高响应伺服驱动器的制作方法

1.本发明涉及伺服驱动器的技术领域，特别涉及高响应伺服驱动器。


背景技术：

2.伺服驱动器是用于驱动伺服电机运转的驱动设备。在实际工作中，伺服驱动器通常在运转位置、输出转矩和运转角速度这三方面对伺服电机进行控制，从而实现伺服电机的稳定持续运转。现有技术的基于运转位置、输出转矩和运转角速度的控制模式存在响应速度较慢，无法针对伺服电机的实际工作状态进行动态和及时的驱动调整，从而降低伺服电机的位置控制准确性与快速性以及无法保证伺服电机的稳定工作。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的缺陷，本发明提供高响应伺服驱动器，其通过检测与分析伺服电机的实时运转位置信息，确定相应的运转位置偏移量和伺服电机输出的转矩调整量；并根据转矩调整量，生成相应的转速调整指令，以此调整伺服电机的转速；接着再次检测和分析伺服电机的实时运转位置信息，以此确定伺服电机经过转速调整后的二次运转位置偏移量；最后根据二次运转位置偏移量，切换控制伺服电机的开关工作状态，这样能够对伺服电机在运转位置、转矩和转速三个层次进行闭环控制，其以伺服电机的运转位置为基准对伺服电机的转矩和转速进行调整，并在伺服电机的运转位置偏移量过大的情况下，及时地关闭伺服电机，从而提高伺服驱动器对伺服电机驱动控制响应速度和保证伺服电机稳定持续运转。
4.本发明提供一种高响应伺服驱动器，其包括伺服电机位置检测与分析模块、转矩调整量确定模块、转速调整模块和伺服驱动状态切换控制模块，其特征在于：
5.所述伺服电机位置检测与分析模块用于检测与伺服驱动器连接的伺服电机的实时运转位置信息；并根据所述实时运转位置信息，确定伺服电机在工作过程中的运转位置偏移量；
6.所述转矩调整量确定模块用于根据所述运转位置偏移量，确定伺服电机输出的转矩调整量；
7.所述转速调整模块用于根据所述转矩调整量，确定伺服电机的转速调整量，从而生成相应的转速调整指令；
8.所述伺服电机位置检测与分析模块还用于在所述转速调整指令作用于伺服电机后，再次检测伺服电机的实时运转位置信息；并根据再次检测的实时运转位置信息，确定伺服电机经过转速调整后的二次运转位置偏移量；
9.所述伺服驱动状态切换控制模块用于根据所述二次运转位置偏移量，切换控制伺服电机的开关工作状态；
10.进一步，所述伺服电机位置检测与分析模块检测与伺服驱动器连接的伺服电机的实时运转位置信息具体包括：
11.所述伺服电机位置检测与分析模块在伺服电机的一个完整运转周期时间内，检测伺服电机的实时运转位置坐标信息；并根据所述实时运转位置坐标信息，确定伺服电机在所述完整运转周期时间内的实时运转位置连续轨迹；
12.进一步，所述伺服电机位置检测与分析模块根据所述实时运转位置信息，确定伺服电机在工作过程中的运转位置偏移量具体包括：
13.所述伺服电机位置检测与分析模块将所述实时运转位置连续轨迹与预设期望运转位置连续轨迹进行比对，以此确定伺服电机在工作过程中在三维空间上的运转位置偏移量；
14.进一步，所述转矩调整量确定模块根据所述运转位置偏移量，确定伺服电机输出的转矩调整量具体包括：
15.所述转矩调整量确定模块根据所述三维空间上的运转位置偏移量，确定伺服电机输出的转矩上下浮动值；再根据所述转矩上下浮动值，确定伺服电机转矩调整量；
16.进一步，所述转矩调整量确定模块根据所述三维空间上的运转位置偏移量，确定伺服电机输出的转矩上下浮动值；再根据所述转矩上下浮动值，确定伺服电机转矩调整量具体包括：
17.步骤s1，利用下面公式(1)，根据所述三维空间上的运转位置偏移量计算出所述三维空间上的运转位置偏移量投射到与伺服电机输出的转矩所垂直的平面上的平面运转偏移量，
[0018][0019]
在上述公式(1)中，s(t)表示t时刻所述三维空间上的运转位置偏移量投射到与伺服电机输出的转矩所垂直的平面上的平面运转位置偏移量；[x(t),y(t),z(t)]表示t时刻所述三维空间上的运转位置偏移量的三维向量形式；表示伺服电机输出的转矩方向向量；表示t时刻所述三维空间上的运转位置偏移量的三维向量与伺服电机输出的转矩方向向量之间的角度值；| |表示求取向量的模；
[0020]
步骤s2，利用下面公式(2)，根据所述平面运转位置偏移量以及负载的驱动力方向得到伺服电机输出的转矩上下浮动值，
[0021][0022]
在上述公式(2)中，d(t)表示t时刻所述伺服电机输出的转矩上下浮动值；表示在伺服电机输出的转矩垂直的平面上满足与负载的驱动力方向垂直并且指向伺服电机的转轴的单位方向向量；表示t时刻所述三维空间上的运转位置偏移量的三维向量与之间的角度值；
[0023]
若d(t)＝-1，表示t时刻所述伺服电机输出的转矩需要向下浮动；
[0024]
若d(t)＝0，表示t时刻所述伺服电机输出的转矩不需要进行浮动；
[0025]
若d(t)＝1，表示t时刻所述伺服电机输出的转矩需要向上浮动；
[0026]
步骤s3，利用下面公式(3)，根据伺服电机输出的转矩上下浮动值以及负载的驱动力确定伺服电机转矩调整量，
[0027]
δm(t)＝f
×
d(t)
×
s(t)(3)
[0028]
在上述公式(3)中，δm(t)表示在t时刻伺服电机的转矩调整量；f表示伺服电机对负载的驱动力；
[0029]
进一步，所述转速调整模块根据所述转矩调整量，确定伺服电机的转速调整量，从而生成相应的转速调整指令具体包括：
[0030]
所述转速调整模块根据所述转矩调整量，确定伺服电机的转矩调整目标值；并根据伺服电机的输出功率和所述转矩调整目标值，确定伺服电机的转动角速度调整量；再根据所述转动角速度调整量，生成相应的转动角速度调整指令，并将所述转动角速度调整指令发送至伺服电机；
[0031]
进一步，所述伺服电机位置检测与分析模块在所述转速调整指令作用于伺服电机后，再次检测伺服电机的实时运转位置信息具体包括：
[0032]
所述伺服电机位置检测与分析模块在所述转动角速度调整指令作用于伺服电机后，再次检测在伺服电机的一个完整运转周期时间内，检测伺服电机的实时运转位置坐标信息；并根据所述实时运转位置坐标信息，确定伺服电机在所述完整运转周期时间内的实时运转位置连续轨迹；
[0033]
进一步，所述伺服电机位置检测与分析模块根据再次检测的实时运转位置信息，确定伺服电机经过转速调整后的二次运转位置偏移量具体包括：
[0034]
所述伺服电机位置检测与分析模块将再次检测得到的实时运转位置连续轨迹与预设期望运转位置连续轨迹进行比对，以此确定伺服电机经过转速调整后在三维空间上的二次运转位置偏移量；
[0035]
进一步，所述伺服驱动状态切换控制模块根据所述二次运转位置偏移量，切换控制伺服电机的开关工作状态具体包括：
[0036]
所述伺服驱动状态切换控制模块将伺服电机经过转速调整后在三维空间上的二次运转位置偏移量的最大运转位置偏移量与预设偏移量阈值进行比对；若最大运转位置偏移量大于或者等于预设偏移量阈值，则控制伺服电机停止工作；若最大运转位置偏移量小于预设偏移量阈值，则保持伺服电机当前的工作状态不变。
[0037]
相比于现有技术，该高响应伺服驱动器通过检测与分析伺服电机的实时运转位置信息，确定相应的运转位置偏移量和伺服电机输出的转矩调整量；并根据转矩调整量，生成相应的转速调整指令，以此调整伺服电机的转速；接着再次检测和分析伺服电机的实时运转位置信息，以此确定伺服电机经过转速调整后的二次运转位置偏移量；最后根据二次运转位置偏移量，切换控制伺服电机的开关工作状态，这样能够对伺服电机在运转位置、转矩和转速三个层次进行闭环控制，其以伺服电机的运转位置为基准对伺服电机的转矩和转速进行调整，并在伺服电机的运转位置偏移量过大的情况下，及时地关闭伺服电机，从而提高伺服驱动器对伺服电机驱动控制响应速度和保证伺服电机稳定持续运转。
[0038]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变
得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0039]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
[0041]
图1为本发明提供的一种高响应伺服驱动器的结构示意图。
具体实施方式
[0042]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
[0043]
参阅图1，为本发明实施例提供的一种高响应伺服驱动器的结构示意图。该高响应伺服驱动器包括伺服电机位置检测与分析模块、转矩调整量确定模块、转速调整模块和伺服驱动状态切换控制模块；
[0044]
该伺服电机位置检测与分析模块用于检测与伺服驱动器连接的伺服电机的实时运转位置信息；并根据该实时运转位置信息，确定伺服电机在工作过程中的运转位置偏移量；
[0045]
该转矩调整量确定模块用于根据该运转位置偏移量，确定伺服电机输出的转矩调整量；
[0046]
该转速调整模块用于根据该转矩调整量，确定伺服电机的转速调整量，从而生成相应的转速调整指令；
[0047]
该伺服电机位置检测与分析模块还用于在该转速调整指令作用于伺服电机后，再次检测伺服电机的实时运转位置信息；并根据再次检测的实时运转位置信息，确定伺服电机经过转速调整后的二次运转位置偏移量；
[0048]
该伺服驱动状态切换控制模块用于根据该二次运转位置偏移量，切换控制伺服电机的开关工作状态。
[0049]
上述技术方案的有益效果为：该高响应伺服驱动器通过检测与分析伺服电机的实时运转位置信息，确定相应的运转位置偏移量和伺服电机输出的转矩调整量；并根据转矩调整量，生成相应的转速调整指令，以此调整伺服电机的转速；接着再次检测和分析伺服电机的实时运转位置信息，以此确定伺服电机经过转速调整后的二次运转位置偏移量；最后根据二次运转位置偏移量，切换控制伺服电机的开关工作状态，这样能够对伺服电机在运转位置、转矩和转速三个层次进行闭环控制，其以伺服电机的运转位置为基准对伺服电机的转矩和转速进行调整，并在伺服电机的运转位置偏移量过大的情况下，及时地关闭伺服电机，从而提高伺服驱动器对伺服电机驱动控制响应速度和保证伺服电机稳定持续运转。
[0050]
优选地，该伺服电机位置检测与分析模块检测与伺服驱动器连接的伺服电机的实时运转位置信息具体包括：
[0051]
该伺服电机位置检测与分析模块在伺服电机的一个完整运转周期时间内，检测伺服电机的实时运转位置坐标信息；并根据该实时运转位置坐标信息，确定伺服电机在该完整运转周期时间内的实时运转位置连续轨迹。
[0052]
上述技术方案的有益效果为：该伺服电机位置检测与分析模块可包括位置传感器和位置信息处理器。在伺服电机工作过程中，位置传感器能够检测伺服电机在一个完整运转周期时间内的实时运转位置坐标信息，伺服电机在一个完整运转周期时间内的不同时刻处于不同的运转位置，并其随着时间的变化而连续变化。通过记录一个完整运转周期时间内的所有实时运转位置坐标信息，并将其发送至位置信息处理器进行处理，能够得到在该完整运转周期时间内伺服电机的实时运转位置连续轨迹，从而便于后续对伺服电机的运转偏移程度进行准确量化计算。
[0053]
优选地，该伺服电机位置检测与分析模块根据该实时运转位置信息，确定伺服电机在工作过程中的运转位置偏移量具体包括：
[0054]
该伺服电机位置检测与分析模块将该实时运转位置连续轨迹与预设期望运转位置连续轨迹进行比对，以此确定伺服电机在工作过程中在三维空间上的运转位置偏移量。
[0055]
上述技术方案的有益效果为：伺服电机在理想运转过程中对应预设期望运转位置连续轨迹，在实际工作过程中，伺服电机的实时运转位置连续轨迹相对于预设期望运转位置连续轨迹会存在相应的偏移量。通过将上述两个连续轨迹进行比对，以此计算得到对应的三维空间上的运转位置偏移量，从而便于准确计算伺服电机的转矩调整量。
[0056]
优选地，该转矩调整量确定模块根据该运转位置偏移量，确定伺服电机输出的转矩调整量具体包括：
[0057]
该转矩调整量确定模块根据该三维空间上的运转位置偏移量，确定伺服电机输出的转矩上下浮动值；再根据该转矩上下浮动值，确定伺服电机转矩调整量。
[0058]
上述技术方案的有益效果为：伺服电机在三维空间上的运转位置偏移量与伺服电机输出的转矩变化值存在正相关关系，当伺服电机输出的转矩上下浮动值差异越大，伺服电机在三维空间上的运转位置偏移量也越大。根据该转矩上下浮动值，计算确定伺服电动机转矩调整量，这样能够根据转矩调整量调整伺服电动机的输出转矩，从而有效减小伺服电机在三维空间上的运转位置偏移量。
[0059]
优选地，该转矩调整量确定模块根据该三维空间上的运转位置偏移量，确定伺服电机输出的转矩上下浮动值；再根据该转矩上下浮动值，确定伺服电机转矩调整量具体包括：
[0060]
步骤s1，利用下面公式(1)，根据该三维空间上的运转位置偏移量计算出该三维空间上的运转位置偏移量投射到与伺服电机输出的转矩所垂直的平面上的平面运转偏移量，
[0061][0062]
在上述公式(1)中，s(t)表示t时刻该三维空间上的运转位置偏移量投射到与伺服电机输出的转矩所垂直的平面上的平面运转位置偏移量；[x(t),y(t),z(t)]表示t时刻该三维空间上的运转位置偏移量的三维向量形式；表示伺服电机输出的转矩方向向量；
表示t时刻该三维空间上的运转位置偏移量的三维向量与伺服电机输出的转矩方向向量之间的角度值；||表示求取向量的模；
[0063]
步骤s2，利用下面公式(2)，根据该平面运转位置偏移量以及负载的驱动力方向得到伺服电机输出的转矩上下浮动值，
[0064][0065]
在上述公式(2)中，d(t)表示t时刻该伺服电机输出的转矩上下浮动值；表示在伺服电机输出的转矩垂直的平面上满足与负载的驱动力方向垂直并且指向伺服电机的转轴的单位方向向量；表示t时刻该三维空间上的运转位置偏移量的三维向量与之间的角度值；
[0066]
若d(t)＝-1，表示t时刻该伺服电机输出的转矩需要向下浮动；
[0067]
若d(t)＝0，表示t时刻该伺服电机输出的转矩不需要进行浮动；
[0068]
若d(t)＝1，表示t时刻该伺服电机输出的转矩需要向上浮动；
[0069]
步骤s3，利用下面公式(3)，根据伺服电机输出的转矩上下浮动值以及负载的驱动力确定伺服电机转矩调整量，
[0070]
δm(t)＝f
×
d(t)
×
s(t)(3)
[0071]
在上述公式(3)中，δm(t)表示在t时刻伺服电机的转矩调整量；f表示伺服电机对负载的驱动力。
[0072]
上述技术方案的有益效果为：利用上述公式(1)根据三维空间上的运转位置偏移量计算出三维空间上的运转位置偏移量投射到与伺服电机输出的转矩所垂直的平面上的平面运转位置偏移量，进而利用公式(1)得到能实际影响到转矩的位置偏移量；然后利用上述公式(2)根据平面运转位置偏移量以及负载的驱动力方向得到伺服电机输出的转矩上下浮动值，进而知晓当前的位置偏移量具体影响到了伺服电机输出的转矩的浮动方向，进而更好的控制伺服电机输出的转矩后续的调整，保证控制效率；最后利用上述公式(3)根据伺服电机输出的转矩上下浮动值以及负载的驱动力确定伺服电机转矩调整量，进而根据伺服电机转矩调整量对伺服电机进行实时调整，可以保证装置工作的可靠性。
[0073]
优选地，该转速调整模块根据该转矩调整量，确定伺服电机的转速调整量，从而生成相应的转速调整指令具体包括：
[0074]
该转速调整模块根据该转矩调整量，确定伺服电机的转矩调整目标值；并根据伺服电机的输出功率和该转矩调整目标值，确定伺服电机的转动角速度调整量；再根据该转动角速度调整量，生成相应的转动角速度调整指令，并将该转动角速度调整指令发送至伺服电机。
[0075]
上述技术方案的有益效果为：该转速调整模块根据伺服电机当前的输出转矩和该转矩调整量进行相应的加减处理，以此确定伺服电机的转矩调整目标值。当伺服电机的输
出功率固定时，伺服电机的转动角速度与伺服电机的输出转矩呈反比关系，利用上述关系以及根据伺服电机的输出功率和该转矩调整目标值，能够确定伺服电机的转动角速度调整量，以便于后续向伺服电机发送相应的转动角速度调整指令进行准确的转动角速度调整。
[0076]
优选地，该伺服电机位置检测与分析模块在该转速调整指令作用于伺服电机后，再次检测伺服电机的实时运转位置信息具体包括：
[0077]
该伺服电机位置检测与分析模块在该转动角速度调整指令作用于伺服电机后，再次检测在伺服电机的一个完整运转周期时间内，检测伺服电机的实时运转位置坐标信息；并根据该实时运转位置坐标信息，确定伺服电机在该完整运转周期时间内的实时运转位置连续轨迹。
[0078]
上述技术方案的有益效果为：当伺服电机根据该转动角速度调整指令完成转动角速度的调整后，该伺服电机位置检测与分析模块对伺服电机再次进行实时运转位置坐标信息的检测与分析，从而重新确定伺服电机在完整运转周期时间内的实时运转位置连续轨迹，这样能够在完成转动角速度调整的情况重新判断伺服电机运转位置偏移程度。
[0079]
优选地，该伺服电机位置检测与分析模块根据再次检测的实时运转位置信息，确定伺服电机经过转速调整后的二次运转位置偏移量具体包括：
[0080]
该伺服电机位置检测与分析模块将再次检测得到的实时运转位置连续轨迹与预设期望运转位置连续轨迹进行比对，以此确定伺服电机经过转速调整后在三维空间上的二次运转位置偏移量。
[0081]
上述技术方案的有益效果为：将再次检测得到的实时运转位置连续轨迹与预设期望运转位置连续轨迹进行比对，能够确定伺服电机经过转速调整后在三维空间上的二次运转位置偏移量，从而重新确定伺服电机在转速调整后的运转位置偏移量是否有所减小。
[0082]
优选地，该伺服驱动状态切换控制模块根据该二次运转位置偏移量，切换控制伺服电机的开关工作状态具体包括：
[0083]
该伺服驱动状态切换控制模块将伺服电机经过转速调整后在三维空间上的二次运转位置偏移量的最大运转位置偏移量与预设偏移量阈值进行比对；若最大运转位置偏移量大于或者等于预设偏移量阈值，则控制伺服电机停止工作；若最大运转位置偏移量小于预设偏移量阈值，则保持伺服电机当前的工作状态不变。
[0084]
上述技术方案的有益效果为：从经过转速调整后在三维空间上的二次运转位置偏移量中提取得到其中的最大运转位置偏移量，该最大运转位置偏移量是指具有最大位置偏移幅值的偏移量。将该最大运转位置偏移量与预设偏移量阈值进行比对，当最大运转位置偏移量大于或者等于预设偏移量阈值，表明伺服电机当前处于运转不稳定状态，此时需要控制伺服电机停止工作，从而避免伺服电机长时间运转不稳定状态而造成不可逆的损坏；当最大运转位置偏移量小于预设偏移量阈值，表明伺服电机当前处于运转稳定状态，此时保持伺服电机当前的工作状态不变，从而保证伺服电机的正常持续运转。
[0085]
从上述实施例的内容可知，该高响应伺服驱动器通过检测与分析伺服电机的实时运转位置信息，确定相应的运转位置偏移量和伺服电机输出的转矩调整量；并根据转矩调整量，生成相应的转速调整指令，以此调整伺服电机的转速；接着再次检测和分析伺服电机的实时运转位置信息，以此确定伺服电机经过转速调整后的二次运转位置偏移量；最后根据二次运转位置偏移量，切换控制伺服电机的开关工作状态，这样能够对伺服电机在运转
位置、转矩和转速三个层次进行闭环控制，其以伺服电机的运转位置为基准对伺服电机的转矩和转速进行调整，并在伺服电机的运转位置偏移量过大的情况下，及时地关闭伺服电机，从而提高伺服驱动器对伺服电机驱动控制响应速度和保证伺服电机稳定持续运转。
[0086]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。