伺服系统速度控制方法，釆用内、外两个控制环结 合方法，在内控制环中，根据电机对象并釆用码盘 测出电机速度，利用负载转矩观测器进行反馈控 制；另外，在外控制环中，根据电机模型，经低通 滤波器得到转子估计速度，再经平均速度计算后输 入反馈回路，整个控制系统形成闭环反馈控制。本 发明适用于控制交流伺服电机的速度，具有较强的 负载能力和抗外界干扰能力。
伺服电机控制技术领域的方法，具体是一种交流电机伺服系统 速度控制方法。 背景技术交流电机因其具有体积小、可靠性高、伺服性能优良等特点，在现代交流 伺服系统中得到了广泛的应用，低速性能是伺服系统性能的重要指标之一。伺 服驱动装置是数控机床、工业机器人等高性能机一体化产品的重要组成部分，也 是构成工厂自动化不可缺少的基本单元。目前，各国学者已提出了许多方法用 来完成电机速度跟踪精度的控制。
其不足在于：在低速运行情况下，尤其是当脉冲间隔时间远大于速度采样周期时，使 用IV！丁测速方法造成的检测时间延迟很容易使控制器变得不稳定，因而很难获得 理想的速度响应特性和伺服性能。
对于低速时速度检测时间延迟问题目前使用较多的方法有矢量控制法、和 负载观测法，这种方法电路简单，但由于电机数学模型是非线性的，观测器的 稳定性分析非常困难，加之对电机参数的依赖，这种方法必须解决速度和位置 推算对电动机参数和负载扰动的自适应问题以及对测量噪声的敏感性问题，常 规方法无法按目标速度和动态响应性能设计控制器。因此，一般的观测器控制 方法速度跟踪精度差，在低速时对测量噪声非常敏感，对阶跃输入的指令信号 其动态输出位置相应存在超调和振荡现象。实际中，测量信号中混杂各种噪声 和高频千扰。
交流电机伺服系统速度 控制方法，使其能在无须使用转矩误差和位置误差的情况下，釆用速度观测器 采样速度和观测出的平均速度之差作为误差向量，并以观测速度作为闭环反馈 量能得到较好的速度控制效果和动态响应性能。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明在现有的交流电机伺服系统速 度控制器设计方法以及码盘速度采样方法的基础上，提出一种交流电机伺服 系统速度控制方法，即采用内、外两个控制环结合方法，经速度控制器和电流 控制器后：在内控制环中，根据电机对象并采用码盘测出电机速度矻，利用负 载转矩观测器进行反饿控制；另外，在外控制环中，根据电机模型，经低通滤 波器得到转子估计速度武，再经平均速度计算后输入反馈回路，整个控制系统形成闭环反馈控制。用户可以通过在线调节观测器控制系统的反馈增益参数火 来调节控制效果，获得要求的速度控制效果和动态响应性能。
在电机系统速度进行控制前，本发明中，先根据电机伺服系统的变量及参数建立其动态数学模型为电机驱动力和负载扰动利用速度控制系统中的码盘测出电机实际转速…，并用速度观测器测得电机的 测量速度屯，并将其送到主机的存储单元心对中。
以下作进一步的描述，方法具体步骤如下： 第一步、选择状态变量，结合公式可得到电机控制系统的状态第二步、根据第一步得到的电机控制系统的状态方程，输入速度指令信号 和作为上述电机的速度检测值的电机旋转信号，通过从上述电机旋转信号到上 述转矩指令的反馈环的传递函数包括极点或者零点的运算，以转速误差为误差第三步、计算速率观测器的反馈条件，为保证速度观测器的正确，以控制 变量成作为反馈量，利用观测器实时预测负载转矩扰动和低速时的连续速度变化。其中电机实际转速巧由码盘经过从丁法（测频率&测周期)采样后得到的速度花代替。在相同采样周期内，观测到的速度屯的平均值氛与矻之差作为速度误差。速度反馈份7取速度釆样周期7；内观测到的转速承的平均值。为了保证速度观测器的正确，控制变量武：尤明拭元）必须满足的条件为：
在状态空间模型中，曲线乞二0是电流动 态稳定的条件。
第四步、在第三步得到的速率观测器反馈条件基础上，确定一个增益参数 夂，尺必须大于或等于份.，根据控制变量转子估计速度屯变化而自动调节，实现转子磁通和转矩快速响应。在电机控制中，为了防止估计速度中的高频分 量对电机运行的不良影响，在估计出的理想速度之后，加入一个低通滤波器， 其输出作为实际速度的反馈速度，并用于系统的控制。欠值大小对系统性能的 影响如下：（丨)增大火值，武的颤抖会变大；〔2〉增大尤值，对于转子磁通和电机转矩的计算会加快，实际上，观测器会使系统收敛于正确的磁通值。如果火非 常大，收敛速度在理论上是无穷大的。传统的速度观测器中，尤值为一个适合 于整个频率段的固定值。考虑以上的两点分析，如果在调速过程中，尤值可以 根据成变化而自动加以调节的话，那么系统在整个调速范围内便拥有更加良好稳定的性能，特别是高频段的颤抖现象能够得到很好的抑制。考虑到以上问题, 在系统中可以加入一个？I控制器，从而保证观测器在快速响应的同时，能够根据屯的变化调节参数火。
第五步、计算电机目标速度与反馈速度之间的速度误差，并将所计算的速 度误差一相接一相地存储，参照所述目标速度、所述测量的旋转速度和每相的 重复速度误差来控制所述步进电机的速度。如此周而复始，整个交流电机伺服 系统就实现了有效控制。
通过编制成相应的速度观测器控制监控模块，在现有的交流电机伺 服系统中直接实施。直接得到电机实际转速…和的测量速度电，从而构建起这两者之间的直观联系，连同本发明所采用的速度观测器控制算法一同装入监控 模块中。
在交流电机伺服系统速度控制系统采用本发明提出的控制方法，****的特 点就是无须使用转矩误差和位置误差，控制系统根据速度误差进行反馈自适应 调节。在使用提出的方法时，工程技术人员所要做的工作就是：用测速 码盘经过VI法釆样得到的电机速度矻，用连续速度观测器估算电机的测量速度，其他工作由系统自动完成：系统能自动计算出电机目标速度与反馈速度之 间的速度误差，并以其作为控制信号，实现对电机伺服系统速度控制效果和动 态响应性能。用户操作起来更简便直观；控制效果更快速平稳，能达到更好的 系统性能。采取本发明控制方法的电机伺服系统可广泛应用于各种交流电机的 速度控制。 附图说明图1是采用方法的伺服电机控制系统速度观测器原理框图。 图中对交流电机伺服系统速度控制方法采用内、外两个控制环结合方法， 控制系统，经速度控制器和电流控制器后：在内控制环中，根据电机对象并采用码盘测出电机速度花，利用负载转矩观测器进行反馈控制；另外，在外控制 环中，根据电机模型，经低通滤波器得到转子估计速度屯，再经平均速度计算后输入反馈回路，整个控制系统形成闭环反馈控制。 具体实施方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方 案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的 保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，系统进入控制阶段后，用户根据实际电机工作情况设定目标 速度…，为保证速度观测器的正确，以控制变量份7作为反馈量，利用观测器实时预测负载转矩扰动和低速时的连续速度变化。首先利用采样周期7：的速度控 制器进行速度信号检测变送，同时用采样周期7；的电流控制器进行电流信号检 测变送它们经八/0转换等输入预处理得到数字量输入信号。其中电机实际转速 巧由码盘经过V丁法釆样后得到的速度矻代替。在相同采样周期内，观测到的速度承的平均值或与矻之差作为速度误差。速度反馈取速度采样周期7；内 观测到的转速成的平均值。该输出信号经过嫩转换等处理后去驱动被控制系统的速度控制装置便实现了对被控对象的自适应闭环控制，达到要求的速度控 制效果和动态响应性能****控制效果。
将提出的控制方法用于交流电机伺服系统速度控制系统，其目的是 使电机以与目标速度一致的瞬时速度旋转。计算电机目标速度与反馈速度之间 的速度误差，并将所计算的速度误差一相接一相地存储，参照所述目标速度、 所述测量的旋转速度和每相的重复速度误差来控制所述步进电机的速度，使其 以一致的瞬时速度旋转。
利用速度控制系统中的测速码盘测出电机实际转速…，并用速度观测器测得电机的测量速度承，并将其送到主机的存储单元―中。在此基础上，进入交流电机伺服系统速度控制过程，具体实施步骤有以下几步：
第一步、选择状态变量，结合公式可得到电机控制系统的状态方程如下：
置角度、7为转动惯量、广为极对数、々为永磁体磁链、5为阻尼系数。
第二步、根据第一步得到的电机控制系统的状态方程，输入速度指令信号 和作为上述电机的速度检测值的电机旋转信号，通过从上述电机旋转信号到上 述转矩指令的反馈环的传递函数包括极点或者零点的运算，以转速误差为误差向量所观测到的等效负载转矩斤，进行上述转矩指令的运算的反馈运算单元。
第三步、计算速率观测器的反馈条件，为保证速度观测器的正确，以控制 变量屯作为反馈量，利用观测器实时预测负载转矩扰动和低速时的连续速度变化。其中电机实际转速…由码盘经过法采样后得到的速度矻代替。在相同 采样周期内，观测到的速度屯的平均值成与矻之差作为速度误差。速度反馈①, 取速度采样周期7；内观测到的转速&的平均值。
第四步、在第三步得到的速率观测器反馈条件基础上，确定一个增益参数 必须大于或等于份.，根据控制变量转子估计速度屯变化而自动调节，实现转子磁通和转矩快速响应。在电机控制中，为了防止估计速度中的高频分 量对电机运行的不良凑响，在估计出的理想速度之后，加入一个低通滤波器， 其输出作为实际速度的反馈速度，并用于系统的控制。传统的速度观测器中，火 值为一个适合于整个频率段的固定值。考虑以上的两点分析，如果在调速过程 中，尤值可以根据屯变化而自动加以调节的话，那么系统在整个调速范围内便拥有更加良好稳定的性能，特别是髙频段的颤抖现象能够得到很好的抑制。考 虑到以上问题，在系统中可以加入一个”控制器，从而保证观测器在快速响应的同时，能够根据承的变化调节参数尤。
第五步、计算电机目标速度与反馈速度之间的速度误差，并将所计算的速 度误差一相接一相地存储，参照所述目标速度、所述测量的旋转速度和每相的 重复速度误差来控制所述步进电机的速度。如此周而复始，整个交流电机伺服 系统就实现了有效控制。
正因为本发明在电机伺服系统速度控制系统中，采用测速码盘测出电机实 际转速巧，并用速度观测器测得电机的测量速度电，因此可得到实时的误差速度，并将其作为反馈控制回路的参数进行控制调节，达到要求的速度控制效果 和动态响应性能****控制效果。因此保证了本发明获得的是****电机速度控制 系统。
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