專利名稱：控制力矩的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制領(lǐng)域，特別涉及一種控制力矩的裝置和方法。
背景技術(shù)：
在所有力矩控制領(lǐng)域，對電機實際輸出的波動都有一定的要求。目前比較常用的力矩控制方法主要有兩種方法一是直接控制電流，通過電流與力矩的線性比例關(guān)系間接地控制輸出力矩， 根據(jù)電機力矩系數(shù)和機械傳動關(guān)系，將目標(biāo)力矩折算成所需的電流，直接交給驅(qū)動器，控制 電機按給定值輸出電流。方法二保持以上控制結(jié)構(gòu)不變，在輸出位置并聯(lián)或串聯(lián)阻尼裝置，以達(dá)到控制力 矩紋波范圍的目的，通過設(shè)置阻尼大小，直到力矩紋波滿足要求。在對現(xiàn)有技術(shù)進行分析后，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少具有如下缺點方法一在連續(xù)運動時力矩會受到干擾。在電流不變的情況下，電機轉(zhuǎn)子處于電機 兩個磁極之間不同位置時，輸出力矩會發(fā)生變化，與電機相連的結(jié)構(gòu)會發(fā)生明顯的震動，尤 其是慢速運動時更加明顯。在人感系統(tǒng)中，電機經(jīng)常處于這種緩慢移動的情況，嚴(yán)重影響系 統(tǒng)的使用。方法二只有阻尼達(dá)到一定水平時，才能達(dá)到有效抑制紋波的目的。但是，阻尼的增 加會嚴(yán)重降低系統(tǒng)的響應(yīng)帶寬，在人感系統(tǒng)中表現(xiàn)為系統(tǒng)粘滯，操縱不靈活，無法產(chǎn)生比較 精細(xì)的力感。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供了一種控制力矩的裝置和方法。所述技術(shù)方案如下一種控制力矩的裝置，包括接收模塊、疊加模塊和處理模塊；所述接收模塊，用于接收目標(biāo)力矩，并將所述目標(biāo)力矩轉(zhuǎn)換為力矩電流信號；所述疊加模塊，用于將所述力矩電流信號與補償電流信號疊加；所述處理模塊，用于對疊加后的電流信號進行處理，并將處理后的電流信號作為 輸出電流信號輸出。所述裝置還包括干擾辨識模塊，用于在速度環(huán)模式下，根據(jù)電機的速度與位置和所述輸出電流信 號，得到電流與角位置關(guān)系；還用于在電流環(huán)模式下，根據(jù)電機的速度與位置和所述電流與角位置關(guān)系，得到 對應(yīng)電流，將所述對應(yīng)電流與所述輸出電流信號做差，將得到的差值作為所述補償電流信 號，并輸出所述補償電流信號。所述干擾辨識模塊具體包括接收單元，用于接收電機內(nèi)的速度與位置電子傳感器發(fā)送的速度與位置信息；轉(zhuǎn)換單元，用于將所述速度與位置信息轉(zhuǎn)換為角位置信息；
記錄單元，用于在速度環(huán)模式下，記錄所述角位置信息和所述輸出電流信號，得到 電流與角位置關(guān)系；補償電流計算單元，用于根據(jù)所述角位置信息和所述電流與角位置關(guān)系，得到所 述角位置信息的對應(yīng)電流，并將所述對應(yīng)電流與所述輸出電流信號做差，將得到的差值作 為所述補償電流信號，并輸出所述補償電流信號。所述裝置具體為數(shù)字驅(qū)動器。一種利用上述裝置控制力矩的方法，包括接收目標(biāo)力矩，并將所述目標(biāo)力矩轉(zhuǎn)換為力矩電流信號；將所述力矩電流信號與補償電流信號疊加；對疊加后的電流信號進行處理，并將處理后的電流信號作為輸出電流信號輸出。得到所述補償電流信號方法包括在速度環(huán)模式下，根據(jù)電機的速度與位置和所述輸出電流信號，得到電流與角位 置關(guān)系；在電流環(huán)模式下，根據(jù)電機的速度與位置和所述電流與角位置關(guān)系，得到對應(yīng)電 流，將所述對應(yīng)電流與所述輸出電流信號做差，將得到的差值作為所述補償電流信號，并輸 出所述補償電流信號。得到所述電流與角位置關(guān)系的方法具體包括接收電機內(nèi)的速度與位置電子傳感器發(fā)送的速度與位置信息；將所述速度與位置信息轉(zhuǎn)換為角位置信息；在速度環(huán)模式下，記錄所述角位置信息和所述輸出電流信號，得到電流與角位置 關(guān)系；得到所述補償電流信號方法具體包括根據(jù)所述角位置信息和所述電流與角位置關(guān)系，得到所述角位置信息的對應(yīng)電 流，并將所述對應(yīng)電流與所述輸出電流信號做差，將得到的差值作為所述補償電流信號，并 輸出所述補償電流信號。本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明實施例通過在速度環(huán)模式下，得到不同速度對應(yīng)的系統(tǒng)性干擾，根據(jù)該系 統(tǒng)性干擾對電流進行實時補償，即對力矩紋波進行主動補償，有效的抑制了系統(tǒng)性干擾，實 現(xiàn)電機力矩輸出平穩(wěn)，保證了對力矩指令的響應(yīng)速度，避免了系統(tǒng)性延遲，同時不需要力傳 感器，工程中抗干擾能力強。


為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方 式作進一步地詳細(xì)描述。圖1是本發(fā)明實施例1提供的一種控制力矩的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例2提供的一種控制力矩的方法的流程圖；圖3是本發(fā)明實施例2提供的一種控制力矩的方法的流程圖；圖4是本發(fā)明實施例2提供的一種得到電流與角位置關(guān)系的方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方 式作進一步地詳細(xì)描述。實施例1為了保證力矩平滑輸出，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，本發(fā)明實施例提供了一種控制力矩 的裝置，參見圖1，該裝置包括接收模塊101、疊加模塊102和處理模塊103 ；接收模塊101，用于接收目標(biāo)力矩，并將目標(biāo)力矩轉(zhuǎn)換為力矩電流信號；疊加模塊102，用于將力矩電流信號與補償電流信號疊加，將得到的電流信號發(fā)送 給處理模塊103 ；處理模塊103，用于接收疊加模塊102發(fā)送的電流信號，對電流信號進行處理，并 將處理后的電流信號作為輸出電流信號輸出。該裝置還包括干擾辨識模塊104，用于在速度環(huán)模式下，根據(jù)與裝置相連的電機的速度與位置和 處理模塊103的輸出電流信號，得到電流與角位置關(guān)系；還用于電流環(huán)模式下，根據(jù)與裝置相連的電機的速度與位置和干擾辨識模塊104 中的電流與角位置關(guān)系，得到對應(yīng)電流，將對應(yīng)電流與處理模塊的輸出電流信號做差，將得 到的差值作為補償電流信號，并輸出補償電流信號給疊加模塊102。干擾辨識模塊104具體包括接收單元1041，用于接收與裝置相連的電機內(nèi)的速度與位置電子傳感器發(fā)送的速 度與位置信息；轉(zhuǎn)換單元1042，用于將速度與位置信息轉(zhuǎn)換為角位置信息；記錄單元1043，用于在速度環(huán)模式下，記錄角位置信息和處理模塊的輸出電流信 號，得到電流與角位置關(guān)系；補償電流計算單元1044，用于根據(jù)角位置信息和電流與角位置關(guān)系，得到角位置 信息的對應(yīng)電流，并將對應(yīng)電流與處理模塊103的輸出電流信號做差，將得到的差值作為 補償電流信號，并輸出補償電流信號給疊加模塊102。優(yōu)選地，該裝置可以為數(shù)字驅(qū)動器，或者其他種類的驅(qū)動器，本發(fā)明實施例對此不 做具體限定。本發(fā)明實施例通過在速度環(huán)模式下，得到不同速度對應(yīng)的系統(tǒng)性干擾，根據(jù)該系 統(tǒng)性干擾對電流進行實時補償，即對力矩紋波進行主動補償，有效的抑制了系統(tǒng)性干擾，實 現(xiàn)電機力矩輸出平穩(wěn)，保證了對力矩指令的響應(yīng)速度，避免了系統(tǒng)性延遲，同時不需要力傳 感器，工程中抗干擾能力強。實施例2為了保證力矩平滑輸出，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，本發(fā)明實施例提供了一種利用上述 控制力矩的裝置控制力矩的方法，參見圖2，該方法包括201 接收目標(biāo)力矩，并將目標(biāo)力矩轉(zhuǎn)換為力矩電流信號；202 將力矩電流信號與補償電流信號疊加；203:對疊加后的電流信號進行處理，并將處理后的電流信號作為輸出電流信號輸出ο為了便于說明，本發(fā)明實施例僅以控制力矩的裝置為數(shù)字驅(qū)動器為例進行說明， 將目標(biāo)力矩轉(zhuǎn)換的電流設(shè)為力矩電流信號Ii，將輸出電流信號設(shè)為Io，補償電流信號設(shè)為 Ia，參見圖3，該方法具體包括301 數(shù)字驅(qū)動器中的接收模塊接收目標(biāo)力矩，并將目標(biāo)力矩轉(zhuǎn)化成力矩電流信號 Ii ；具體地，在伺服電機系統(tǒng)中，電流信號和力矩呈比例，根據(jù)數(shù)字驅(qū)動器的型號，將 目標(biāo)力矩乘以預(yù)設(shè)的系數(shù)，可以得到該目標(biāo)力矩對應(yīng)的電流信號。需要說明的是，在實際進行加載控制的時候，數(shù)字驅(qū)動器中的電流控制環(huán)工作在 電流環(huán)方式。其中，該電流控制環(huán)的功能相當(dāng)于本發(fā)明實施例1中的處理模塊103。302 數(shù)字驅(qū)動器中的疊加模塊將該力矩電流信號Ii與補償電流信號Ia疊加，輸 入電流控制環(huán)；具體地，得到補償電流信號的方法具體包括電機內(nèi)的速度與位置電子傳感器將 電機當(dāng)前的速度與位置發(fā)送給數(shù)字驅(qū)動器，數(shù)字驅(qū)動器將該速度與位置信息轉(zhuǎn)換為角位置 信息，數(shù)字驅(qū)動器存有電流與角位置關(guān)系，利用該些關(guān)系進行干擾辨識，根據(jù)該角位置信息 查詢電流與角位置關(guān)系，得到其對應(yīng)電流，該對應(yīng)電流與此時數(shù)字驅(qū)動器輸出電流信號的 差值即是系統(tǒng)反饋的補償電流信號Ia，將此補償電流信號Ia輸出。其中，數(shù)字驅(qū)動器將該速度與位置信息轉(zhuǎn)換為角位置信息的方式可以有多種，本 發(fā)明對此不做具體限定。其中，數(shù)字驅(qū)動器內(nèi)的電流與角位置關(guān)系可以用二維曲線的形式來表示，也可以 有其他多種形式，本發(fā)明對此不做具體限定。例如，該電流與角位置關(guān)系用二維曲線的形式表示，當(dāng)前電機的角速度為 Π /3rad/s,將其換算為角位置信息，根據(jù)電流與角位置關(guān)系，得到其對應(yīng)電流為1A，當(dāng)前 數(shù)字驅(qū)動器輸出電流信號Io為0. 8A，則二者的差值為0. 2A，該0. 2A即是補償電流信號Ia， 將0. 2A與數(shù)字驅(qū)動器輸入端輸入的電流信號疊加。進一步地，得到電流與角位置的關(guān)系的方法詳見下述步驟401-404，需要說明的 是，步驟401-404是一個設(shè)置系統(tǒng)的過程，并不包含在步驟301-304中，在進行步驟301-304 之前，需要進行步驟401-404，用以設(shè)置系統(tǒng)，得到電流和角位置的關(guān)系，即得到電機的系統(tǒng) 性干擾規(guī)律，為步驟301-304的進行做準(zhǔn)備。需要說明的是，該電流與角位置的關(guān)系曲線反映的是電機中的系統(tǒng)性干擾。隨著 輸入電機電流的變化，其速度和位置的變化應(yīng)與電流變化成比例，電流與角位置關(guān)系的曲 線應(yīng)該呈直線，但是由于電機中的系統(tǒng)性干擾，該曲線并沒有特定的規(guī)律，有可能呈上下起 伏的波浪線形狀，數(shù)字驅(qū)動器記錄多條在不同速度下的電流與角位置關(guān)系的曲線，然后根 據(jù)當(dāng)前電機的速度與位置，得到曲線上的對應(yīng)電流，該對應(yīng)電流與此時數(shù)字驅(qū)動器輸出電 流信號的差值即是補償電流信號。303:電流控制環(huán)處理疊加后的電流信號，將處理后的電流信號作為輸出電流信號 Io ；304 電流控制環(huán)發(fā)送輸出電流信號Io給電機，該輸出電流信號代表實際輸出的目標(biāo)力矩。其中，該輸出電流信號Io驅(qū)動電機以目標(biāo)力矩進行運動。需要說明的是，該輸出電流信號Io并不是Ii和Ia的簡單疊加，該電流控制環(huán)起 到一個放大器的作用，其輸出電流信號Io是Ii和Ia和的倍數(shù)。參見圖4，具體地，得到表示電流與角位置關(guān)系的方法包括以下步驟401 將數(shù)字驅(qū)動器中的電流控制環(huán)設(shè)置為速度環(huán)方式；具體地，將數(shù)字驅(qū)動器中的電流控制環(huán)設(shè)置為速度環(huán)，調(diào)整參數(shù)，使系統(tǒng)的跟隨性 和穩(wěn)定性達(dá)到滿意狀態(tài)。其中，速度環(huán)是速度反饋系統(tǒng)，數(shù)字驅(qū)動器根據(jù)預(yù)設(shè)的速度輸出電流，該電流驅(qū)動 電機以特定的速度轉(zhuǎn)動。在電流環(huán)模式下，根據(jù)與裝置相連的電機的速度與位置和干擾辨識模塊中的電流 與角位置關(guān)系，得到對應(yīng)電流，將對應(yīng)電流與處理模塊的輸出電流信號做差，將得到的差值 作為補償電流信號，并輸出補償電流信號給疊加模塊。402 給速度環(huán)設(shè)定速度，數(shù)字驅(qū)動器輸出與該速度對應(yīng)的電流給電機；需要說明的是，速度環(huán)根據(jù)設(shè)定的速度輸出電流，該電流指示電機根據(jù)該速度運 動。403:電機上的速度與位置電子傳感器將電機當(dāng)前的速度與位置發(fā)送給數(shù)字驅(qū)動 器；404 數(shù)字驅(qū)動器接收速度與位置信息，并將接收到的信息轉(zhuǎn)換為角位置信息；其中，速度與位置信息轉(zhuǎn)換為角位置信息的方法可以有多種，本發(fā)明實施例不做 具體限定。405:數(shù)字驅(qū)動器記錄電機的速度與位置和當(dāng)前數(shù)字驅(qū)動器的輸出電流信號，得到 電流與角位置對應(yīng)關(guān)系。其中，該電流與角位置對應(yīng)關(guān)系可以由二維曲線來表示，也可以由其他的表示形 式，本發(fā)明實施例對此不做具體限定。需要說明的是，步驟402-405是確定某個速度下的電流與角位置對應(yīng)關(guān)系的過 程，為了達(dá)到本發(fā)明的目的，需要得到在多個速度下的多個電流與角位置對應(yīng)關(guān)系，因此， 步驟402-步驟405要重復(fù)多次，每次為數(shù)字驅(qū)動器設(shè)定不同的速度，以得到多組對應(yīng)關(guān)系， 利用這些對應(yīng)關(guān)系辨識出電流補償。本發(fā)明實施例通過在速度環(huán)模式下得到不同速度對應(yīng)的系統(tǒng)性干擾，根據(jù)該系統(tǒng) 性干擾對電流進行實時補償，即對力矩紋波進行主動補償，有效的抑制了系統(tǒng)性干擾，實現(xiàn) 電機力矩輸出平穩(wěn)，保證了對力矩指令的響應(yīng)速度，避免了系統(tǒng)性延遲，同時不需要力傳感 器，工程中抗干擾能力強。本發(fā)明實施例可以利用軟件實現(xiàn)，相應(yīng)的軟件程序可以存儲在可讀取的存儲介質(zhì) 中，例如，計算機的硬盤、緩存或光盤中。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種控制力矩的裝置，其特征在于，包括接收模塊、疊加模塊和處理模塊； 所述接收模塊，用于接收目標(biāo)力矩，并將所述目標(biāo)力矩轉(zhuǎn)換為力矩電流信號； 所述疊加模塊，用于將所述力矩電流信號與補償電流信號疊加；所述處理模塊，用于對疊加后的電流信號進行處理，并將處理后的電流信號作為輸出 電流信號輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括干擾辨識模塊，用于在速度環(huán)模式下，根據(jù)電機的速度與位置和所述輸出電流信號，得 到電流與角位置關(guān)系；還用于在電流環(huán)模式下，根據(jù)電機的速度與位置和所述電流與角位置關(guān)系，得到對應(yīng) 電流，將所述對應(yīng)電流與所述輸出電流信號做差，將得到的差值作為所述補償電流信號，并 輸出所述補償電流信號。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述干擾辨識模塊具體包括接收單元，用于接收電機內(nèi)的速度與位置電子傳感器發(fā)送的速度與位置信息； 轉(zhuǎn)換單元，用于將所述速度與位置信息轉(zhuǎn)換為角位置信息；記錄單元，用于在速度環(huán)模式下，記錄所述角位置信息和所述輸出電流信號，得到電流 與角位置關(guān)系；補償電流計算單元，用于根據(jù)所述角位置信息和所述電流與角位置關(guān)系，得到所述角 位置信息的對應(yīng)電流，并將所述對應(yīng)電流與所述輸出電流信號做差，將得到的差值作為所 述補償電流信號，并輸出所述補償電流信號。
4.如權(quán)利要求1至3所述的裝置，其特征在于，所述裝置具體為數(shù)字驅(qū)動器。
5.一種控制力矩的方法，其特征在于，包括接收目標(biāo)力矩，并將所述目標(biāo)力矩轉(zhuǎn)換為力矩電流信號； 將所述力矩電流信號與補償電流信號疊加；對疊加后的電流信號進行處理，并將處理后的電流信號作為輸出電流信號輸出。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，得到所述補償電流信號方法包括在速度環(huán)模式下，根據(jù)電機的速度與位置和所述輸出電流信號，得到電流與角位置關(guān)系；在電流環(huán)模式下，根據(jù)電機的速度與位置和所述電流與角位置關(guān)系，得到對應(yīng)電流，將 所述對應(yīng)電流與所述輸出電流信號做差，將得到的差值作為所述補償電流信號，并輸出所 述補償電流信號。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，得到所述電流與角位置關(guān)系的方法具體包括接收電機內(nèi)的速度與位置電子傳感器發(fā)送的速度與位置信息； 將所述速度與位置信息轉(zhuǎn)換為角位置信息；在速度環(huán)模式下，記錄所述角位置信息和所述輸出電流信號，得到電流與角位置關(guān)系；得到所述補償電流信號方法具體包括根據(jù)所述角位置信息和所述電流與角位置關(guān)系，得到所述角位置信息的對應(yīng)電流，并 將所述對應(yīng)電流與所述輸出電流信號做差，將得到的差值作為所述補償電流信號，并輸出所述補償電流信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制力矩的裝置和方法，屬于控制領(lǐng)域。該裝置包括接收模塊、疊加模塊、處理模塊和干擾辨識模塊。本發(fā)明對力矩紋波進行主動補償，有效的抑制了系統(tǒng)性干擾，實現(xiàn)電機力矩輸出平穩(wěn)，保證了對力矩指令的響應(yīng)速度，避免了系統(tǒng)性延遲，同時不需要力傳感器，工程中抗干擾能力強。
文檔編號G05D17/02GK102063134SQ200910237550
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者葛蘅, 袁修干 申請人:北京航空航天大學(xué)