机电伺服系统的位置控制装置及位置控制方法

摘要

本发明提供了一种机电伺服系统的位置控制装置和位置控制方法，位置控制装置包括旋转变压器、旋变解码电路、位移传感器及变换电路、A/D变换电路以及DSP处理电路，旋转变压器用于检测电机的当前位置；旋变解码电路用于生成电机当前位置的数字编码值；数字编码值用于生成机电作动器的第一位置数字信号；位移传感器用于采集机电作动器的位置数据并生成位置模拟信号；A/D变换电路用于将位置模拟信号转换成第二位置数字信号；DSP处理电路用于采集数字编码值和位置模拟信号。本发明采用基于旋转变压器数字测量的位置控制装置及位置控制方法，提高了伺服系统位置反馈信号的精度，提高了系统的抗干扰能力。

说明书

技术领域

本发明涉及伺服控制技术领域，特别涉及一种机电伺服系统的位 置控制装置及位置控制方法。

背景技术

在伺服控制系统中，位置反馈信号作为系统关键信号，在系统闭 环控制中起着至关重要的作用，其信号的品质直接影响到伺服系统的 性能。

目前伺服系统位置反馈实现方法，采用较多的是位移传感器或电 位计，这种测试方法首先生成的是模拟信号，在伺服系统中，功率电 压高达几十、上百伏，电磁环境恶劣，位置信号易受干扰，信噪比差， 精度相对较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明目的在于提供一种精度高、抗干扰能力强、可靠性高的机 电伺服系统的位置控制装置及位置控制方法。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本发明提供了一种机电伺服系统的位置控制 装置，所述机电伺服系统包括机电作动器以及控制驱动器，所述控制 驱动器控制所述机电作动器动作，所述机电作动器包括电机及传动机 构，其特征在于，所述位置控制装置包括：旋转变压器、旋变解码电 路、位移传感器及变换电路、A/D变换电路以及DSP处理电路，其中， 所述旋转变压器安装在电机的端部，其与所述电机同轴旋转，用于检 测所述电机的当前位置；所述旋变解码电路用于生成所述电机当前位 置的数字编码值，所述数字编码值用于生成机电作动器的第一位置数 字信号；所述位移传感器及变换电路用于采集所述机电作动器的位置 数据并生成位置模拟信号，其中，所述位移传感器安装在所述机电作 动器侧壁，通过所述变换电路输出位置模拟信号；所述A/D变换电路 用于将所述位置模拟信号转换成第二位置数字信号并传送给所述DSP 处理电路；所述DSP处理电路用于采集数字编码值和位置模拟信号。

优选地，所述旋变解码电路生成所述电机当前位置的数字编码值， 所述数字编码值用于生成机电作动器的第一位置数字信号，具体包括： 采集所述电机旋转第一圈内的所述旋转变压器的码值，并将其转换为 0～1之间的圈数，整圈数的初始值结合所述第二位置数字信号确定， 之后所述电机每正向旋转一圈，所述圈数加1，所述电机每反向旋转 一圈，所述圈数减1，所述电机旋转带动所述机电作动器伸缩，从而 根据所述电机旋转的圈数计算所述机电作动器的伸缩量，即获得所述 机电作动器的第一位置数字信号。

优选地，所述位移传感器及变换电路采集所述机电作动器的位置 数据并生成位置模拟信号，具体包括：系统初始化时，多次采集所述 机电作动器的位置数据并生成位置模拟信号，进行滤波后得到所述机 电作动器的位置初始值，所述位置初始值与由所述旋转变压器及所述 旋变解码电路获取的第一位置信号结合进行位置寻零控制。

优选地，所述DSP处理电路根据所述第一位置数字信号和所述第 二位置数字信号确定所述机电作动器的位置，具体包括：根据所述第 一位置数字信号和系统初始化时得到的所述第二位置数字信号及变化 率确定所述机电作动器的位置。

本发明还提供了一种使用上述机电伺服系统的位置控制装置进行 位置控制的方法，包括：所述旋转变压器与所述电机同轴旋转，检测 所述电机的当前位置；所述旋变解码电路生成所述电机当前位置的数 字编码值，所述数字编码值用于生成机电作动器的第一位置数字信号； 所述DSP处理电路至少根据所述第一位置数字信号确定所述机电作动 器的位置。

优选地，所述旋变解码电路生成所述电机当前位置的数字编码值， 所述数字编码值用于生成机电作动器的第一位置数字信号，具体包括： 采集所述电机旋转第一圈内的所述旋转变压器的码值，并将其转换为 0～1之间的圈数，整圈数的初始值结合所述第二位置数字信号确定， 之后所述电机每正向旋转一圈，所述圈数加1，所述电机每反向旋转 一圈，所述圈数减1，所述电机旋转带动所述机电作动器伸缩，从而 根据所述电机旋转的圈数计算所述机电作动器的伸缩量，即获得所述 机电作动器的第一位置数字信号。

优选地，还包括：所述位移传感器及变换电路采集所述机电作动 器的位置数据并生成位置模拟信号；所述A/D变换电路将所述位置模 拟信号转换成第二位置数字信号并传送给所述DSP处理电路；所述 DSP处理电路根据所述第一位置数字信号和所述第二位置数字信号确 定所述机电作动器的位置。

优选地，所述位移传感器及变换电路采集所述机电作动器的位置 数据并生成位置模拟信号，具体包括：系统初始化时，采集N次所述 机电作动器的位置数据并生成位置模拟信号，进行滤波后得到所述机 电作动器的位置初始值，并将所述位置初始值提供给所述A/D变换电 路，所述位置初始值与由所述旋转变压器及所述旋变解码电路获取的 第一位置信号结合进行位置寻零控制。

优选地，所述DSP处理电路根据所述第一位置数字信号和所述第 二位置数字信号确定所述机电作动器的位置，具体包括：根据所述第 一位置数字信号和系统初始化时得到的所述第二位置数字信号以及变 化率确定所述机电作动器的位置。

(三)有益效果

本发明采用基于旋转变压器数字测量的机电伺服系统的位置控制 装置及位置控制方法，提高了伺服系统位置反馈信号的精度，提高了 系统的抗干扰能力。

附图说明

下面参照附图并结合实例来进一步描述本发明。其中：

图1示出了本发明的机电伺服系统的位置控制装置的结构示意 图；

图2示出了本发明的伺服系统的位置控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细 描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，根据本发明提供了一种机电伺服系统的位置控制装 置。

其中，所述机电伺服系统包括机电作动器以及控制驱动器，控制 驱动器控制机电作动器动作，机电作动器包括电机及传动机构，传动 机构包括齿轮减速器、滚珠丝杆以及伸缩机构。具体使用时，控制驱 动器发出控制信号驱动电机旋转，电机通过齿轮减速器、滚珠丝杆将 旋转运动变为直线运动，带动伸缩机构进行伸缩运动。

根据本发明提供的实施例，所述位置控制装置包括：旋转变压器、 旋变解码电路、位移传感器及变换电路、A/D变换电路以及DSP处理 电路。

其中，所述旋转变压器安装在所述电机的端部，其与所述电机同 轴旋转，用于检测所述电机的当前位置。

其中，所述旋变解码电路用于生成所述电机当前位置的数字编码 值，所述数字编码值用于生成机电作动器的第一位置数字信号。

其中，所述位移传感器及变换电路用于采集所述机电作动器的位 置数据并生成位置模拟信号，其中，所述位移传感器安装在所述机电 作动器侧壁，通过所述变换电路输出位置模拟信号。

其中，所述A/D变换电路用于将所述位置模拟信号转换成第二位 置数字信号并传送给所述DSP处理电路。

其中，所述DSP处理电路用于采集数字编码值和位置模拟信号。

根据本发明提供的实施例，所述旋变解码电路生成所述电机当前 位置的数字编码值，所述数字编码值用于生成机电作动器的第一位置 数字信号，具体包括：

采集所述电机旋转第一圈内的所述旋转变压器的码值，并将其转 换为0～1之间的圈数，整圈数的初始值结合所述第二位置数字信号确 定，之后所述电机每正向旋转一圈，所述圈数加1，所述电机每反向 旋转一圈，所述圈数减1，所述电机旋转带动所述机电作动器伸缩， 从而根据所述电机旋转的圈数计算所述机电作动器的伸缩量，即获得 所述机电作动器的第一位置数字信号。

根据本发明提供的实施例，通过所述旋转变压器及解码电路采集 所述电机旋转第一圈内的位置数据，所述旋转变压器解码电路精度例 如为14位，所述伺服系统初始化时所述伺服驱动器采集所述旋转变压 器的码值，即得到一个0～16383之间的任意值，该值可转换为0～1之 间的圈数，之后随着指令所述电机进行旋转，所述电机每旋转一圈， 所述旋转变压器圈数加/减1，所述电机旋转带动所述机电作动器伸缩， 可由所述电机的旋转量计算出所述机电作动器的伸缩量，即可以得到 所述机电作动器的一个位置值。

根据本发明提供的实施例，所述位移传感器及变换电路采集所述 机电作动器的位置数据并生成位置模拟信号，具体包括：

系统初始化时，采集N次所述机电作动器的位置数据并生成位置 模拟信号，进行滤波后得到所述机电作动器的位置初始值，所述位置 初始值与由所述旋转变压器及所述旋变解码电路获取的第一位置信号 结合进行位置寻零控制。

根据本发明提供的实施例，在伺服系统初始化时通过位移传感器 及变换电路采集(例如，可以采集10次)机电作动器的位置数据并生 成位置模拟信号，进行软件滤波后得到所述机电作动器的位置初始值。

根据本发明提供的实施例，所述DSP处理电路根据所述第一位置 数字信号和系统初始化时得到的所述第二位置数字信号确定所述机电 作动器的位置，具体包括：

根据所述第一位置数字信号和所述第二位置数字信号及变化率确 定所述机电作动器的位置。

即，将前述得到的所述机电作动器的一个位置值减去所述伺服系 统初始化时得到的所述机电作动器的位置初始值，作为最终的位置反 馈值进行位置闭环控制。

根据本发明提供的实施例，所述位移传感器及变换电路可以由所 述伺服驱动器提供±10V电源，所述机电作动器全行程可以对应±10V 输出，所述A/D变换电路输入电压范围可以为±10V，精度可以为12 位，所述DSP处理电路可以为TI公司TMS28335，所述旋变解码电路 的精度可以为14位。

如图2所示，本发明还提供了一种使用上述机电伺服系统的位置 控制装置进行位置控制的方法，包括：

所述旋转变压器与所述电机同轴旋转，检测所述电机的当前位置；

所述旋变解码电路生成所述电机当前位置的数字编码值，所述数 字编码值用于生成机电作动器的第一位置数字信号；

所述DSP处理电路至少根据所述第一位置数字信号确定所述机电 作动器的位置。

根据本发明提供的实施例，所述旋变解码电路生成所述电机当前 位置的数字编码值，所述数字编码值用于生成机电作动器的第一位置 数字信号，具体包括：

采集所述电机旋转第一圈内的所述旋转变压器的码值，并将其转 换为0～1之间的圈数，整圈数的初始值结合所述第二位置数字信号确 定，之后所述电机每正向旋转一圈，所述圈数加1，所述电机每反向 旋转一圈，所述圈数减1，所述电机旋转带动所述机电作动器伸缩， 从而根据所述电机旋转的圈数计算所述机电作动器的伸缩量，即获得 所述机电作动器的第一位置数字信号。

根据本发明提供的实施例，还包括：

所述位移传感器及变换电路采集所述机电作动器的位置数据并生 成位置模拟信号；

所述A/D变换电路将所述位置模拟信号转换成第二位置数字信号 并传送给所述DSP处理电路；

所述DSP处理电路根据所述第一位置数字信号和所述第二位置数 字信号确定所述机电作动器的位置。

根据本发明提供的实施例，所述位移传感器及变换电路采集所述 机电作动器的位置数据并生成位置模拟信号，具体包括：

系统初始化时，采集N次所述机电作动器的位置数据并生成位置 模拟信号，进行滤波后得到所述机电作动器的位置初始值，并将所述 位置初始值提供给所述A/D变换电路，所述位置初始值与由所述旋转 变压器及所述旋变解码电路获取的第一位置信号结合进行位置寻零控 制。

根据本发明提供的实施例，所述DSP处理电路根据所述第一位置 数字信号和所述第二位置数字信号确定所述机电作动器的位置，具体 包括：

根据所述第一位置数字信号和系统初始化时得到的所述第二位置 数字信号以及变化率确定所述机电作动器的位置。

本发明采用基于旋转变压器的全行程位置反馈数字测量方法采集 位置数据，提高了伺服系统在恶劣的电磁环境下的抗干扰能力；位置 控制方法采用初始时模拟测量方法与数字测量方法相结合，实现对机 电作动器进行初始位置寻零，提高了伺服系统位置反馈信号的精度， 解决了机电作动器初始不在零位时，绝对式数字测量无法直接测量的 问题；采用旋转变压器数字测量机电作动器位置可以作为采用位移传 感器模拟测量方式的备份，提高了伺服系统的可靠性。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏 的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普 通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明 的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从 而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。