一种带有监测功能的伺服电机控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及伺服电机技术领域，更具体地说，它涉及一种带有监测功能的伺服电机控制系统及其控制方法。

背景技术：

伺服电机可控制速度，位置，精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

现有授权公告号为cn106559022b的中国专利，公开了一种交流伺服电机位置控制系统，包括背靠背设置的三相整流电路和三相igbt电路，dsp芯片、fpga电路、人机界面和线性电耦，三相整流电路通过三相电源线连接电源，三相igbt电路通过三相电源线连接电机；fpga电路连接dsp芯片，fpga电路与电机之间连接有速度传感器，fpga电路连接三相igbt电路；三相igbt电路和电机之间的三相电源线上，设有分别位于a相电源线和b相电源线上的采样电阻，采样电阻连接线性光耦，线性光耦连接dsp芯片；dsp芯片还连接用于接收速度指令的模数转换电路。其技术效果是器件少，体积小，响应快速而准确，能满足对于交流伺服驱动系统进行控制的需要。

但是，现有的伺服电机控制系统仅能对伺服驱动系统进行控制，然而在伺服电机工作的过程中，电机的工作参数与实际的输入参数是否一致无法通过控制系统进行获知，故有待改善。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种带有监测功能的伺服电机控制系统及其控制方法，其具有能够对伺服电机的工作参数进行检测并与输入参数进行对比的优势。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种带有监测功能的伺服电机控制系统，其特征在于，包括伺服电机和控制系统，所述控制系统用于控制伺服电机进行工作，所述控制系统包括：

工作参数输入模块，用于向控制系统内部输入伺服电机的工作参数并控制伺服电机按照工作参数进行工作；

中心控制模块，耦接于工作参数输入模块以接收工作参数输入模块输入的工作参数并输出控制信号给伺服电机以控制伺服电机根据工作参数进行工作；

基准参数生成模块，耦接于工作参数输入模块以根据工作参数自动生成伺服电机的各项基准参数；

实际参数检测模块，用于检测电机输出状态的实际参数；

参数比较模块，耦接于基准参数生成模块和实际参数比较模块以将实际参数检测模块检测所得实际参数与基准参数生成模块生成的基准参数进行比较并输出比较结果；以及，

参数反馈模块，耦接于参数比较模块以接收比较结果并发送信号给中心控制模块进行调整使得实际参数与基准参数保持一致。

通过采用上述技术方案，实际参数检测模块对伺服电机的实际工作参数进行检测并通过工作参数输入模块和基准参数生成模块生成的基准参数进行对比，从而能够获知伺服电机实际的工作状态与预期的工作状态之间的偏差，从而再针对这些偏差做出相应的措施使得伺服电机实际的工作状态能够满足工作参数的需要。

进一步地，所述实际参数检测模块包括：

负载检测模块，用于检测伺服电机在工作时实际负载；

温度检测模块，用于检测伺服电机在工作时的实际温度；

转速检测模块，用于检测伺服电机在工作时的实际转速；以及，

振幅检测模块，用于检测伺服电机在工作时的实际振幅。

通过采用上述技术方案，实际参数检测模块对伺服电机的实际负载、实际温度、实际转速和实际振幅进行综合检测，从而能够获取伺服电机全面的工作状态。

进一步地，所述工作参数输入模块包括：

工作转矩输入模块，用于输入伺服电机需要提供的工作转矩；

最高耐温输入模块，用于输出伺服电机能够耐受的最高温度；

工作转速输入模块，用于输入伺服电机需要达到的工作转速；以及，

最大振幅输入模块，用于输入伺服电机允许的最大振幅。

通过采用上述技术方案，工作参数输入模块对伺服电机需要的工作转矩、需要的工作转速、耐受的最高温度和温稳定工作的最高振幅输入进控制系统中，从而与实际参数检测模块检测的参数一一对应，从而便于后期设定基准值并与实际检测所得的参数进行对比，从而全方位判断电机的工作状态。

进一步地，所述基准参数生成模块包括：

误差量输入模块，用于输入可以允许的误差比例；以及，

警戒值生成模块，用于根据工作参数和误差量计算出报警的警戒值。

通过采用上述技术方案，误差量输入模块和警戒值生成模块通过计算可以得出由工作参数输入模块输入的工作参数的警戒值所在，从而能够作为参数比较模块比较的基准，用于判断伺服电机的转矩是否足够、转速是否达到，温度是否过高以及振动是否剧烈，从而对伺服电机的工作状态做出一个判断。

进一步地，所述中心控制模块耦接有显示模块，所述显示模块用于显示工作参数输入模块输入的参数以及实际参数检测模块检测所得参数。

通过采用上述技术方案，显示模块的设置便于操作人员从显示装置上直观地看出伺服电机输入的工作参数、计算所得的基准参数以及实际测得的实际参数，从而便于操作人员掌握伺服电机的工作状态。

进一步地，所述中心控制模块耦接有状态调整单元，所述调整提示单元耦接于中心控制模块以接收参数比较模块输出的比较结果并将比较结果转化成伺服电机工作状态的增量从而控制伺服电机。

通过采用上述技术方案，状态调整单元的设置便于根据参数比较模块比较的结果自动生成转矩和转速的增量，从而传输给伺服电机控制器，进而控制伺服电机对转矩和转速进行调整，从而能够适应工作参数的需要。

进一步地，所述中心控制模块耦接有报警提示模块，所述报警提示模块耦接于中心控制模块并受控于比较结果以发出声音信号和提示光线。

通过采用上述技术方案，报警提示模块的设置便于根据参数比较模块比较的结果，在伺服电机的实际振幅超过工作振幅的警戒值以及实际温度超过最高温度的警戒值时启动，从而提示操作人员，伺服电机可能出现故障，从而提醒操作人员及时进行检修。

进一步地，所述中心控制模块耦接有温度调节装置，所述温度调节装置包括散热风扇和半导体制冷器，所述温度调节装置耦接于中心控制模块以在伺服电机内部的实际温度超过最高温度的警戒值时启动。

通过采用上述技术方案，温度调节装置的设置便于在参数比较模块比较的结果，即伺服电机内部的实际温度超过最高温度的警戒值时对伺服电机进行紧急降温，从而防止电机内部温度过高而导致伺服电机被烧坏。

一种应用于上述的带有监测功能的伺服电机控制系统的控制方法，包括下列步骤：

s100，通过工作参数输入模块向控制系统内部输入伺服电机的工作参数；

s200，中心控制模块将工作参数转化为工作信号输出给伺服电机；

s300，基准参数生成模块根据工作参数输入模块输入的工作参数生成便于检测的各项基准参数并输入参数比较模块；

s400，实际参数检测模块对伺服电机运行时的工作状态的实际参数进行检测，并将实际参数输入参数比较模块；

s500，参数比较模块对实际参数和基准参数进行比较并将比较结果传输给参数反馈模块；

s600，参数反馈模块对比较结果进行处理，从而发送控制信号给中心控制模块，控制伺服电机对工作状态进行调整。

通过采用上述技术方案，按照上述控制方法，对伺服电机进行有效的控制，从而能够对伺服电机的工作状态进行实时地检测并通过将信号传输给中心控制模块从而对伺服电机的工作状态进行调整，便于伺服电机能够与要求的工作参数相匹配。

所述步骤s600还包括下列子步骤：

a100，对比较结果进行判断，若伺服电机实际转速低于工作转速的警戒值，则转a200，若伺服电机的实际负载高于工作转矩的警戒值，则转a300，若伺服电机的实际温度高于最高温度的警戒值，则转a400，若伺服电机的振动幅度高于最大振幅的警戒值，则转a500；

a200，参数反馈模块发送信号给中心控制模块，中心控制模块通过状态调整单元从而提高伺服电机转速，并返回a100；

a300，参数反馈模块发送信号给中心控制模块，中心控制模块通过状态调整单元从而提高伺服电机的转矩，并返回a100；

a400，参数反馈模块发送信号给中心控制模块，中心控制模块通过温度调节装置从而对伺服电机进行大范围降温，并返回a100；

a500，参数反馈模块发送信号给中心控制模块，中心控制模块通过报警提示模块从而提示伺服电机故障，并返回a100。

通过采用上述技术方案，中心控制模块通过状态调整单元、温度调节装置和报警提示装置分别对工作转速和工作转矩进行调整，对伺服电机的实际温度进行降温，对实际振幅过大进行提醒，从而保证伺服电机在正常工作参数下工作。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、采用了工作参数输入模、中心控制模块、基准参数生成模块、实际参数检测模块和参数比较模块相配合的技术，从而产生对伺服电机实际的工作参数与基准工作参数进行对比以显示伺服电机的工作状态的效果；

2、采用了负载检测模块、温度检测模块、转速检测模块、振幅检测模块和中心控制模块相配合的技术，从而产生对伺服电机的实际负载、实际转速、实际温度和实际振幅进行检测效果；

3、采用了参数反馈模块、中心控制模块、状态调整单元、报警提示模块和温度调节装置相配合的技术，从而产生对伺服电机的实际转矩和实际转速进行调节并在实际温度超出时降温以及实际振幅超出时报警的效果。

附图说明

图1为实施例中一种带有监测功能的伺服电机控制系统的结构框图；

图2为实施例中用于展现工作参数输入模块结构的结构框图；

图3为实施例中用于展现工作参数输入模块结构的结构框图；

图4为实施例中用于展现实际参数检测模块结构的结构框图；

图5为实施例中用于展现中心控制模块连接关系的结构框图。

图中：1、伺服电机；2、控制系统；3、工作参数输入模块；31、工作转矩输入模块；32、最高耐温输入模块；33、工作转速输入模块；34、最大振幅输入模块；4、中心控制模块；41、状态调整单元；42、报警提示模块；43、温度调节装置；44、显示模块；5、基准参数生成模块；51、误差量输入模块；52、警戒值生成模块；6、实际参数检测模块；61、负载检测模块；62、温度检测模块；63、转速检测模块；64、振幅检测模块；7、参数比较模块；8、参数反馈模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例：

一种带有监测功能的伺服电机控制系统2，参照图1，其包括伺服电机1和控制系统2，控制系统2用于控制伺服电机1进行工作，控制系统2包括工作参数输入模块3、中心控制模块4、基准参数生成模块5、实际参数检测模块6、参数比较模块7和参数反馈模块8。通过实际参数检测模块6检测伺服电机1的实际工作参数并与工作参数输入模块3输入的并通过基准参数生成模块5生成的基准参数进行比对，从而能够判断出电机的工作状态是否异常。

参照图1和图2，工作参数输入模块3用于向控制系统2内部输入伺服电机1的工作参数并控制伺服电机1按照工作参数进行工作。其包括工作转矩输入模块31、最高耐温输入模块32、工作转速输入模块33和最大振幅输入模块34。工作转矩输入模块31，用于输入伺服电机1需要提供的工作转矩，通过改变输入伺服电机1的各个模拟量大小来改变转矩的大小。

参照图1和图2，最高耐温输入模块32用于输入伺服电机1能够耐受的最高温度，超出此最高温度，伺服电机1可能会存在烧毁的可能。工作转速输入模块33，用于输入伺服电机1需要达到的工作转速，从而使得伺服电机1通过频率控制保持相应的转速。最大振幅输入模块34，用于输入伺服电机1允许的最大振幅，电机在工作过程中会产生振动，较大的振动会影响联轴器或者轴承的使用寿命。

参照图1和图2，中心控制模块4耦接于工作参数输入模块3以接收工作参数输入模块3输入的工作参数并输出控制信号给伺服电机1以控制伺服电机1根据工作参数进行工作。中心控制模块4优选为plc控制器，中心控制模块4耦接有伺服电机1控制器以对伺服电机1进行位置、力矩和速度控制。

参照图1和图3，基准参数生成模块5耦接于工作参数输入模块3以根据工作参数自动生成伺服电机1的各项基准参数。基准参数生成模块5包括误差量输入模块51和警戒值生成模块52，误差量输入模块51用于将允许的误差范围输入控制系统2中从而便于计算基准参数；警戒值生成模块52用于根据工作参数和误差量计算出报警的警戒值，即作为比较的基准参数。

参照图1和图3，通过误差量输入模块51输入允许的误差范围，并通过计算，计算出工作转速的最低值、工作转矩的警戒值、最高温度的警戒值和最大振幅的警戒值并将各项基准参数输入给参数比较模块7，从而为参数比较模块7提供一个比较的基准。

参照图1和图4，实际参数检测模块6用于检测电机输出状态的实际参数，从而判定伺服电视的实际工作状态。实际参数检测模块6包括负载检测模块61、温度检测模块62、转速检测模块63和振幅检测模块64。负载检测模块61具体为表压传感器，固定在伺服电机1的输出轴上，用于通过电机驱动时收到的压力，检测伺服电机1在工作时实际负载。温度检测模块62具体为热电偶，螺纹连接在伺服电机1内部，用于检测伺服电机1在工作时的实际温度。转速检测模块63具体为旋转编码器，固定在伺服电机1的输出轴上，用于检测伺服电机1在工作时的实际转速。振幅检测模块64具体为振动传感器，固定在伺服电机1底端的支架上，用于检测伺服电机1在工作时的实际振幅。

参照图1，参数比较模块7为plc内部的比较器，参数比较模块7耦接于基准参数生成模块5和实际参数比较模块7以将实际参数检测模块6检测所得实际参数与基准参数生成模块5生成的基准参数从而一对一进行比较。从而判定实际负载是否超出工作转矩的警戒值，实际温度是否超过最高温度的警戒值，实际转速是否达到工作转速以及实际振幅是否超过最大振幅的警戒值比较并输出结果给参数反馈模块8。

参照图1，参数反馈模块8耦接于参数比较模块7以接收比较结果并发送信号给中心控制模块4进行调整使得实际参数与基准参数保持一致，从而对伺服电机1进行控制。

参照图5，中心控制模块4耦接有显示模块44，显示模块44具体为触摸式显示屏，以提高显示装置进行显示和输入。显示模块44用于显示工作参数输入模块3输入的参数以及实际参数检测模块6检测所得参数，从而便于操作人直观地看出伺服电机1的工作状态。

参照图1和图5，中心控制模块4耦接有状态调整单元41，调整提示单元耦接于中心控制模块4以接收参数比较模块7输出的比较结果并将比较结果转化成伺服电机1工作状态的增量传输给伺服电机1控制器，从而对伺服电机1的转速和力矩进行调整，使得伺服电机1的转速和力矩能够与输入的工作转矩和工作转速保持一致。

参照图1和图5，中心控制模块4耦接有报警提示模块42，报警提示模块42具体为声光报警器报警提示模块42耦接于中心控制模块4并受控于比较结果以发出声音信号和提示光线，从而在伺服电机1内部的实际温度超过最高温度警戒值以及伺服电机1的实际振幅超过最大振幅的警戒值时提醒操作人员。

参照图1和图5，中心控制模块4耦接有温度调节装置43，温度调节装置43包括散热风扇和半导体制冷器，散热风扇固定在伺服电机1远离输出轴的一端，半导体制冷器贴合固定在伺服电机1的外侧壁上，温度调节装置43耦接于中心控制模块4以在伺服电机1内部的实际温度超过最高温度的警戒值时启动，从而对伺服电机1进行降温。

一种应用于上述的带有监测功能的伺服电机控制系统的控制方法，包括下列步骤：

s100，通过工作参数输入模块3向控制系统2内部输入伺服电机1的工作参数，工作参数包括工作转矩、最高温度、工作转速和最大振幅。

s200，中心控制模块4将工作参数转化为工作信号输出给伺服电机1控制器，伺服电机1控制器通过控制pwm的振幅和频率等因素对伺服电机1的工作状态进行调整。

s300，基准参数生成模块5根据工作参数输入模块3输入的工作参数生成便于检测的各项基准参数，基准参数包括工作转矩的警戒值、最高温度的警戒值、工作转速的警戒值和最大振幅的警戒值，并将各基准参数输入参数比较模块7。

s400，实际参数检测模块6对伺服电机1运行时的工作状态的实际参数进行检测，实际参数包括实际转矩、实际温度、实际转速和实际振幅，并将实际参数输入参数比较模块7。

s500，参数比较模块7对实际参数和基准参数进行一一对应比较并将比较结果传输给参数反馈模块8。

s600，参数反馈模块8对比较结果进行处理，从而发送控制信号给中心控制模块4，控制伺服电机1对工作状态进行调整。

步骤s600还包括下列子步骤：

a100，对比较结果进行判断，若伺服电机1实际转速低于工作转速的警戒值，则转a200，若伺服电机1的实际负载高于工作转矩的警戒值，则转a300，若伺服电机1的实际温度高于最高温度的警戒值，则转a400，若伺服电机1的振动幅度高于最大振幅的警戒值，则转a500；

a200，参数反馈模块8发送信号给中心控制模块4，中心控制模块4通过状态调整单元41提高伺服电机1控制器的输出功率从而提高伺服电机1转速，并返回a100；

a300，参数反馈模块8发送信号给中心控制模块4，中心控制模块4通过状态调整单元41提高伺服电机1控制器的各模拟量幅值，从而提高伺服电机1的转矩，并返回a100；

a400，参数反馈模块8发送信号给中心控制模块4，中心控制模块4通过温度调节装置43提高散热风扇转速以及启动半导体制冷器制冷，从而对伺服电机1进行大范围降温，并返回a100；

a500，参数反馈模块8发送信号给中心控制模块4，中心控制模块4通过报警提示模块42从而提示伺服电机1故障，提示操作人员对伺服电机1进行检修，并返回a100。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。