伺服电机的抱闸控制方法与流程

本发明涉及伺服电机的控制技术。

背景技术：

伺服电机驱动器是工业机器人核心部件之一。在大多数伺服电机驱动器的供电方式中都是将控制电和动力电分开，控制电的那一路除需要给所有的弱电回路供电以外，还需要给伺服电机的抱闸供电。图1示出了伺服电机抱闸控制电路的原理图。如图1所示，伺服电机抱闸控制电路包括控制器1、开关管驱动电路2、开关管q、抱闸电磁线圈l及续流二极管d。控制器1的输出端与开关管驱动电路2的输入端连接，开关管驱动电路2的输出端与开关管q的控制端连接，开关管q的第一导通端分别与抱闸电磁线圈l的一端及续流二极管d的正极连接，开关管q的第二导通端接地，抱闸电磁线圈l的另一端及续流二极管d的负极与抱闸开启电压v1连接（抱闸开启电压v1由伺服电机驱动器提供，通常为24v）。当控制器1控制开关管q导通时，电流流过抱闸电磁线圈l，电磁力会控制电机制动器的刹车片动作，进而将伺服电机机械抱死，实现抱闸；当控制器1控制开关管q断开时，电磁线圈l失电，电机制动器的刹车片松开，进而实现关闸。

在现有的抱闸控制方式中，抱闸电磁线圈l在抱闸工作时的工作电压均近似等于抱闸开启电压（开关管q导通时的压降可忽略不计），流过抱闸电磁线圈l的电流较大，能量消耗也较大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种伺服电机的抱闸控制方法，其能够以较低的能耗实现稳定的电机抱闸。

本发明实施例提供了一种伺服电机的抱闸控制方法，包括以下步骤：

控制器控制开关管导通，以使抱闸电磁线圈通电工作，其中，开关管设置于抱闸开启电压向抱闸电磁线圈供电的路径上；

控制器自控制开关管导通之时起经过预设的时间t1后，向开关管输出pwm信号，并调整输出给开关管的pwm信号的占空比，使抱闸电磁线圈的工作电压逐渐减小直至达到预设的维持电压，预设的维持电压小于所述抱闸开启电压。

本发明至少具有以下优点:

1、根据本发明实施例的伺服电机的抱闸控制方法在抱闸的开始阶段以较高的抱闸开启电压向抱闸电磁线圈供电，在抱闸稳定后，通过pwm调压的方式逐渐减小抱闸电磁线圈的供电电压，直至以较低的维持电压向抱闸电磁线圈供电，如此，不仅实现了从抱闸开启电压供电到维持电压供电的稳定过渡，而且使得流过抱闸电磁线圈的维持电流较小，减少了抱闸耗电，加快了抱闸到关闸的响应时间，并且能够在伺服电机驱动器的控制电掉电的情况下，不影响伺服电机驱动器的主芯片丢失电源，防止系统失控；

2、本发明依赖简单的电路结构即可实现，成本低，易于实施。

附图说明

图1示出了伺服电机抱闸控制电路的原理图。

图2和图3分别示出了采用传统的抱闸控制方法和本实施例的抱闸控制方法的抱闸电磁线圈工作于维持状态下的维持电流检测结果。

图4和图5分别示出了使用传统的抱闸控制方法和本实施例的抱闸控制方法的抱闸电磁线圈在工作于关闸阶段时的关闸执行时间检测结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步说明。

请参考图1。根据本发明实施例的一种伺服电机的抱闸控制方法，包括以下步骤：

控制器1控制开关管q导通，以使抱闸电磁线圈l通电工作，其中，开关管q设置于抱闸开启电压v1向抱闸电磁线圈l供电的路径上；

控制器1自控制开关管q导通之时起经过预设的时间t1后，向开关管q输出pwm信号，并调整输出给开关管q的pwm信号的占空比，使抱闸电磁线圈l的工作电压逐渐减小直至达到预设的维持电压，该预设的维持电压小于抱闸开启电压。

可选地，预设的时间t1为5s～10s，该预设的时间t1的大小以使电机制动器达到稳定的抱闸工作状态为宜。

在本实施例中，抱闸开启电压为24v，所述预设的维持电压大于等于16v且小于24v。开关管q为nmos管。控制器1为伺服电机驱动器的控制器，其可以是mcu，但不限于此。

以下结合一具体的应用例对本实施例的伺服电机的抱闸控制方法做具体说明。

控制器1接收到外部的抱闸触发信号后，先向开关管q发送高电平信号，控制开关管q导通，于是，抱闸电磁线圈l获得24v的抱闸开启电压的供电，并通电工作；

控制器1自控制开关管q导通之时起经过5s后，向开关管q输出pwm信号，并调整输出给开关管q的pwm信号的占空比，使抱闸电磁线圈l的工作电压逐渐减小直至达到21v,从而以较低的维持电流实现抱闸工作。

图2和图3分别示出了采用传统的抱闸控制方法和本实施例的抱闸控制方法的抱闸电磁线圈工作于维持状态下的维持电流检测结果。通过比较图2和图3可以看出，以稳定的24v向抱闸电磁线圈供电时，流过抱闸电磁线圈的维持电流为879ma，而以21v的维持电压向抱闸电磁线圈供电时，流过抱闸电磁线圈的维持电流为707ma，能耗明显降低。

进一步地，本发明实施例的伺服电机的抱闸控制方法包括检测抱闸执行时间的步骤，具体包括以下子步骤：

a、伺服电机驱动器带动伺服电机工作时，通过示波器检测伺服电机的u、v、w任何一相的电流波形；

b、向伺服电机驱动器输入执行抱闸指令信号，该执行抱闸指令信号可以是由另一外部设备输出给伺服电机驱动器的触发信号，最好是在伺服电机工作于低速和低扭矩时给到伺服电机驱动器；

c、观察示波器的电流波形，将电流波形发生明显变化的时刻作为抱闸起始时刻，读取伺服电机驱动器接收到抱闸指令信号的时刻与所述抱闸起始时刻之间的时间间隔δt，将所述时间间隔δt与刹车片抱闸面接触时间之和作为抱闸执行时间。其中，刹车片抱闸面接触时间为已知参数，请通常由电机制动器的供应商提供，在本实施例中，刹车片开始接触电机到完全抱死电机的时间可以忽略不计。

图4和图5分别示出了使用传统的抱闸控制方法和本实施例的抱闸控制方法的抱闸电磁线圈在工作于关闸阶段时的关闸执行时间检测结果。图中的em代表传统的抱闸控制方法，图中的ms代表采用本实施例的抱闸控制方法。关闸时，先使伺服电机工作在转矩模式，转矩为200rpm，然后手动给伺服电机驱动器关闸信号，示波器上所显示的关闸电压停止时刻到电机电流开始上升的时刻为关闸过程时间。通过比较可知，采用本实施例的抱闸控制方法的关闸过程时间更短，即关闸响应更快。图4和图5中，上方的通道显示的是抱闸电磁线圈的工作电压波形，中间的通道显示的是抱闸电磁线圈的工作电流波形，下方的通道显示的是伺服电机w相的电流波形。

根据本发明实施例的伺服电机的抱闸控制方法在抱闸的开始阶段以较高的抱闸开启电压向抱闸电磁线圈供电，在抱闸稳定后，通过pwm调压的方式逐渐减小抱闸电磁线圈的供电电压，直至以较低的维持电压向抱闸电磁线圈供电，如此，不仅实现了从抱闸开启电压供电到维持电压供电的稳定过渡，而且使得流过抱闸电磁线圈的维持电流较小，减少了抱闸耗电，加快了抱闸到关闸的响应时间。