电机旋转角度控制方法、装置及系统

本申请涉及运动控制，更具体的说，是涉及一种电机旋转角度控制方法、装置及系统。

背景技术：

1、在实际应用中，存在着大量的对电机旋转角度的控制任务，该控制任务是指对电机的启动、旋转和停止过程进行控制，使得电机可以恰好旋转到预设的目标角度并停止转动。例如，在利用电机旋转带动电梯上下移动的场景下，通过控制电机在预设时间内的旋转角度，可以令电梯在预设时间停靠在目标位置。

2、通过规划电机的角位移曲线，即表征电机的旋转角度随时间变化的曲线，可以获取到各个控制周期的控制目标，以各个控制目标对电机的旋转过程进行控制，可以实现对电机旋转角度的控制任务。

3、根据分段阶跃的加速度曲线，可以积分得到梯形角速度曲线，进而规划出的比线性函数平滑的角位移曲线，但是，由于该加速度曲线存在着加速度突变点，若根据由分段阶跃的加速度曲线规划出的角位移曲线确定各周期的控制目标，并利用各个控制目标对电机旋转角度进行控制，将会在电机旋转过程中，特别是加速度切换时，产生明显的冲击。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种电机旋转角度控制方法、装置及系统，以降低电机旋转过程中的冲击程度，实现电机旋转角度的控制任务。

2、具体方案如下：

3、第一方面，提供了一种电机旋转角度控制方法，该方法包括：

4、根据预先设置的急动度二阶导函数，配置各个角位移控制周期的目标角位移；

5、以所述角位移控制周期为周期，根据各个所述目标角位移，对目标电机的旋转角度进行周期性的角位移控制，直至所述目标电机的实际角位移达到预设的目标角度；

6、其中，所述急动度二阶导函数是，根据所述目标角度和所述目标电机旋转到所述目标角度所需的预设时间，设置的分段阶跃函数，所述急动度二阶导函数的定义域是0到所述预设时间的闭区间，与所述急动度二阶导函数对应的角速度函数的初始角速度和终止角速度均为零，所述角速度函数在其定义域上的积分值等于所述目标角度。

7、第二方面，提供了一种电机旋转角度控制装置，该装置包括：

8、目标角位移配置单元，用于根据预先设置的急动度二阶导函数，配置各个角位移控制周期的目标角位移，其中，所述急动度二阶导函数是，根据所述目标角度和所述目标电机旋转到所述目标角度所需的预设时间，设置的分段阶跃函数，所述急动度二阶导函数的定义域是0到所述预设时间的闭区间，与所述急动度二阶导函数对应的角速度函数的初始角速度和终止角速度均为零，所述角速度函数在其定义域上的积分值等于所述目标角度；

9、角位移控制单元，用于以所述角位移控制周期为周期，根据各个所述目标角位移，对目标电机的旋转角度进行周期性的角位移控制，直至所述目标电机的实际角位移达到预设的目标角度。

10、第三方面，提供了一种电机旋转角度控制系统，包括相互连接的目标电机、角度观测装置以及上述的电机旋转角度控制设备；

11、所述电机旋转角度控制设备包括：存储器和处理器，所述存储器，用于存储程序，所述处理器，用于执行所述程序，实现上述的电机旋转角度控制方法的各个步骤；

12、所述角度观测装置，用于在所述电机旋转角度控制设备对所述目标电机进行角度控制的过程中，观测并向所述电机旋转角度控制设备输出所述目标电机的实际角位移。

13、借由上述技术方案，本申请在实现对目标电机的旋转角度的控制任务的过程中，采用的是周期性的控制方法，控制目标电机跟随各周期的目标角位移旋转，直至实际角位移达到目标角度。具体的，各周期的目标角位移是根据预先设置的急动度二阶导函数配置的，由于所述急动度二阶导函数是定义域为0到所述预设时间的闭区间的分段阶跃函数，因此通过在其定义域上，对所述急动度二阶导函数进行积分，可以得到不存在突变点的急动度一阶导函数，在对应的定义域上，对所述急动度一阶导函数进行积分，可以得到平滑的急动度曲线，对平滑的急动度曲线进行积分可以得到平滑的加速度曲线，由于不存在加速度突变的情况，相较于分段阶跃的加速度曲线，利用平滑的加速度曲线可以确定出更为平滑的角位移曲线，因此可以降低电机旋转过程中的冲击程度。

14、此外，与所述急动度二阶导函数对应的角速度函数的初始角速度和终止角速度均为零，所述角速度函数在其定义域上的积分值等于所述目标角度，使得根据由所述急动度二阶导函数规划出的各角位移控制周期的目标角位移，对所述目标电机的旋转角度进行控制，可以实现在预设时间处旋转到目标角度，并在旋转到所述目标角度后静止的电机旋转角度控制任务。

技术特征：

1.一种电机旋转角度控制方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预先设置的急动度二阶导函数，配置各个角位移控制周期的目标角位移，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据预先设置的急动度二阶导函数，配置所述角位移控制周期的目标角位移，包括：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据预先设置的急动度二阶导函数，配置所述角位移控制周期的目标角位移，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述急动度二阶导数值以及所述各参数的初始值，均为浮点型变量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在不存在所述角位移控制周期的目标角位移的情况下，该方法还包括：

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述预设时间是根据所述目标角度，和，旋转预设角度的角位移所耗时长确定的时间。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述急动度二阶导函数包括连续的a函数段、b函数段和c函数段，所述a函数段和所述c函数段的定义域的长度相等，所述b函数段的定义域长度至少为零，所述b函数段的函数值为0，所述a函数段和所述c函数段关于所述急动度二阶导函数的定义域的中点所在的纵轴呈轴对称；

9.一种电机旋转角度控制装置，其特征在于，该装置包括：

10.一种电机旋转角度控制系统，其特征在于，包括相互连接的目标电机、角度观测装置以及电机旋转角度控制设备；

技术总结
本申请公开了一种电机旋转角度控制方法、装置及系统，首先根据预先设置的急动度二阶导函数，配置各个角位移控制周期的目标角位移，而后以所述角位移控制周期为周期，根据各个所述目标角位移，对目标电机的旋转角度进行周期性的角位移控制，直至所述目标电机的实际角位移达到预设的目标角度。所述急动度二阶导函数是分段阶跃函数，因此可以在其定义域上积分得到不存在突变点的急动度一阶导函数，进而积分得到平滑的急动度曲线，对平滑的急动度曲线进行积分可以得到平滑的加速度曲线，由于不存在加速度突变的情况，相较于分段阶跃的加速度曲线，利用平滑的加速度曲线可以确定出更为平滑的角位移曲线，从而可以降低电机旋转过程中的冲击程度。

技术研发人员：翟超,郭绍雄
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13