一种电机的驱动方法、系统、装置及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及电机控制领域，特别是涉及一种电机的驱动方法、系统、装置及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.现有技术中对伺服电机进行驱动控制时，通常采用三环控制方案，其中，三环包括电流环、速度环和位置环，具体地，电流环为三环中的最内环，位置环为三环的最外环，速度环为介于电流环和位置环之间的中间环，因此，电流环的带宽大于速度环的带宽，且速度环的带宽大于位置环的带宽，较小的位置控制带宽，导致伺服电机的定位完成时间较长。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种电机的驱动方法、系统、装置及计算机可读存储介质，在一定程度上可以提高新型位置环的带宽，从而可以缩短电机完成定位的时间。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种电机的驱动方法，包括：
5.获取电机的位置反馈参数、速度反馈参数及电流反馈参数；
6.获取目标位置参数及目标速度参数；
7.基于所述目标位置参数及所述位置反馈参数通过位置环计算出第一电流控制参数，并同时基于所述目标速度参数及所述速度反馈参数计算出第二电流控制参数；
8.基于所述第一电流控制参数及所述第二电流控制参数计算出所述电流指令；
9.基于所述电流指令及所述电流反馈参数通过电流环生成控制信号，并基于所述控制信号对所述电机进行控制。
10.优选地，获取目标位置参数及目标速度参数，包括：
11.获取用户输入的目标位置参数；
12.对所述目标位置参数求微分，以得到所述目标速度参数。
13.优选地，获取电机的位置反馈参数、速度反馈参数及电流反馈参数，包括：
14.获取所述电机的位置反馈参数及所述速度反馈参数；
15.对所述位置反馈参数求微分，得到所述速度反馈参数。
16.优选地，基于所述目标位置参数及所述位置反馈参数通过位置环计算出第一电流控制参数，包括：
17.基于所述目标位置参数及所述位置反馈参数通过pi调节生成所述第一电流控制参数。
18.优选地，基于所述目标速度参数及所述速度反馈参数计算出第二电流控制参数，包括：
19.基于所述目标速度参数及所述速度反馈参数通过pi调节生成所述第二电流控制参数。
20.优选地，所述目标位置参数为多个脉冲信号，所述电流指令为脉冲宽度调制pwm信
号。
21.优选地，获取目标位置参数及目标速度参数之后，还包括：
22.对所述目标位置参数求两次微分，得到第三电流控制参数对所述电流环做前馈补偿；
23.基于所述第一电流控制参数及所述第二电流控制参数计算出所述电流指令，包括：
24.基于所述第一电流控制参数、所述第二电流控制参数及所述第三电流控制参数计算出所述电流指令。
25.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电机的驱动系统，包括：
26.第一获取模块，用于获取电机的位置反馈参数、速度反馈参数及电流反馈参数；
27.第二获取模块，用于获取目标位置参数及目标速度参数；
28.闭环调节模块，用于基于所述目标位置参数及所述位置反馈参数通过位置环计算出第一电流控制参数，并同时基于所述目标速度参数及所述速度反馈参数计算出第二电流控制参数；
29.电流指令生成模块，用于基于所述第一电流控制参数及所述第二电流控制参数计算出所述电流指令；
30.控制模块，用于基于所述电流指令及所述电流反馈参数通过所述电流环生成控制信号，并基于所述控制信号对所述电机进行控制。
31.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电机的驱动装置，包括：
32.存储器，用于存储计算机程序；
33.处理器，用于在执行所述计算机程序时实现上述所述电机的驱动方法的步骤。
34.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述的电机的驱动方法的步骤。
35.本技术提供了一种电机的驱动方法、系统、装置及计算机存储介质，在获取到目标位置参数、目标速度参数、位置反馈参数、速度反馈参数及电流反馈参数后，同时基于进行速度环和位置环的计算，以计算出电流指令，然后基于电流指令及电流反馈参数生成控制信号，以实现对电机的控制。本技术中对电机进行控制时，将电流环和位置环同时进行计算，进而在一定程度上可以提高新型位置环的带宽，从而可以缩短电机完成定位的时间。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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。
37.图1为本发明提供的一种电机的驱动方法的流程示意图；
38.图2为现有技术中对电机进行控制的示意图；
39.图3为本发明提供的一种对电机进行控制的示意图；
40.图4为本发明提供的另一种对电机进行控制的传递函数示意图；
41.图5为本发明提供的另一种对电机进行控制的示意图；
42.图6为本发明提供的加入前馈补偿后的示意图；
43.图7为本发明提供的一种电机的驱动系统的结构框图；
44.图8为本发明提供的一种电机的驱动装置的结构框图。
具体实施方式
45.本发明的核心是提供一种电机的驱动方法、系统、装置及计算机可读存储介质，在一定程度上可以提高新型位置环的带宽，从而可以缩短电机完成定位的时间。
46.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。
47.请参照图1，图1为本发明提供的一种电机的驱动方法的流程示意图，该方法包括：
48.s11：获取电机的位置反馈参数、速度反馈参数及电流反馈参数；
49.s12：获取目标位置参数及目标速度参数；
50.s13：基于目标位置参数及位置反馈参数通过位置环计算出第一电流控制参数，并同时基于目标速度参数及速度反馈参数计算出第二电流控制参数；
51.s14：基于第一电流控制参数及第二电流控制参数计算出电流指令；
52.s15：基于电流指令及电流反馈参数通过电流环生成控制信号，并基于控制信号对电机进行控制。
53.请参照图2，图2为现有技术中对电机进行控制的示意图。考虑到现有技术中使用三环控制方案对电机进行控制时，电机完成位置定位的时间较长，对电机的实时控制性不好。
54.为解决上述技术问题，本技术的设计思路为：改变控制电机的方式，以提高控制电机的速率，减少电机的完成定位的时间。
55.请参照图3，图3为本发明提供的一种对电机进行控制的示意图。
56.具体的，环路的带宽和时间呈正相关，电流环的带宽固定时，速度环的带宽约为电流环带宽的1/3.，也即速度环完成的时间约为电流环完成时间的1/3，位置环的带宽约为电流环的1/9，也即位置环的完成时间约为电流环完成时间的1/9，现有技术中的完成定位的总时间为：(1+1/3+1/9)*电流环完成时间。
57.本技术中的可以使位置环和电流环并行运算，使并行计算的位置环和位置环构成一个新型位置环，此时，对应新型位置环所需要的完成时间为1/3电流环完成时间，也即，通过此种方式完成定位的总时间为：(1+1/3)*电流环完成时间，可见，通过本技术中的方式可以减小整个电机完成定位的时间，从而加快电机的定位。
58.具体地，本技术中使用新型位置环进行定位的方式为：基于目标位置参数及位置反馈参数通过位置环计算出第一电流控制参数，同时基于目标速度参数及速度反馈参数计算出第二电流控制参数，将第一电流控制参数和第二电流控制参数叠加计算得到电流指令，并作为新型位置环的输出，此时，电流环再基于电流指令及电流反馈参数进行计算，以生成控制信号对电机进行控制。
59.需要说明的是，本技术中获取目标位置参数和目标速度参数的方式可以是用户直接输入的，考虑到位置和速度之间有微分和积分的关系，具体地，位置是速度的积分，速度是位置的微分。
60.因此，作为一种优选的实施例，也可以是用户输入目标位置参数，对目标位置参数求微分，以得到目标速度参数，然后在分别同时进行位置环和速度环的计算，如图3所示。
61.或，作为一种优选的实施例，用户输入目标速度参数，对目标速度参数求积分，以得到目标位置参数，然后再分别基于位置环和速度环进行计算。
62.使用上述积分或微分的形式进行计算时，与现有技术中三环控制方式的区别为：得到的目标速度参数或目标位置参数的方式不同，一个是用户直接输入的(现有技术)，一个是基于积分或微分求得的，使用此种方式，用户只需要输出目标位置参数或目标速度参数及目标电流参数，两个目标参数即可，节约了用户输入目标参数的时间，进一步减小了电机完成定位的时间。
63.此外，作为一种优选的实施例，获取各反馈参数的方式可以是分别对电机的位置、速度及电流等进行采集，以得到电机的位置反馈参数、速度反馈参数及电流反馈参数。也可以是只采集电机的位置和电流，以得到电机的位置反馈参数和电流反馈参数，然后对位置反馈参数求微分，以得到速度反馈参数，具体可参照图5，图5为本发明提供的另一种对电机进行控制的示意图。
64.当然，获取目标位置参数和目标速度参数的方式、及获取各反馈参数的方式不限于上述举例，本技术在此不做特别的限定。
65.综上，通过本技术提供的电机的驱动方法可以在一定程度上可以提高新型位置环的带宽，从而可以缩短电机完成定位的时间。
66.在上述实施例的基础上：
67.作为一种优选的实施例，基于目标位置参数及位置反馈参数通过位置环计算出第一电流控制参数，包括：
68.基于目标位置参数及位置反馈参数通过pi调节生成第一电流控制参数。
69.本实施例旨在提供一种位置环的具体调节方式，具体地，位置环中使用pi调节，以对电机的位置进行闭环控制，使其稳定在与目标位置参数对应的位置。其中，pi调节的稳定性较好，可以实现对电机的良好控制。
70.当然，位置环的具体调节方式不限于上述举例，也可以是pid调节等，本技术在此不做特别的限定。
71.作为一种优选的实施例，基于目标速度参数及速度反馈参数计算出第二电流控制参数，包括：
72.基于目标速度参数及速度反馈参数通过pi调节生成第二电流控制参数。
73.本实施例旨在提供一种速度环的具体调节方式，具体地，速度环中使用pi调节，以对电机的速度进行闭环控制，使其稳定在与目标速度参数对应的速度值。其中，pi调节的稳定性较好，可以实现对电机速度的良好控制。
74.当然，速度环的具体实现方式不限于上述举例，也可以是pid调节等，本技术在此不做特别的限定。
75.请参照图4，图4为本发明提供的另一种对电机进行控制的传递函数示意图，在基
于目标位置参数求微分得到目标速度参数，且速度环和位置环为pi调节的基础上，速度环和位置环构成的新型位置环的传递函数可以表示为：
76.其中，kp、ki、kd和ke分别为位置环控制的比例增益、积分增益、微分增益和微分积分增益，s为时域中的复频率。
77.作为一种优选的实施例，目标位置参数为多个脉冲信号。
78.本实施例旨在提供一种目标位置参数的具体实现方式，其中，可以但不限于为多个脉冲信号，例如，脉冲信号中包含1000个脉冲时，可以表示电机需要走1000步。
79.可见，本技术中的目标位置参数为多个脉冲信号时，可以实现对电机的控制，且实现方式简单可靠。
80.当然，目标位置参数的具体实现方式不限于上述举例，也可以是其他的实现方式，本技术在此不做特别的限定。
81.作为一种优选的实施例，电流指令为脉冲宽度调制pwm信号。
82.本实施例旨在提供一种电流指令的具体实现方式，其中，可以但不限于为pwm信号，通过位置环、速度环和电流环的控制生成不同占空比及不同频率的pwm信号，以实现对电机的不同控制。
83.可见，本技术中的电流指令为pwm信号时，可以实现对电机的控制，且实现方式简单可靠。
84.当然，电流指令的具体实现方式不限于上述举例，也可以是其他的实现方式，本技术在此不做特别的限定。
85.作为一种优选的实施例，获取目标位置参数及目标速度参数之后，还包括：
86.对目标位置参数求两次微分，得到第三电流控制参数对电流环做前馈补偿；
87.基于第一电流控制参数及第二电流控制参数计算出电流指令，包括：
88.基于第一电流控制参数、第二电流控制参数及第三电流控制参数计算出电流指令。
89.具体地，本技术还在电流环的前端加入前馈补偿，以提高对电机完成定位的准确性。具体地，前馈补偿量(第三电流控制参数)可以但不限于是对目标位置参数求两次微分得到的。请参照图6，图6为本发明提供的加入前馈补偿后的示意图。图4中对应的传递函数为：
[0090][0091]
由上述公式可见，传递函数的相位延迟为0，幅度增益为1。这也就意味着位置控制的动态和稳态过程，位置反馈参数可以近似无误差地跟随目标位置参数。位置控制加速和减速等加速度变化的过程中，位置随动误差明显缩小，提高了位置控制电机运行过程中的位置控制精度。此外，由于位置控制加速和减速过程随动误差减小，目标位置参数在停机过程中的随动误差也明显减少，最终使得定位完成时间明显缩短。
[0092]
请参照图7，图7为本发明提供的一种电机的驱动系统的结构框图，该系统包括：
[0093]
第一获取模块71，用于获取电机的位置反馈参数、速度反馈参数及电流反馈参数；
[0094]
第二获取模块72，用于获取目标位置参数及目标速度参数；
[0095]
闭环调节模块73，用于基于目标位置参数及位置反馈参数通过位置环计算出第一电流控制参数，并同时基于目标速度参数及速度反馈参数计算出第二电流控制参数；
[0096]
电流指令生成模块74，用于基于第一电流控制参数及第二电流控制参数计算出电流指令；
[0097]
控制模块75，用于基于电流指令及电流反馈参数通过电流环生成控制信号，并基于控制信号对电机进行控制。
[0098]
为解决上述技术问题，本技术还提供了一种电机的驱动系统，对于电机的驱动系统的介绍请参照上述实施例，本技术在此不再赘述。
[0099]
请参照图8，图8为本发明提供的一种电机的驱动装置的结构框图，该装置包括：
[0100]
存储器81，用于存储计算机程序；
[0101]
处理器82，用于在执行计算机程序时实现上述电机的驱动方法的步骤。
[0102]
为解决上述技术问题，本技术还提供了一种电机的驱动装置，对于电机的驱动装置的介绍请参照上述实施例，本技术在此不再赘述。
[0103]
一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的电机的驱动方法的步骤。
[0104]
为解决上述技术问题，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，对于计算机可读存储介质的介绍请参照上述实施例，本技术在此不再赘述。
[0105]
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0106]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0107]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。