伺服系统中伺服电动机的控制方法、装置和伺服系统

摘要

本发明涉及电动机控制技术，尤其涉及一种伺服系统的控制方法、装置和伺服系统，用以实现对伺服系统运行时长的控制。本发明在伺服放大器中设置一个总运行时长门限值，从需要监控伺服系统运行时长的首次启动开始累积总运行时长，并每次启动伺服电动机后，当伺服电动机的运行总时长等于或者大于等于总运行时长门限值，限制伺服电动机被再次启动，直到限制被解除。从而可以实现控制伺服系统运行时长的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及电动机控制技术，尤其涉及一种伺服电动机的控制方法、装置 和伺服系统。

背景技术

伺服电动机(ServoMotor)是指在伺服系统中控制机械设备运转的发动 机，是一种补助电动机间接变速装置。伺服电动机可使控制速度，位置精度控 制非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电动机 转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件， 且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转 换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

在伺服系统的应用场景中，有时需要对伺服系统的运行时长进行控制。

发明内容

本发明实施例提供一种伺服电动机的控制方法、装置以及伺服系统，用以 实现对伺服系统运行时长的控制。

基于此，本发明实施例的一个方面是提供一种伺服系统中伺服电动机的控 制方法，包括：

启动所述伺服电动机之前，判断所述伺服电动机是否被限制再次启动；

当所述伺服电动机被限制再次启动时不启动所述伺服电动机，当所述伺服 电动机未被限制再次启动时启动所述伺服电动机，获取所述伺服系统累计的总 运行时长，并当所述总运行时长大于等于或者大于规定的总运行时长门限值 时，限制所述伺服电动机被再次启动。

在本发明的一个实施例中，所述的总运行时长门限值，是根据规定的验证 规则验证了设定权限后设置的。规定的验证规则有多种，例如在本发明的一个 实施例中，所述的验证规则包括：输入的至少两个参数，满足规定的验证算法。

为了能够根据需要对总运行时长门限值进行多次重新设定，并且提高验证 规则的可靠性，在本发明的一实施例中，所述至少两个输入参数，满足规定的 验证算法包括：在首次设定总运行时长门限值而验证设定权限时，验证首次输 入的所有参数满足规定的验证算法；以及在每次为重新设定总运行时长门限值 而验证设定权限时，验证重新输入的其中至少一个参数和之前输入并保存的其 他参数满足规定的验证算法。在该实施例中，除第一次设置总运行时长门限值 时，需要根据所有首次输入的参数来验证是否满足规定的验证算法，后续只需 要重新其中的至少一个输入的参数，利用重新输入的参数，以及之前输入并保 存的其他参数进行验证，从而使得只有具有设定权限的人员才能获得全部的参 数值，从而保证了验证规则的安全性。

在本发明的一实施例中，每次伺服电动机被限制再次启动后，如果再次根 据规定的验证规则验证了设定权限，则解除所述伺服电动机的启动限制。

考虑到在伺服电动机的应用过程中，有可能出现不需要限制伺服系统运行 时长的情况，在本发明一实施例中所述方法中，利用总运行时长门限值，还可 以指示限制运行时长和不限制运行时长的两种工作模式，例如将总运行时长设 定为无效参数时，将伺服系统设置为不限制总运行时长的工作模式。这时，所 述方法还包括：启动所述伺服电动机之前，判断所述总运行时长门限值是否被 设置为无效参数，当所述总运行时长门限值被设置为无效参数则启动所述伺服 电动机，当所述总运行时长门限值未被设置为无效参数时则进行判断所述伺服 电动机是否被限制再次启动的步骤。从而可以控制伺服电动机工作在不同的两 种模式中，一种是不限制运行时长，另一种是限制运行时长。

进一步的，在本发明的一实施例中，可以采用告警的方式提示系统已经到 到或者超过所设置的运行时长，这时所述方法还包括：当限制所述伺服电动机 再次被启动时进行告警，以及在验证告警解除权限后解除所述告警。

本发明还提供一种伺服电动机的控制装置，包括：

判断单元，用于在启动所述伺服电动机之前，判断所述伺服电动机是否被 限制再次启动；

处理单元，用于当所述伺服电动机被限制再次启动时不启动所述伺服电动 机，当所述伺服电动机被限制再次启动时不启动所述伺服电动机，当所述伺服 电动机未被限制再次启动时启动所述伺服电动机，并获取所述伺服系统累计的 总运行时长，并当所述总运行时长大于等于或者大于规定的总运行时长门限值 时，限制所述伺服电动机被再次启动。

本发明还提供一种伺服系统，包括：

伺服电动机；

伺服放大器，用于在启动所述伺服电动机之前，判断所述伺服电动机是否 被限制再次启动，当所述伺服电动机被限制再次启动时不启动所述伺服电动 机，当所述伺服电动机未被限制再次启动时启动所述伺服电动机，并获取所述 伺服系统累计的总运行时长，并当所述总运行时长大于等于或者大于规定的总 运行时长门限值时，限制所述伺服电动机被再次启动。

采用本发明提供的控制方法，在伺服放大器中设置一个总运行时长门限 值，从需要监控伺服电动机运行时长的首次启动开始累积总运行时长，并当伺 服电动机的运行总时长等于或者大于等于总运行时长门限值，立即停止伺服电 动机并且限制伺服电动机被再次启动，直到限制被解除。从而可以实现控制伺 服电动机运行时长的目的。本发明实施例给出的任何一种实施方式中，所述伺 服系统累计的总运行时长可以为所述伺服电动机的总运行时长，或者所述伺服 系统处于上电状态时的总运行时长。

附图说明

图1a为使用本发明实施例提供的伺服电动机控制方法的伺服系统结构示 意图；

图1b为说明伺服系统运行时长的示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种伺服电动机控制方法流程示意图；

图3为本发明实施例二提供的一种伺服电动机控制方法流程示意图；

图4为本发明实施例三提供的一种伺服电动机控制方法流程示意图；

图5为本发明实施例中首次设定总运行时长门限值的一个具体方法流程示 意图；

图6为本发明实施例中重新设定总运行时长门限值的一个具体方法流程示 意图；

图7为本发明实施例提供的一种伺服电动机控制装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1a所示，为应用实施例提供的伺服电动机控制方法的伺服系统结构 示意图，包括伺服放大器10和伺服电动机20，伺服放大器也被称为伺服驱动 器或者伺服控制器，是用来控制伺服电动机的一种控制器，一般是通过位置、 速度和力矩三种方式对伺服电动机进行控制。伺服放大器10也有可能连接有上 位机30，根据上位机30的控制信号以控制伺服电动机20。伺服系统一般为闭 环控制，伺服放大器10和上位机30根据伺服电动机20的编码器反馈信号， 调整控制参数，以提高控制精度。

上述伺服系统中，有可能需要对伺服系统的运行时间进行控制，例如商家 从厂家购入整套系统，然后以设定的运行时间为租用时间租给终端用户，这时， 当租用时间到期时，终端用户则不再拥有对伺服系统的使用权，如果利用伺服 放大器对伺服电动机在租用时间内的运行时长进行自动控制，则可以方便商家 管理出租的伺服系统。当然这种应用场景仅仅是一种需要进行对伺服系统的运 行时长进行控制的一个示例，其他应用场景不再一一列举。

伺服系统在每一个运行时段中，先对伺服放大器和其他控制元件上电，伺 服放大器上电后，根据设定的运行模式或者控制信号，控制伺服电动机运行， 然后在运行结束时先控制伺服电动机停止运行，然后系统掉电。因此在伺服系 统中，伺服系统的上电时间一般早于伺服电动机开始运行的时间，相应的伺服 电动机停止运行的时间早于伺服放大器的掉电时间。例如图1b中，在多个运 行时段中，如果伺服系统的上电时间分别为t₁₁、t₁₂……t_1n，掉电时间分别为t₂₁、 t₂₂……t_2n，则相应伺服电动机的启动时间分别为s₁₁、s₁₂……s_1n，伺服电动机的 停止之间分别为s₂₁、s₂₂……s_2n。根据不同的控制要求，本发明实施例中需要控 制的伺服系统运行时长可以是对伺服系统处于上电状态时的总运行时长T进行 累计，即T₁、T₂……T_n的累计值。也可以是对伺服电动机运行时间进行累计的 总运行时长S，即图1b中所示的S₁、S₂……S_n的累计值。当然，需要控制的伺 服系统运行时间也可以是根据用户需求定义的其他时间，本发明并不进行限 制。

本发明实施例中，运行时长的累计，可以利用一个和伺服放大器同时钟信 号的计数器实现，例如累计伺服系统处于上电状态时的总运行时长T时，计数 器和伺服系统同步上电和掉电时，每次上电时自动触发，在上次的累计的基础 上继续开始累计，掉电时停止累计，伺服放大器查询计数器累计的数值即可获 知累计的运行时长。如果累计时间为伺服电动机的运行时长S，则伺服放大器 在启动伺服电动机时触发计数器，在停止伺服电动机时控制计数器停止计时即 可。利用计数器累计运行时长，是本领域的常用技术，本领域技术人员可以根 据上述公开的内容方便实现。

下面的实施例中，将详细说明为满足上述需求而提供了一种伺服电动机的 控制方法，在伺服放大器中设置一个总运行时长门限值，从需要监控伺服系统 运行时长的首次运行开始时间累积总运行时长，累计每一个运行时间段的运行 时长。并在累计过程中，发现运行总时长等于或者大于等于总运行时长门限值 时，限制伺服电动机被再次启动，直到启动限制被解除。本发明实施例提供的 伺服电动机的控制方法，可以适用于任何如图1所示的伺服系统中，利用伺服 放大器10控制伺服电动机20的运行时长，在可以使用的各类伺服系统中，伺 服放大器10有时连接有上位机30，有时候不需要连接上位机30。伺服放大器 可能根据规定的程序启动伺服电动机，也可能根据设定的检测信号启动伺服电 动机，还也可能根据启动指令启动伺服电动机，当发现伺服电动机的启动被限 制后，则可以根据预先设定的控制流程马上停止伺服电动机，也可以在本次运 行结束后停止伺服电动机。下面的实施例中，以接收到启动指令为例进行详细 说明，启动指令可能来自上位机，也可能是终端用户直接在伺服放大器的操作 面板上输入的。

下面通过实施例并结合附图详细说明本发明提供的伺服电动机控制技术。

实施例一

如图2所示，本发明实施例提供的伺服电动机的控制方法，用于监控伺服 电动机的运行时长，伺服放大器在每次接收伺服电动机的启动指令后执行如下 步骤：

步骤201、接收伺服电动机的启动指令；

步骤202、判断伺服电动机是否被限制再次启动，如果是则执行步骤208 (不执行启动指令，即不启动伺服电动机)；否则执行如下步骤203～207；

如果伺服系统累计的总运行时长在上次运行时已经到达或者超过设置的 总运行时长，则在步骤207中，伺服电动机在上次运行过程中已经被限制再次 启动。

如何标识伺服电动机是否被限制再次启动，对于本领域技术人员来说可以 采用各种方式实现，例如可以利用一个专用存储空间设定一个标志位，该标志 位可以是一个特定值，当伺服电动机被限制再次启动时，在该专用存储空间中 存储一个特定值，当解除限制再次启动时，将该存储空间清零。则在每次启动 后，根据该专用存储空间中存储的数值，就可以判断伺服电动机是否被限制再 次启动。本领域技术人员可以采用的方式还有很多，这里不再一一列举。

步骤203、执行启动指令；

这里所说的执行启动指令，即启动伺服电动机并根据预先规定的运行程 序，或者根据上位机的控制信号，控制伺服电动机的运行。具体来说，启动伺 服电动机包括接通伺服电动机的电源，检测伺服电动机的反馈信号，监测运行 参数等等操作。

步骤204、获取伺服系统累计的总运行时长；

步骤205、在伺服系统上次运行后更新的总运行时长基础上，继续累计并 更新伺服系统累计的总运行时长；

如前所述，伺服系统累计的总运行时长可以是伺服电动机的总运行时长， 或者伺服系统处于上电状态时的总运行时长。或者根据用户需要定义的其他运 行时长等。

基于伺服系统上次运行后更新的总运行时长，继续累计并更新伺服系统的 总运行时长；

在每次重新设置总运行时长门限值时，将累计的总运行时长清零，如果是 总运行时长门限值被设置后的首次开机，则上次运行后更新的总运行时长为 零。

步骤206、判断累计的总运行时长是否等于或大于规定的总运行时长门限 值，如果是则执行步骤207，否则返回步骤204；

步骤204～206可以根据规定的周期循环执行，直至本次运行结束。

本发明实施例中，可以利用一个计数器累计总运行时长。根据规定的判断 周期，周期性读取计数器的计数值，然后与总运行时长门限值进行比较。

步骤207、限制伺服电动机再次启动。

这里所述的限制伺服电动机再次启动，具体操作可以是设置一个标志位进 行表示。然后，可以根据预先设定的控制策略，控制伺服电动机停机。

步骤208、不执行启动指令。

如果伺服控制器发现伺服电动机已经被限制再次启动，则不执行启动指 令。

根据上述流程，伺服电动机的总运行时长一旦等于或者大于等于规定的运 行时长没门限值，则被限制再次启动，从而达到控制伺服系统运行时长的目的。

在设置总运行时长门限值时，需要对设定权限进行验证，验证规则很多， 例如基于一定的算法，当利用输入的参数可以获得预计的验算结果时，则说明 具备设定权限，从而允许对总运行时长门限值进行设置。

实施例二

在实施例一基础上，还可以在限制伺服电动机被启动后，进行告警并在验 证告警解除权限后，解除告警。

如图3所示，在图2基础上，当伺服电动机被限制再次启动后，增加步骤 301～303，其中：步骤301进行告警，告警方式很多，例如采用信号灯闪烁的 方式，或者采用蜂鸣器告警。如果需要解除告警，则执行步骤302～303，验证 告警解除权限，然后解除告警，验证告警解除权限的方法很多，例如利用单独 的验证规则进行验证等。

实施例三

在实施例一或者实施例二的基础上，如果不需要限制伺服电动机的运行时 长，则可以将总运行时长门限值设置为一个无效参数，无效参数例如0，这样 伺服控制器每次接收到伺服电动机的启动指令时，先判断总运行时长门限值是 否被设置为无效参数，如果是则直接执行启动指令，否则再判断伺服电动机是 否被限制再次启动。

例如图4所示，在实施例二的基础上，增加步骤401～403既可，其中：

步骤401、获得总运行时长门限值；

步骤402、判断总运行时长门限值是否为无效参数，如果是则直接执行步 骤208，否则执行步骤403；

步骤403、执行启动指令，启动伺服电动机并控制伺服电动机的运行，直 至本次运行结束。

在上述三个实施例中，每次设置总运行时长门限值时，需要根据规定的验 证规则验证是否具有设定权限，且总运行时长门限值被设置后，不允许对其进 行初始化的操作，直至设定权限被验证后才允许被重新设置。每次伺服电动机 被限制再次启动后，也同样需要验证解除权限后才被允许解除限制。

下面以一个具体示例分别说明总运行时长门限值的设置流程以及限制再 次启动的解除流程，在该具体示例中，设定权限的具体验证规则为：两个可输 入参数P_a和P_b的和等于可输入参数P_c。为方便描述，设T_z为总运行时长门限 值。参数P_a、P_b和P_c，以及参数T_z，在伺服系统出厂时，全部初始化为0，但 是设定权限的验证算法，被预先设置到伺服控制器中，开机后，伺服放大器调 用验证算法验证设定权限。

总运行时长门限值的初始具体设置流程如图5所示，包括如下步骤：

步骤501、允许输入参数P_c并接收输入的参数P_c；

步骤502、允许输入参数P_a并接收输入的参数P_a；

步骤503、允许输入参数P_b并接收输入的参数P_b；

步骤504、判断P_a和P_b之和是否等于P_c，如果是，则执行步骤505允许 输入参数T_z并接收输入的参数T_z，否则执行步骤506不允许输入参数T_z。

例如：P_c＝8888，则当P_a＝1234，P_b＝7654时，允许设置参数T_z。

本领域技术人员可以想到，伺服放大器可以利用单片机实现，单片机可以 连接有一个操作面板，如果在伺服放大器上直接进行上述流程，则允许参数输 入时，相应的输入窗口为可输入状态，否则为不可输入状态。在可输入状态下， 参数为在输入窗口中是可见的显示状态，在不可输入状态下，参数值输入窗口 中是不可见的非显示状态。这一流程，也可以利用伺服放大器连接的上位机完 成，上位机通常为一个计算机，在计算机显示时，可以利用规定的输入界面完 成参数输入。

参数T_z一旦被设定，则不允许被初始化，直至下次被再次设置。而且，除 非在设定权限被验证后的重新设置过程中，参数T_z不再显示。

如图6所示，在图5所示流程基础上，再次设置总运行时长门限值的流程 包括如下步骤：

步骤601、允许重新输入参数P_b并接收重新输入的参数P_b；

步骤602、判断之前输入的P_a和重新输入的P_b之和是否等于P_c，如果是， 则执行步骤603，同时执行步骤605，如果否，则执行步骤604；

步骤603、允许重新输入参数T_z并接收重新输入的参数T_z；

步骤604、不允许输入参数T_z。

步骤605、解除因运行时长已经到达而对伺服电动机采取的启动限制。

例如：P_c＝8888，则当P_a＝1234，P_b＝7654时，允许设置参数T_z。

重新设置总运行时长门限值时，根据规定的验证规则，重新输入的参数和 之前输入并保存的参数仍然满足规定的验证规则，即重新输入的P_b没有发生 变化，则可以确定具有设定权限，从而允许重新设置参数T_z，同时，解除对伺 服电动机的启动限制。在重新设置参数P_b的过程中，P_a和P_c始终是不显示的， 从而保证只有具有设定权限的人员才能知道全部的参数值，也保证了验证规则 的安全性。在这一具体示例中，只需要三个参数，就可以方便的实现参数T_z的设置和更改。也可以只需要两个参数，例如P_c和P_a，验证算法为P_c＝P_a。

上述针对伺服电动机的运行时长控制，权限验证规则是预先由生产厂商初 始化设置在伺服控制器中的，购买伺服电动机的商家从生产厂商处获取规定的 规则，根据规定的规则输入参数P_c、P_a和P_b，权限验证通过后，可以将终端 用户租用的时间长度，作为参数T_z设定到伺服控制器中，伺服控制器在伺服电 动机的运行过程中，根据规定的参数T_z控制伺服电动机的运行时长。

上述设定权限的验证规则仅仅是一个示例，输入参数的个数以及如何根据 输入参数获得结果P_c的验证算法也非常多，验证算法可以采用十进制算法，也 可以采用二进制算法。只要验证算法预先设置在伺服控制器中，则伺服放大器 在第一次设置所述总运行时长门限值之前，验证所有首次输入的至少两个参数 是否满足规定的验证算法；以及在每次伺服电动机被限制再次启动后需要重新 设置所述总运行时长门限值之前，验证所述至少两个参数中重新输入的至少一 个参数，和其余之前输入并保存的参数是否满足规定的验证算法。根据不同的 验证算法，需要的输入参数数量不同，具体的验证算法也非常多，这里不再一 一举例。

如图7所示，本发明实施例还提供一种伺服电动机的控制装置，用于伺服 控制器中，控制装置包括：

判断单元701，用于在启动伺服电动机之前，判断伺服电动机是否被限制 再次启动；

处理单元702，用于当伺服电动机被限制再次启动时不启动伺服电动机， 否则启动伺服电动机，获取伺服系统的总运行时长，并当总运行时长大于等于 或者大于规定的总运行时长门限值时，限制伺服电动机再次启动。

根据上述控制装置，可以根据规定的总运行时长门限值，控制伺服系统的 运行时长。

如图7所示，控制装置还可以包括设置单元703，用于根据规定的验证规 则验证了设定权限后，允许设置总运行时长门限值。

其中，设置单元703所使用的验证规则以及在前述内容中已经详细描述， 例如可以输入至少两个参数，只要输入的参数满足规定的验证算法，则确定具 有设定权限。例如一种具体的验证规则可以是在第一次设置总运行时长门限值 之前，设置单元703验证所有首次输入的至少两个参数是否满足规定的验证算 法；以及在每次伺服电动机被限制再次启动后重新设置总运行时长门限值之 前，设置单元703验证至少两个参数中至少一个重新输入的参数，和其余之前 输入并保存的参数是否满足规定的验证算法。

解除伺服电动机的启动限制，也可以由设置单元703完成，则设置单元703 中再次根据规定的验证规则验证了设定权限的同时，可以解除伺服电动机的启 动限制。

较佳的，可以在不需要对伺服系统进行运行时长控制时，将总运行时长门 限值设置为无效参数，则判断单元可以在接收到伺服电动机的启动指令时，判 断总运行时长门限值是否被设置为无效参数；处理单元当总运行时长门限值被 设置为无效参数时执行启动指令，否则再继续判断伺服电动机是否被限制再次 启动。

如图7所示，如果需要进行告警，则伺服电动机控制装置还可以包括告警 控制单元704，用于限制伺服电动机启动后，进行告警控制，例如触发灯光告 警装置或者蜂鸣器等声音告警装置等。告警的解除也可以在验证权限后执行， 例如告警控制单元704可以在验证具有告警解除权限后解除告警，告警解除权 限的验证规则例如前述的密码规则等，密码可以是生产厂商预先设置的并告知 商家，也可以是商家自行设定并输入到伺服放大器中的。

参照图1所示，本发明实施例通过的伺服电动机控制方法可以用于任何一 种伺服系统中，在该伺服系统中伺服放大器控制伺服电动机的运行，如果需要 控制伺服系统的运行时长，则在每次启动伺服电动机之前，先判断伺服电动机 是否被限制再次启动，当伺服电动机被限制再次启动时不启动伺服电动机，否 则启动伺服电动机，获取伺服系统的总运行时长，当总运行时长大于等于或者 大于规定的总运行时长门限值时，控制伺服电动机停机并限制伺服电动机启 动。具体的控制方法，已经在前面进行了详细描述，这里不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、或计算机程 序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件 和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计 算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产 品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和 /或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/ 或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入 式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算 机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一 个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设 备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中 的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个 流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使 得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处 理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个 流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基 本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要 求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

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。