本發(fā)明涉及伺服控制技術(shù)，尤其涉及一種伺服系統(tǒng)中的增益參數(shù)調(diào)諧技術(shù)。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有伺服系統(tǒng)中，參數(shù)調(diào)試涉及多個方面的內(nèi)容，雖然最終體現(xiàn)出來的是增益參數(shù)調(diào)諧，但實際調(diào)整時需要考慮負載慣量、機械共振、摩擦力抑制等不同因素，并針對這些因素進行調(diào)諧，如果有要求比較嚴格的場合，還需要考慮增益切換、速度前饋等功能并進行調(diào)諧。

現(xiàn)有技術(shù)中，在進行網(wǎng)絡(luò)伺服系統(tǒng)的增益參數(shù)調(diào)諧時，針對每一個伺服控制器，需要利用USB接口連接伺服控制器和計算機，計算機和伺服控制器之間利用USB接口建立通信，并控制伺服控制器的增益參數(shù)調(diào)諧。在增益參數(shù)調(diào)諧過程中，計算機和伺服控制器之間需要交互大量數(shù)據(jù)和命令，通信線路負荷較大，造成通信延時甚至故障，這都可能導(dǎo)致增益參數(shù)的調(diào)整無法順利完成。即使將增益參數(shù)調(diào)諧功能設(shè)置在上位控制器上，也存在同樣的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種伺服系統(tǒng)和伺服控制器，極大降低了增益參數(shù)調(diào)諧過程中需要利用通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和命令，從而降低了通信網(wǎng)絡(luò)對增益參數(shù)調(diào)諧造成的影響，保證了增益參數(shù)調(diào)諧的順利完成。

為解決上述問題，本發(fā)明的第一個方面提供一種伺服系統(tǒng)，包括上位控制器，連接所述上位控制器的伺服控制器，連接所述伺服控制器的至少一個電機，其中：

所述上位控制器獲得增益調(diào)諧時使用的調(diào)整條件參數(shù)，所述伺服控制器從 所述上位控制器獲得所述調(diào)整條件參數(shù)，并根據(jù)獲得的所述調(diào)整條件參數(shù)對電機的增益參數(shù)進行調(diào)諧。

這樣，將增益參數(shù)調(diào)諧功能配置到是伺服控制器中，極大減少了在上位控制器和伺服控制器之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和命令，從而減少了網(wǎng)絡(luò)負擔，降低了通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對增益參數(shù)調(diào)諧的影響。并且，在系統(tǒng)正常運行時，也可以完成增益參數(shù)的調(diào)諧。

在不同的增益參數(shù)調(diào)諧過程中，所述調(diào)整條件參數(shù)可以包括：對電機第一次進行增益調(diào)諧時的初始調(diào)整條件參數(shù)，或者電機運行過程中需要重新進行增益調(diào)諧時更新的調(diào)整條件參數(shù)。

在一個具體實施例中，伺服控制器可以自行啟動增益參數(shù)的調(diào)諧，例如所述伺服控制器每次獲得到調(diào)整條件參數(shù)時對電機的增益參數(shù)進行調(diào)諧。

在另一個具體實施例中，增益參數(shù)的調(diào)諧由上位控制器利用命令啟動，則所述上位控制器確定需要進行增益參數(shù)調(diào)諧時，向所述伺服控制器發(fā)送調(diào)諧指示；以及所述伺服控制器每次收到所述上位控制器的調(diào)諧指示時，根據(jù)最新獲得的調(diào)整條件參數(shù)對電機的增益參數(shù)進行調(diào)諧。

在上述任何一種實施例中，所述伺服控制器還可以將增益參數(shù)調(diào)諧結(jié)果發(fā)送給上位控制器。

本發(fā)明的另一個方面是提供一種伺服控制器，包括：

參數(shù)獲得模塊，用于從上位控制器獲得增益調(diào)諧時使用的調(diào)整條件參數(shù)；

調(diào)諧控制模塊，用于根據(jù)獲得的調(diào)整條件參數(shù)對電機的增益參數(shù)進行調(diào)諧。

在伺服控制器自行啟動增益參數(shù)的調(diào)節(jié)時，所述調(diào)諧控制模塊用于在所述參數(shù)獲得模塊每次獲得到所述調(diào)整條件參數(shù)時對電機的增益參數(shù)進行調(diào)諧。

如果增益參數(shù)調(diào)諧由上位控制器觸發(fā)，則伺服控制器還包括：

命令接收模塊，用于接收所述上位控制器在確定需要進行增益參數(shù)調(diào)諧時發(fā)送的調(diào)諧指示；以及所述調(diào)諧控制模塊用于在所述命令接收模塊每次接收到所述上位控制器的調(diào)諧指示時，根據(jù)所述參數(shù)獲得模塊最新獲得的調(diào)整條件參 數(shù)對電機的增益參數(shù)進行調(diào)諧。

如果需要將增益參數(shù)調(diào)諧結(jié)果發(fā)送給上位控制器，則伺服控制器還可以包括：結(jié)果發(fā)送模塊，用于將增益參數(shù)調(diào)諧結(jié)果發(fā)送給所述上位控制器。

本發(fā)明實施例針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，將增益參數(shù)調(diào)整功能配置到伺服控制器中，并且由上位控制器將調(diào)整條件參數(shù)發(fā)送給伺服控制器，由伺服控制器根據(jù)調(diào)整條件參數(shù)進行增益參數(shù)的調(diào)諧，這樣，伺服控制器既可以在系統(tǒng)停機狀態(tài)單獨啟動所控制的電機進行增益參數(shù)的調(diào)諧，也可以在系統(tǒng)運行過程中進行增益參數(shù)的調(diào)諧。而且，上位控制器根據(jù)伺服控制器上報的運行參數(shù)，確定需要重新進行增益參數(shù)調(diào)諧時，也可以隨時指示伺服控制再次進行增益參數(shù)的調(diào)諧，或者在需要更新調(diào)整條件參數(shù)時，及時將更新后的調(diào)整條件參數(shù)發(fā)送給伺服控制器，使得伺服控制器根據(jù)更新后的調(diào)整條件參數(shù)及時進行增益參數(shù)的調(diào)諧。在本發(fā)明實施例提供的增益參數(shù)調(diào)諧技術(shù)中，增益參數(shù)調(diào)諧由伺服控制器控制，在上位控制器和伺服控制器之間，針對增益參數(shù)的調(diào)諧所要交換的數(shù)據(jù)和命令也大為降低，增益參數(shù)調(diào)諧過程幾乎不會對通信網(wǎng)絡(luò)造成任何影響，因此即使在不停機的情況下進行增益參數(shù)的調(diào)諧，也不會對整個伺服系統(tǒng)的正常運行造成任何影響。

附圖說明

圖1為應(yīng)用現(xiàn)有增益參數(shù)調(diào)諧技術(shù)的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2應(yīng)用本發(fā)明實施例中提供的增益參數(shù)調(diào)諧技術(shù)的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種增益參數(shù)調(diào)諧流程示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的另一種增益參數(shù)調(diào)諧流程示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種伺服控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

一般伺服系統(tǒng)都具有三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式和位置 控制方式。轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如10V對應(yīng)5Nm的話，當外部模擬量設(shè)定為5V時電機軸輸出為2.5Nm，如果電機軸負載低于2.5Nm時電機正轉(zhuǎn)，外部負載等于2.5Nm時電機不轉(zhuǎn)，大于2.5Nm時電機反轉(zhuǎn)(通常在有重力負載情況下產(chǎn)生)。位置控制方式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度，也有些伺服系統(tǒng)可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。速度控制方式通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉(zhuǎn)動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度控制方式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置控制方式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉(zhuǎn)速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加整個系統(tǒng)的定位精度。

并且針對伺服電機一般分為3個環(huán)控制，所謂3環(huán)就是3個閉環(huán)負反饋PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。最內(nèi)的PID環(huán)就是電流環(huán)，此環(huán)完全在伺服驅(qū)動器內(nèi)部進行，通過霍爾裝置檢測驅(qū)動器給電機的各相的輸出電流，負反饋給電流的設(shè)定進行PID調(diào)節(jié)，從而達到輸出電流盡量接近等于設(shè)定電流，電流環(huán)就是控制電機轉(zhuǎn)矩的，所以在轉(zhuǎn)矩模式下驅(qū)動器的運算最小，動態(tài)響應(yīng)最快。第2環(huán)是速度環(huán)，通過檢測的電機編碼器的信號來進行負反饋PID調(diào)節(jié)，它的環(huán)內(nèi)PID輸出直接就是電流環(huán)的設(shè)定，所以速度環(huán)控制時就包含了速度環(huán)和電流環(huán)，換句話說任何模式都必須使用電流環(huán)，電流環(huán)是控制的根本，在速度和位置控制的同時系統(tǒng)實際也在進行電流(轉(zhuǎn)矩)的控制以達到對速度和位置的相應(yīng)控制。第3環(huán)是最外環(huán)的位置環(huán)，可以在驅(qū)動器和電機編碼器間構(gòu)建也可以在外部控制器和電機編碼器或最終負載間構(gòu)建，要根據(jù)實際情況來定。由于位置控制環(huán)內(nèi)部輸出就是速度環(huán)的設(shè)定，位置控制模式下系統(tǒng)進行了所有3個環(huán)的運算，此時的系統(tǒng) 運算量最大，動態(tài)響應(yīng)速度也最慢。

在電機運行過程中，根據(jù)電機負載在運動中慣量的變化來自動調(diào)整增益。達到慣量改變，負載大小改變，但性能不變的效果。由于影響電機性能的因素很多，這就需要在電機運行前以及運行過程中，及時根據(jù)電機的性能進行增益參數(shù)的調(diào)諧。

如圖1所示的伺服系統(tǒng)包括上位控制器10，上位控制器10可以連接一個或者多個伺服控制器，例如圖1所示的3個伺服控制器(21，22，23)，每一個伺服控制器控制至少一個電機的運行?，F(xiàn)有技術(shù)在進行伺服系統(tǒng)的增益參數(shù)調(diào)諧時，針對每一個伺服控制器，需要在系統(tǒng)現(xiàn)場利用USB接口連接伺服控制器和控制增益調(diào)諧的計算機，計算機和伺服控制器之間利用USB接口建立通信，并控制伺服控制器的增益參數(shù)調(diào)諧?？刂圃鲆嬲{(diào)諧的計算機例如圖1所示的便攜式筆記本電腦30，其中設(shè)置有控制增益參數(shù)調(diào)諧的功能，以及進行增益參數(shù)調(diào)諧時使用的調(diào)整條件參數(shù)。這就需要在增益參數(shù)調(diào)諧前將伺服系統(tǒng)停機，然后分別連接并啟動各個伺服控制器進行增益參數(shù)調(diào)諧。例如圖1所示，便攜式筆記本電腦30通過USB接口連接伺服控制器22，啟動伺服控制器22進行增益參數(shù)調(diào)諧，增益調(diào)諧的控制功能和調(diào)整條件參數(shù)位于便攜式筆記本電腦30上，增益調(diào)諧過程中，伺服控制器22控制電機運行并將電機的運行參數(shù)反饋給便攜式筆記本電腦30，便攜式筆記本電腦30根據(jù)調(diào)整條件參數(shù)和電機的運行參數(shù)調(diào)整相關(guān)增益參數(shù)再發(fā)送給伺服控制器22，每一個增益參數(shù)的調(diào)諧可能需要多次調(diào)整才能結(jié)束。因此參數(shù)調(diào)諧過程中，便攜式筆記本電腦30和伺服控制器22之間需要交互大量的數(shù)據(jù)和命令，例如在其中一次調(diào)諧過程中，伺服控制器22要向便攜式筆記本電腦30反饋速度、扭矩、位置或者振動量等運行參數(shù)，便攜式筆記本電腦30根據(jù)反饋的運行參數(shù)向伺服控制器發(fā)送增益調(diào)諧開始命令、增益參數(shù)變更命令、調(diào)諧結(jié)束命令等等。如果將增益調(diào)諧功能配置在上位控制器中，增益調(diào)諧過程中同樣需要通過通信網(wǎng)絡(luò)交互大量的數(shù)據(jù)和命令，現(xiàn)有伺服系統(tǒng)中通常采用串行通信技術(shù)，大量的數(shù)據(jù)和命令將導(dǎo)致網(wǎng) 絡(luò)負荷增大，通信命令處理周期加大，并且極易發(fā)生通信異常，從而無法正常進行增益參數(shù)的調(diào)諧。加之在控制其中任何一個伺服控制器22進行增益參數(shù)調(diào)諧過程中，上述任何一種方案都必須在系統(tǒng)停機狀態(tài)下進行，也就是說，只要有一個伺服控制器在進行增益參數(shù)調(diào)諧，其他的伺服控制器以及電機都處于停機狀態(tài)，這對系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生了較大影響。

本發(fā)明實施例針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，將增益參數(shù)調(diào)整功能配置到伺服控制器中，并且由上位控制器將調(diào)整條件參數(shù)發(fā)送給伺服控制器，由伺服控制器根據(jù)調(diào)整條件參數(shù)進行增益參數(shù)的調(diào)諧，這樣，伺服控制器既可以在系統(tǒng)停機狀態(tài)單獨啟動所控制的電機進行增益參數(shù)的調(diào)諧，也可以在系統(tǒng)運行過程中進行增益參數(shù)的調(diào)諧。而且，上位控制器根據(jù)伺服控制器上報的運行參數(shù)，確定需要重新進行增益參數(shù)調(diào)諧時，也可以隨時指示伺服控制再次進行增益參數(shù)的調(diào)諧，或者在需要更新調(diào)整條件參數(shù)時，及時將更新后的調(diào)整條件參數(shù)發(fā)送給伺服控制器，使得伺服控制器根據(jù)更新后的調(diào)整條件參數(shù)及時進行增益參數(shù)的調(diào)諧。在本發(fā)明實施例提供的增益參數(shù)調(diào)諧技術(shù)中，增益參數(shù)調(diào)諧由伺服控制器控制，在上位控制器和伺服控制器之間，針對增益參數(shù)的調(diào)諧交換的數(shù)據(jù)和命令也大為降低，不會對通信網(wǎng)絡(luò)造成影響，因此即使在不停機的情況也下進行增益參數(shù)的調(diào)諧，也不會影響整個系統(tǒng)的正常運行。下面以具體實施例并結(jié)合附圖進行詳細說明。

如圖2所示，為應(yīng)用本發(fā)明實施例提供的增益參數(shù)調(diào)諧技術(shù)的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括：上位控制器210，上位控制器210可以連接一個或者多個伺服控制器，例如圖2所示的3個伺服控制器(221，222，223)，每一個伺服控制器中具有增益參數(shù)調(diào)諧功能，并控制至少一個電機的運行，可以根據(jù)上位控制器210發(fā)送的調(diào)整條件參數(shù)，分別針對每一個連接的電機進行增益參數(shù)的調(diào)諧。如圖2所示，可以利用USB接口連接便攜式筆記本電腦230和上位控制器210，通過便攜式筆記本電腦230向上位控制器210寫入調(diào)整條件參數(shù)，當然，調(diào)整條件參數(shù)也可以在上位控制器210的操作界面上直接寫入。下面以幾 個具體的增益參數(shù)調(diào)諧流程為例進行詳細說明。

如圖3所示，為本發(fā)明實施例提供的增益調(diào)諧技術(shù)的一種具體實現(xiàn)流程，包括如下步驟：

步驟301、通過設(shè)置在便攜式筆記本電腦230上的界面，向上位控制器210中寫入初始調(diào)整條件參數(shù)；

步驟301中，上位控制器210也可以具有調(diào)整條件參數(shù)寫入界面，這樣可以不用借用便攜式筆記本電腦230，直接將調(diào)整條件參數(shù)寫入上位控制器210。

在該步驟301中，上位控制器210需要獲得調(diào)整條件參數(shù)，獲得方式很多，例如通過便攜式筆記本電腦230上的界面直接寫入到上位控制器210的特定存儲區(qū)域中，也可以通過設(shè)定的命令傳輸給上位控制器210，也可以由上位控制器210從便攜式筆記本電腦230的特定存儲區(qū)域讀取到本地，這些方式都為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，這里不再一一贅述。

在系統(tǒng)調(diào)試時，需要對增益參數(shù)進行調(diào)諧，第一次調(diào)諧是使用的調(diào)整條件參數(shù)可以稱為初始調(diào)整條件參數(shù)，后續(xù)調(diào)整條件參數(shù)如果有更新，則可以在步驟305中將更新的調(diào)整條件參數(shù)寫入上位控制器210，進一步在步驟306中，上位控制器210將更新的調(diào)整條件參數(shù)寫入伺服控制器221。

步驟302、上位控制器210向伺服控制器221中寫入初始調(diào)整條件參數(shù)；

同樣的，伺服控制器221需要獲得調(diào)整條件參數(shù)，獲得方式很多，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，這里不再一一贅述。

步驟303、伺服控制器221根據(jù)寫入的調(diào)整條件參數(shù)，進行增益參數(shù)調(diào)諧；

在這個具體實施例中，伺服控制器221每次收到調(diào)整條件參數(shù)，便自行啟動增益參數(shù)的調(diào)諧。

步驟304、伺服控制器221將增益參數(shù)調(diào)諧結(jié)果發(fā)送給上位控制器210；

伺服控制器221可以將增益參數(shù)調(diào)諧結(jié)果攜帶在設(shè)定的命令中發(fā)送給上位控制器210，也可以通過寫入到上位控制的特定存儲區(qū)域中。

需要說明的是，步驟304并非必須的步驟，伺服控制器也可以將調(diào)整結(jié)果 保存在本地。

調(diào)整條件參數(shù)包括各個增益參數(shù)的調(diào)整條件以及調(diào)整幅度等參數(shù)，伺服控制器221根據(jù)調(diào)整條件參數(shù)，根據(jù)電機的運行性能對電機的增益參數(shù)進行調(diào)整，直到調(diào)整到目標值，然后將調(diào)整結(jié)果發(fā)送給上位控制器210。

步驟305、當調(diào)整條件參數(shù)有更新時，通過設(shè)置在便攜式筆記本電腦230上的界面，向上位控制器210中寫入更新的調(diào)整條件參數(shù)；

步驟306、上位控制器210向伺服控制器221中寫入更新的調(diào)整條件參數(shù)，轉(zhuǎn)入步驟303重新對增益參數(shù)進行調(diào)諧。

從上述流程可以看出，增益參數(shù)的調(diào)諧由伺服控制器完成，在一次增益參數(shù)調(diào)諧過程中，上位控制器和伺服控制器之間只需要交互兩個命令即可，對網(wǎng)絡(luò)通信幾乎不會產(chǎn)生任何影響，并且當調(diào)整條件參數(shù)有更新時，可以及時寫入伺服控制器并啟動新的增益參數(shù)調(diào)諧流程。調(diào)整條件參數(shù)發(fā)生更新重新進行的增益參數(shù)調(diào)諧，也可以在系統(tǒng)正常運行時進行。伺服控制器在控制電機正常運行的同時，根據(jù)更新的調(diào)整條件參數(shù)進行的調(diào)諧，由于交互的命令和數(shù)據(jù)很少，因此對系統(tǒng)的正常運行幾乎不產(chǎn)生任何影響。

如圖4所示，為本發(fā)明實施例提供的增益調(diào)諧技術(shù)的另一種具體實現(xiàn)流程，和圖3所示具體流程的差別在于步驟302'和步驟306'，增益參數(shù)調(diào)諧的觸發(fā)由上位控制器控制，上位控制器中確定需要進行增益參數(shù)調(diào)諧時，向伺服控制器發(fā)送調(diào)諧指示，伺服控制器接收到調(diào)諧指示時，根據(jù)最新寫入的調(diào)整調(diào)整條件參數(shù)進行調(diào)諧。

這樣即使調(diào)整條件參數(shù)沒有更新，當上位控制器發(fā)現(xiàn)電機的運行性能有所降低時，可以利用調(diào)諧指示控制伺服控制器重新進行一次增益參數(shù)的調(diào)諧。

如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明實施例提供的增益調(diào)諧技術(shù)，伺服控制器可能需要具備如下功能部件：

參數(shù)獲得模塊501，用于接收上位控制器發(fā)送的增益調(diào)諧時使用的調(diào)整條件參數(shù)；

調(diào)諧控制模塊502，用于根據(jù)接收到的調(diào)整條件參數(shù)對電機的增益參數(shù)進行調(diào)諧。

在不同的調(diào)整過程中，調(diào)整條件參數(shù)可能是對電機第一次進行增益調(diào)諧時的初始調(diào)整條件參數(shù)，也可能是電機運行過程中需要重新進行增益調(diào)諧時更新的調(diào)整條件參數(shù)。

在一種具體實施例中，如果是上位控制器觸發(fā)增益參數(shù)的調(diào)節(jié)，則伺服控制器還可以包括：

命令接收模塊503，用于接收上位控制器者確定需要進行增益參數(shù)調(diào)諧時，發(fā)送的調(diào)諧指示；這時，調(diào)諧控制模塊502在命令接收模塊503每次收到上位控制器的調(diào)諧指示時，根據(jù)參數(shù)獲得模塊501最新收到的調(diào)整條件參數(shù)對電機的增益參數(shù)進行調(diào)諧。

在一種具體實施例中，如果需要將增益參數(shù)調(diào)整結(jié)果發(fā)送給上位控制器，則伺服控制器還可以包括：

結(jié)果發(fā)送模塊504，用于將增益參數(shù)調(diào)諧結(jié)果發(fā)送給上位控制器。

本發(fā)明提供的增益參數(shù)調(diào)諧技術(shù)，可以用于所有伺服系統(tǒng)中，每一個上位控制器可以連接一個或者多個伺服控制器，每一個伺服控制器也可以連接一個或者多個電機，針對每個電機的增益參數(shù)調(diào)諧都可以利用圖3或者圖4所示流程進行。

本發(fā)明實施例中，針對某一個增益參數(shù)進行調(diào)諧的具體方式，以及使用到的調(diào)整條件參數(shù)，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的，本申請不再一一贅述。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。