在数控系统中用于对交流永磁同步电动机实施驱动控制，数控系统在伺服控制器信号输入端输入模拟量速度指令驱动交流永磁同步电动机工作，并通过光电编码器将交流永磁同步电动机的位置信号反馈至数控系统，数控系统根据系统位置偏差进行位置比例调节，输出模拟量速度指令给伺服控制器，再由伺服控制器控制电机按照指定的速度指令运行。如图1所示，在位置全闭环数控系统中，位置环建立在数控系统1上，速度环建立在伺服控制器2上，位置反馈和速度反馈通过位置传感器3和速度传感器4提供；即由数控系统1根据系统位置偏差进行位置比例调节，并输出模拟量速度指令给伺服控制器2，再由伺服控制器2控制伺服电机5按照指定的速度指令运行。一般数控系统输出的模拟量速度指令的输出范围在-10伏到+10伏之间，即-IOV 对应系统的最小速度指令，+IOV对应系统的最大速度指令，OV对应模拟量速度指令的零点位置，即电机每分钟零转。由于每一个位置全闭环数控系统的最大和最小速度指令是不一样的，这就需要在数控系统和伺服控制器中都有一个速度指令增益参数来设置单位模拟量电压对应多少速度指令。例如在一个正负每分钟2000转的位置全闭环数控系统中，速度指令增益参数为 2000/10 ；模拟量速度指令由于受到环境、温度、湿度、电磁场空间等多种因素的影响，使其零点位置会发生偏移，即OV的模拟量电压值不对应电机的每分钟零转的速度指令，这样就对整个位置数控系统的控制精度造成较大的影响。这就需要对模拟量速度指令进行零点位置偏移的校正，模拟量速度指令零点位置偏移校正原理是零点速度指令=模拟量零点电压指令值_模拟量零点电压校正值=0在原先的位置全闭环数控系统中，模拟量速度指令零点位置偏移校正是由数控系统检测加人工手动调整来实现的。其调整步骤如下1)数控系统输出OV模拟量电压指令给伺服驱动器；2)数控系统对位置传感器反馈的位置信息进行微分计算，求出系统运行速度值；3)将系统运行速度值显示在数控系统的显示屏上；4)操作人员根据显示的系统运行速度值设置模拟量零点电压校正参数；上述调整方法由于需要人工调整的参与，而操作人员的目视校正本身就存在较大的测量误差，使系统零点偏移校正的精度也就随之降低；而模拟量零点电压的干扰是随机的，人工调整明显不利于模拟量速度指令的实时调整，使系统的调零误差会大大增加；而人工调整的效率也是比较低的，使整个系统的工作效率也会大大下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种伺服控制器模拟量速度指令自动调零的方法，本方法无需手动操作实现数控系统速度指令的自动调零，提高了数控系统速度指令调零的准确性、可靠性、快速性和稳定性，方便了电机的伺服驱动控制。为解决上述技术问题，本发明伺服控制器模拟量速度指令自动调零的方法包括如下步骤步骤一、在伺服控制器输入接口设置自动调零启动信号端，所述启动信号端监测数控系统速度指令，当速度指令为零时，启动信号端开启并输出至伺服控制器；步骤二、伺服控制器接受自动调零启动信号后，伺服控制器多通道模数高速采样转换模块采样输入端的模拟量速度指令并作模数转换成数字量速度指令后输入伺服控制器数字信号处理器；步骤三、伺服控制器数字信号处理器对多通道采样的数字量速度指令进行累加操作，再进行取平均数的平均算法滤波，将由于物理通道连接而产生的干扰信号滤除；步骤四、伺服控制器数字信号处理器储存前四次采样的数字量速度指令并对任意两次的数字量速度指令进行微分操作，将微分操作结果超过平均算法滤波阀值的进行滤除，以将模拟量速度指令所受的外部干扰信号滤除；步骤五、伺服控制器数字信号处理器将平均算法滤波和微分操作的结果进行三阶卡尔曼滤波，三阶卡尔曼滤波算法结果为模拟量速度指令的零点电压校正值；步骤六、伺服控制器数字信号处理器将零点电压校正值和采样的数字量速度指令进行叠加运算后，得出当前速度指令使电机转速为零；步骤七、数控系统运行时，伺服控制器数字信号处理器按如下公式提供电机的速度指令速度指令=(采样的数字量速度指令值-零点电压校正值)X速度指令增益其中速度指令增益是伺服控制器速度反馈放大器的放大增益。由于本发明伺服控制器模拟量速度指令自动调零的方法采用了上述技术方案，即在伺服控制器输入接口设置自动调零启动信号端并监测速度指令，当速度指令为零时，启动信号端开启并输出至伺服控制器；伺服控制器接受开启信号后，其多通道模数高速采样转换模块采样输入端的模拟量速度指令并转换成数字量速度指令后输入数字信号处理器; 处理器对数字量速度指令进行累加操作，再进行取平均数的平均算法滤波；处理器储存前四次采样的数字量速度指令并对任意两次的数字量速度指令进行微分操作，将微分操作结果超过平均算法滤波阀值的进行滤除；处理器将平均算法滤波和微分操作的结果进行三阶卡尔曼滤波，得出零点电压校正值；零点电压校正值和采样的数字量速度指令进行叠加运算得出当前速度指令使电机转速为零；数控系统运行时，处理器按速度指令=(采样的数字量速度指令值-零点电压校正值)X速度指令增益提供电机的速度指令本方法无需手动操作实现数控系统速度指令的自动调零，提高了数控系统速度指令调零的准确性、可靠性、快速性和稳定性，方便了电机的伺服驱动控制。
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明
图1为位置全闭环数控系统控制框图，图2为本发明伺服控制器模拟量速度指令自动调零方法的流程框图，图3为本方法的硬件实现框图。
具体实施例方式如图2所示，本发明伺服控制器模拟量速度指令自动调零的方法包括如下步骤步骤一、在伺服控制器输入接口设置自动调零启动信号端，所述启动信号端监测数控系统速度指令，当速度指令为零时，启动信号端开启并输出至伺服控制器；步骤二、伺服控制器接受自动调零启动信号后，伺服控制器多通道模数高速采样转换模块采样输入端的模拟量速度指令并作模数转换成数字量速度指令后输入伺服控制器数字信号处理器；步骤三、伺服控制器数字信号处理器对多通道采样的数字量速度指令进行累加操作，再进行取平均数的平均算法滤波，将由于物理通道连接而产生的干扰信号滤除；步骤四、伺服控制器数字信号处理器储存前四次采样的数字量速度指令并对任意两次的数字量速度指令进行微分操作，将微分操作结果超过平均算法滤波阀值的进行滤除，以将模拟量速度指令所受的外部干扰信号滤除；步骤五、伺服控制器数字信号处理器将平均算法滤波和微分操作的结果进行三阶卡尔曼滤波，三阶卡尔曼滤波算法结果为模拟量速度指令的零点电压校正值；步骤六、伺服控制器数字信号处理器将零点电压校正值和采样的数字量速度指令进行叠加运算后，得出当前速度指令使电机转速为零；步骤七、数控系统运行时，伺服控制器数字信号处理器按如下公式提供电机的速度指令速度指令=(采样的数字量速度指令值-零点电压校正值)X速度指令增益其中速度指令增益是伺服控制器速度反馈放大器的放大增益。本方法是在伺服控制器内部控制软件的基础上，利用伺服控制器原有的模数高速采样转换模块，添加模拟量速度指令零点位置偏移自动校正的软件算法，实现位置全闭环数控系统模拟量速度指令自动调零。如图3所示，本方法在伺服控制器2的输入接口 21中增加一个自动调零的启动信号，当数控系统1输出模拟量速度指令为零时，该启动信号开启并输出给伺服控制器2，此时伺服控制器2就应用内部集成的采样转换模块22和数字信号处理器23与软件算法相配合，实现模拟量速度指令自动调零。本方法中伺服控制器的多通道模数高速采样转换模块具有16个16位模数转换通道，同时模数转换率可以达到2MHZ，模数转换的误差仅为六万分之一，这样就为模拟量速度指令自动调零提供了良好的硬件基础；数字信号处理器利用内部的软件算法对模拟量速度指令的转换结果进行平均算法滤波、重复采样滤波和三阶卡尔曼算法滤波的软件处理，将软件处理的结果直接作为模拟量零点电压的校正值。本方法提高了数控系统的控制精度，提高了整个数控系统的工作效率，方便了数控系统的操作，提高了数控系统的可靠性。
权利要求
1. 一种伺服控制器模拟量速度指令自动调零的方法，其特征在于本方法包括如下步骤步骤一、在伺服控制器输入接口设置自动调零启动信号端，所述启动信号端监测数控系统速度指令，当速度指令为零时，启动信号端开启并输出至伺服控制器；步骤二、伺服控制器接受自动调零启动信号后，伺服控制器多通道模数高速采样转换模块采样输入端的模拟量速度指令并作模数转换成数字量速度指令后输入伺服控制器数字信号处理器；步骤三、伺服控制器数字信号处理器对多通道采样的数字量速度指令进行累加操作， 再进行取平均数的平均算法滤波，将由于物理通道连接而产生的干扰信号滤除；步骤四、伺服控制器数字信号处理器储存前四次采样的数字量速度指令并对任意两次的数字量速度指令进行微分操作，将微分操作结果超过平均算法滤波阀值的进行滤除，以将模拟量速度指令所受的外部干扰信号滤除；步骤五、伺服控制器数字信号处理器将平均算法滤波和微分操作的结果进行三阶卡尔曼滤波，三阶卡尔曼滤波算法结果为模拟量速度指令的零点电压校正值；步骤六、伺服控制器数字信号处理器将零点电压校正值和采样的数字量速度指令进行叠加运算后，得出当前速度指令使电机转速为零；步骤七、数控系统运行时，伺服控制器数字信号处理器按如下公式提供电机的速度指令速度指令=(采样的数字量速度指令值-零点电压校正值)X速度指令增益其中速度指令增益是伺服控制器速度反馈放大器的放大增益。
全文摘要
本发明公开一种伺服控制器模拟量速度指令自动调零的方法，伺服控制器设置调零启动信号端并监测速度指令，速度指令为零时采样模块采样模拟量速度指令并转换成数字量输入数字信号处理器；处理器对数字量速度指令累加操作后作平均算法滤波并储存前四次采样的数字量速度指令，对任意两次的数字量速度指令进行微分操作并虑除超过平均滤波阀值的结果；处理器将平均滤波和微分操作的结果进行三阶卡尔曼滤波，得出零点电压校正值；零点电压校正值和采样的数字量速度指令叠加运算得到当前速度指令；数控系统运行时，处理器按经调零的速度指令驱动电机运行本方法无需手动操作实现数控系统速度指令的自动调零，提高调零的精度和效率，方便电机的伺服驱动控制。
文档编号H02P6/08GK102347720SQ20101024689
公开日2012年2月8日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者杨文博, 郁敏杰, 陈忠 申请人:上海开通数控有限公司