一种新型舵机的控制方法及系统与流程

本发明涉及电机控制领域，具体是一种新型舵机的控制方法及系统。

背景技术：

1、舵机伺服系统是武器制导控制中不可或缺的组成部分，它的特性直接影响武器的整体性能。舵机控制系统的中心任务控制舵面按要求快速、精确的偏转保证舵机控制器各项动静态系统正常工作时，舵机控制器接收制导计算机给出的舵面偏转角信号，同时按一定的算法控制舵面偏转，保证舵面在规定的时间内以一定的精度趋近给定偏角。

2、现有技术中，一般基于pid控制方法对舵机中的电机进行控制。但是在武器制导控制中，舵机需要高速响应指令，现有的pid控制方法需要进行数据采样、反馈、计算和调节，且需要再个周期内完成调节，特别是在进行大角度位移时，在响应速度上存在不足。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种新型舵机的控制方法及系统，以解决现有技术中舵机进行大角度位移时，响应速度较慢的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明的一种新型舵机的控制方法，包括步骤：

4、在未接收到舵机偏转指令时，定时对舵机进行干扰测试；

5、在接收到舵机偏转指令时，对所述舵机偏转指令进行解析，得到目标偏转角度；

6、将所述目标偏转角度与预设的偏转角度阈值进行对比，并在所述目标偏转角度大于预设的偏转角度阈值时，基于所述目标偏转角度和预先构建的控制数据库确定目标开环控制信号，其中，所述控制数据库包括多个偏转角度范围以及多个偏转角度范围的开环控制信号；

7、在舵机不存在干扰时，基于所述目标开环控制信号驱动舵机内的电机，并在所述目标开环控制信号的持续时间结束时，对舵机中的电机执行闭环控制，直至电机转动至所述目标偏转角度；

8、在舵机存在干扰时，对舵机中的电机执行闭环控制，直至电机转动至所述目标偏转角度。

9、在本技术一实施例中，所述控制数据库的构建方法包括：

10、s1，构造多个测试信号，其中，不同测试信号的持续时间不同，所述多个测试信号的初始占空比相同；

11、s2，基于当前测试信号多次控制电机，得到电机的多个角位移量，其中，所述当前测试信号为多数多个测试信号中的其中一个；

12、s3，计算多个角位移量的方差，并在所述方差小于预设方差阈值时，提高所述当前测试信号的占空比，并回到步骤s2，直至方差大于或者等于预设方差阈值，得到当前测试信号的最高占空比；

13、s4，计算每个测试信号的最高占空比对应的多个角位移量的平均值和标准差并基于平均值和方差构建多个测试信号的角位移参考范围，所述多个测试信号的角位移参考范围的数学表达式为：其中，t为测试信号的序号，n为调节参数，γ为缓冲角位移量；

14、s5，基于测试信号的多种持续时间、多种持续时间的最高占空比、以及多种持续时间的最高占空比对应的角位移参考范围构建控制数据库。

15、在本技术一实施例中，基于所述目标偏转角度和预先构建的控制数据库确定目标开环控制信号，包括：

16、将所述目标偏转角度与所述控制数据库中的多个角位移参考范围进行对比；

17、在所述目标偏转角度落入至任意一个角位移参考范围时，将对应角位移参考范围的最高占空比和持续时间确定目标开环控制信号的占空比和持续时间。

18、在本技术一实施例中，定时对舵机进行干扰测试，包括：

19、对电机以及电机驱动器进行解耦，其中，所述电机以及电机驱动器通过开关器件耦合；

20、每间隔目标时长，基于测试信号控制电机驱动器，并获取电机驱动器输出的采样电流，其中，所述测试信号为控制所述电机驱动器输出目标值电流的pwm信号；

21、计算采样电流值与目标值的差值，并基于目标时间段中的多个测试时间点的差值计算累计差值，其中，所述目标时间段包括当前时间点以及当前时间点之前固定数量的多个时间点；

22、在所述累计差值大于预设的差值阈值时，判定舵机存在干扰；否则，判定舵机不存在干扰。

23、在本技术一实施例中，对舵机中的电机执行闭环控制，包括：

24、切换至预设控制信号对电机进行控制，并对电机进行电流采样，得到采样电流值；

25、基于所述采样电流值对所述电机执行积分分离的pi控制算法，完成电流环的闭环控制；

26、在完成电流环的闭环控制时，对电机进行转速采样，得到采样转速；

27、基于所述采样转速对所述电机执行pid控制算法，完成速度环的闭环控制；

28、在完成速度环的闭环控制时，对电机进行位置采样，得到采样位置；

29、基于所述采样位置对所述电机执行pid控制算法，完成位置环的闭环控制。

30、在本技术一实施例中，基于所述采样电流值对所述电机执行积分分离的pi控制算法的数学表达式为：

31、

32、ierror(k)＝iref(k)-ifeed(k)

33、式中，pwmout(k)为第k次采样的pwm信号输出值，pwmout(k-1)为第k-1次采样的pwm信号输出值，kp为电流环的比例调节系数，ki为电流环的积分调节系数，ierror(k)为第k次采样的电流误差值，ierror(k-1)为第k-1次采样的电流误差值，iref(k)为闭环控制阶段的电流目标值，ifeed(k)为第k次采样的采样电流值，j为电流误差值的序号，s为调节系数，其中，|ierror(k)|≥e0时，s＝0；|ierror(k)|<e0时，s＝1。

34、在本技术一实施例中，基于所述采样位置对所述电机执行pid控制算法，包括：

35、计算所述采样位置与目标位置的误差值；

36、基于所述误差值与预设的pid参数表选择位置环的比例调节系数、积分调节系数和微分调节系数；

37、基于所述位置环的比例调节系数、积分调节系数和微分调节系数对所述电机执行pid控制算法。

38、在本技术一实施例中，所述电机由直流电源驱动的输出信号驱动，所述直流电源由预设的电机驱动器控制，所述电机驱动器基于控制单元输出的pwm信号控制直流电源的输出信号。

39、在本技术一实施例中，所述控制单元包括一级mcu和二级mcu；

40、所述一级mcu内置于舵机，用于对所述电机执行位置环的闭环调节；

41、所述二级mcu与所述一级mcu连接，并用于对所述电机执行电流环和速度环的闭环调节，所述二级mcu的pwm信号输出端与所述电机驱动器连接。

42、本技术还提供一种新型舵机的控制系统，包括：

43、干扰测试模块，用于在未接收到舵机偏转指令时，定时对舵机进行干扰测试；

44、解析模块，用于在接收到舵机偏转指令时，对所述舵机偏转指令进行解析，得到目标偏转角度；

45、查询模块，用于将所述目标偏转角度与预设的偏转角度阈值进行对比，并在所述目标偏转角度大于预设的偏转角度阈值时，基于所述目标偏转角度和预先构建的控制数据库确定目标开环控制信号，其中，所述控制数据库包括多个偏转角度范围以及多个偏转角度范围的开环控制信号；

46、第一控制模块，用于在舵机不存在干扰时，基于所述目标开环控制信号驱动舵机内的电机，并在所述目标开环控制信号的持续时间结束时，对舵机中的电机执行闭环控制，直至电机转动至所述目标偏转角度；

47、第二控制模块，用于在舵机存在干扰时，对舵机中的电机执行闭环控制，直至电机转动至所述目标偏转角度。

48、本发明的有益效果是：本发明的一种新型舵机的控制方法及系统，在未接收到舵机偏转指令时，定时对舵机进行干扰测试；在接收到舵机偏转指令时，对舵机偏转指令进行解析，得到目标偏转角度；将目标偏转角度与预设的偏转角度阈值进行对比，并在目标偏转角度大于预设的偏转角度阈值时，基于目标偏转角度和预先构建的控制数据库确定目标开环控制信号；在舵机不存在干扰时，基于目标开环控制信号驱动舵机内的电机，并在目标开环控制信号的持续时间结束时，对舵机中的电机执行闭环控制，直至电机转动至目标偏转角度。本技术定时对舵机进行干扰测试，在不存在外部干扰且需要执行大角度偏移时，本技术从控制数据库中找到对应的开环控制信号执行开环控制，在将大部分角度偏移执行后，切换至闭环控制，从而有效增加响应速度，同时不影响控制精度。