基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構空程補償方法
【專利摘要】基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構空程補償方法,屬于直流電機驅動的機械轉向系統控制領域。本發明基于傳統方法無法解決存在大機械空程時直流電機轉向系統控制的問題,提出了一種基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構大空程補償方法,并取得了良好的解決效果。本發明所述的一種基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構大空程補償方法,首先通過電流測量值滾動計算電流方差值,然后根據方差數據計算電機在機械空程段運行時對應的增量編碼器變化量,再將變化量轉化為機械系統轉角,并將此轉角補償給期望控制轉角,以實現大機械空程的補償,提高了直流電機驅動轉向系統的控制性能。
【專利說明】
基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構空程補償方法
技術領域
[0001] 本發明屬于直流電機驅動的機械轉向系統控制領域,涉及一種基于直流電機電流 方差滾動計算的轉向機構大空程補償方法。
【背景技術】
[0002] 直流電機驅動的機械轉向裝置是一種應用廣泛的設備,在實驗性越障車、自動化 生產線、船用全回轉推進器等諸多工程領域都有廣泛的應用。該設備通過電機驅動機械設 備,實現機械設備的轉向控制,其設計成本根據需求可高可低,具有極強的靈活性。但是,在 一些低成本的應用場合,由于機械加工精度和機械結構設計問題,會出現電機驅動端與機 械聯動端之間存在較大的空程,轉角測量裝置也僅在電機端安裝了較低成本的相對編碼 器,極大影響了轉向控制精度,在某些情況下甚至無法完成轉向控制。該問題的出現對如何 在設備條件受限情況下,完成較高精度的轉向控制提出了新要求。
[0003] 文獻[1-2]廣泛研究了空程補償問題,提出了根據測量信號的變化進行空程補償 的方法,但是并沒有詳細闡述,也并非針對機電轉向系統設計。當前,使用電機克服機械空 程的研究都集中于雙電機方法,對于單電機克服空程問題的研究較少,其中,大部分研究成 果均是針對較小空程設計能夠克服死區影響的單電機控制器,此類設計方法復雜,并且不 適用于較大空程的情況。
[0004] 對比文獻
[1] 執行機構的空程補償.王敏,奚麗華.一重技術.2005(3): 56-57.
[2] 執行機構的空程補償.王錦標,吳偉林.檢測與儀表.2000(3): 31-33. 以上為對比文獻。
【發明內容】
[0005] 本發明是基于傳統方法無法解決存在大機械空程時直流電機轉向系統控制的問 題,提出了一種基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構大空程補償方法,并取得了良 好的解決效果。
[0006] -種基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構大空程補償方法,該方法包括以 下步驟: 步驟一:測量轉向機構直流驅動電機的電流實時數據,并選取固定時間跨度內電流數 據計算方差; 步驟二:設定電流方差閾值,根據方差數據計算電機在機械空程段運行時對應的增量 編碼器變化量; 步驟三:將機械空程段對應的增量編碼器變化量轉化為機械系統轉角,并將此轉角補 償給期望控制轉角,以實現大機械空程的補償。
[0007] 本發明所述的一種基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構大空程補償方法, 基于增量傳感器的測量值,計算電機控制過程中所轉過的空程并予以補償,克服了大空程 對于此類設備控制效果的影響,極大提高了系統的控制性能。
[0008] 本發明所述的一種基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構大空程補償方法, 算法設計過程簡單,不需要進行復雜推導,同時保證了較好的控制效果。本發明適用于直流 電機驅動的轉向控制系統領域,并且對轉向系統具體的機械結構無限制。
【附圖說明】
[0009] 圖1為無空程補償時電機電流測量值、電流方差計算值與增量式編碼器的轉角測 量值; 圖2為無空程補償時轉向系統實際轉角; 圖3為有空程補償時電機電流測量值、電流方差計算值與增量式編碼器的轉角測量值; 圖4為有空程補償時轉向系統實際轉角; 圖5為本發明所述的一種基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構大空程補償方法 流程圖。
【具體實施方式】
[0010]
【具體實施方式】一:本實施方式所述的一種基于直流電機電流方差滾動計算的轉向 機構大空程補償方法,該方法包括以下步驟: 步驟一:測量轉向機構直流驅動電機的電流實時數據,并選取固定時間跨度內電流數 據計算方差; 步驟二:設定電流方差閾值,根據方差數據計算電機在機械空程段運行時對應的增量 編碼器變化量; 步驟三:將機械空程段對應的增量編碼器變化量轉化為機械系統轉角,并將此轉角補 償給期望控制轉角,以實現大機械空程的補償。
[0011]
【具體實施方式】二:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種基于直流電機電流 方差滾動計算的轉向機構大空程補償方法作進一步說明,本實施方式中,步驟一所述測量 轉向機構直流驅動電機電流實時數據的方法為: 安裝與電機配套的電流采集卡,并與控制計算機連接,通過電流采集卡測量電機電流 實時數據,并傳輸入計算機。
[0012] 【具體實施方式】三:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種基于直流電機電流 方差滾動計算的轉向機構大空程補償方法作進一步說明,本實施方式中,步驟一所述選取 固定時間跨度內電流數據計算方差的方法為: 電流在時刻的實時測量值為,為非負整數,為滾動計算過程中數據的個數,當時,電流 期望值的計算公式如下:
當時,電流期望值的計算公式為:
時刻的電流方差的計算公式為:
【具體實施方式】四:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種基于直流電機電流方差 滾動計算的轉向機構大空程補償方法作進一步說明,本實施方式中,步驟二所述設定電流 方差閾值的方法為: 利用步驟一,針對帶有大空程的直流電機驅動轉向系統進行一次轉向控制,要求轉向 系統機械機構發生轉動,由于電機驅動的機械轉向裝置空程較大,所以整個控制過程可分 為電機空載啟動后平穩運行,和越過空乘后電機端突加負載后平穩運行兩部分。分析此階 段的電流方差數據,選取小于電機空載啟動時電流方差峰值和突加負載時電流峰值,并大 于其他噪聲因素導致的電流方差峰值的量值作為電流方差閾值。
[0013]
【具體實施方式】五:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種基于直流電機電流 方差滾動計算的轉向機構大空程補償方法作進一步說明,本實施方式中,步驟二所述機械 空程段運行時對應的增量編碼器變化量計算方法為: 電動機啟動階段,當電流方差首次出現時,記錄當前時刻為__;當轉向裝 置滑過空程段后,將對電機有一個突然加載的作用,此時電樞電流會第二次出現叫4.>;)> 3 的情況,記錄時間為_:移,轉向系統處于該次運行過程中空程段運行時的增量式編碼器變 化量為致一 為時刻增量式編碼器的測量值。
[0014] 【具體實施方式】六:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種基于直流電機電流 方差滾動計算的轉向機構大空程補償方法作進一步說明,本實施方式中,步驟三所述將機 械空程段對應的增量編碼器變化量轉化為機械系統轉角的方法為:
攝⑥,為機械轉向系統的轉角,s為編碼器測量值到轉向系統轉角的測量增益。
[0015] 【具體實施方式】七:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種基于直流電機電流 方差滾動計算的轉向機構大空程補償方法作進一步說明,本實施方式中,步驟三所述的空 程補償方法為: 轉向系統的控制目標設為德&得到空程過程對應的增量編碼器測量轉角后,帶有空程 補償的控制目標_|為:
系統以罐作為新的目標轉向角度完成控制任務,即完成了空程部分的補償控制。
[0016] 實施實例 本發明所述的一種基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構大空程補償方法,針對 一類典型的電流、轉速雙閉環控制直流電機進行仿真驗證。所述的直流電機仿真參數如表1 所示: 表1直流電機仿真參數
通過圖1、圖2可以看出,在無空程補償情況下,轉向角度誤差較大,僅為不到10度;圖3、 圖4顯示,在無空程補償情況下,轉向機構可以較好地達到15度轉角。
【主權項】
1. 一種基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構大空程補償方法,其特征在于,該 方法包括以下步驟: 步驟一:測量轉向機構直流驅動電機的電流實時數據,并選取固定時間跨度內電流數 據計算方差; 步驟二:設定電流方差閾值,根據方差數據計算電機在機械空程段運行時對應的增量 編碼器變化量; 步驟三:將機械空程段對應的增量編碼器變化量轉化為機械系統轉角,并將此轉角補 償給期望控制轉角,以實現大機械空程的補償。2. 根據權利要求1所述的一種基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構大空程補償 方法,其特征在于,步驟一所述測量轉向機構直流驅動電機電流實時數據的方法為: 安裝與電機配套的電流采集卡,并與控制計算機連接,通過電流采集卡測量電機電流 實時數據,并傳輸入計算機。3. 根據權利要求1所述的一種基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構大空程補償 方法,其特征在于,步驟一所述選取固定時間跨度內電流數據計算方差的方法為: 電流在時刻的實時測量值為為非負整數,為滾動計算過程中數據的 個數,肘,電流期望值的計算公式如下: 當fell時,電流期望值的計算公式為:時刻的電流方差?__:1的計算公式為:4. 根據權利要求1所述的一種基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構大空程補償 方法,其特征在于,步驟二所述設定電流方差閾值的方法為: 利用步驟一,針對帶有大空程的直流電機驅動轉向系統進行一次轉向控制,要求轉向 系統機械機構發生轉動,由于電機驅動的機械轉向裝置空程較大,所以整個控制過程可分 為電機空載啟動后平穩運行,和越過空乘后電機端突加負載后平穩運行兩部分,分析此階 段的電流方差數據,選取小于電機空載啟動時電流方差峰值和突加負載時電流峰值,并大 于其他噪聲因素導致的電流方差峰值的量值作為電流方差閾值P。5. 根據權利要求1所述的一種基于直流電機電流方差滾動計算的轉向機構大空程補償 方法,其特征在于,步驟二所述機械空程段運行時對應的增量編碼器變化量計算方法為: 電動機啟動階段,當電流方差首次出現13^^)^ @時,記錄當前時刻為當轉向裝置 滑過空程段后,將對電機有一個突然加載的作用,此時電樞電流會第二次出現療 的情況,記錄時間為t(2),轉向系統處于該次運行過程中空程段運行時的增量式編碼器變化 量為%(錄一羯:_為建_時刻增量式編碼器的測量值。6. 根據權利要求1所述的一種基于電流數據方差特征的直流電機大空程補償方法,其 特征在于,步驟三所述將機械空程段對應的增量編碼器變化量轉化為機械系統轉角的方法 為:爽&為機械轉向系統的轉角,《為編碼器測量值到轉向系統轉角的測量增益。7.根據權利要求1所述的一種基于電流數據方差特征的直流電機大空程補償方法,其 特征在于,步驟三所述的空程補償方法為: 轉向系統的控制目標設為_¥,得到空程過程對應的增量編碼器測量轉角后,帶有空程 補償的控制目標建為:系統以珍丨.作為新的目標轉向角度完成控制任務,即完成了空程部分的補償控制。
【文檔編號】B62D5/04GK105946965SQ201610294855
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】謝文博, 李偉俊, 張玉雙, 張澤宇, 張健, 黃玲, 尤波
【申請人】哈爾濱理工大學