[发明专利]电流环带宽的拓展方法、装置、存储介质及伺服驱动器

说明书

本发明公开了一种电流环带宽的拓展方法、装置、存储介质及伺服驱动器，该方法包括：在所述电流环所属伺服驱动器的每个载波周期内，平均分布N个加载点，以得到每个载波周期内以波谷为零点时刻的第1加载时刻至第N加载时刻；其中，N为大于或等于4的偶数；对所述电流环的电流进行N次电流采样或实时电流采样，并在零点时刻和/或第1加载时刻至第N加载时刻中的相应时刻依次对所述电流环的PWM占空比进行N次更新。本发明的方案，可以克服现有技术中由于电流采样时刻既发生在三角载波的波峰处又发生在波谷处导致两种方式切换时操作难度大的问题，达到降低操作难度的效果。

技术领域

本发明属于伺服控制技术领域，具体涉及一种电流环带宽的拓展方法、装置、存储介质及伺服驱动器，尤其涉及一种基于FPGA的电流环带宽拓展方法，特别是应用于伺服驱动器的一个基于FPGA的电流环(即需要将电流环在FPGA中实现)带宽拓展方法、与该方法对应的装置、具有该装置的伺服驱动器、存储有该方法对应的指令的计算机可读存储介质、以及能够执行该方法对应的指令的伺服驱动器。

背景技术

伺服驱动器，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统；一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。伺服驱动器作为自动化领域的重要组成部分，是现代化机电装备的关键技术之一。

交流伺服系统由三个环路组成，由外而内分别为位置环、速度环、电流环，其中电流环作为整个系统的最内环，是伺服控制系统中提高控制精度和响应速度的关键。为了提高伺服系统的动态和静态性能，伺服系统的高电流环频响(即电流环带宽)一直是伺服驱动技术的重点和难点。

在交流伺服控制系统中，制约电流环带宽的因素主要包括PWM(即脉宽调制)开关频率和控制环路延时时长。PWM开关频率受功率器件性能的限制，提升空间不大，主要从控制环路延时时长上进行改进提高电流环的带宽。其控制环路延时时长的方式，主要由电流采样、PWM占空比更新两方面的延时组成，是由电流采样和PWM更新的方式和微处理器的性能决定。

传统伺服控制系统的电流环在DSP(即数字信号处理)处理器中执行。DSP处理器是串行执行的运行模式，导致电流环从电流采样到PWM占空比更新之间的时间较长，从而严重影响了电流环的带宽。

目前随着电子技术的发展，出现了基于硬件逻辑并行处理方式的FPGA。其中，FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL(可编程阵列逻辑器件)、GAL(可编程通用逻辑器件)、CPLD(复杂可编程逻辑器件)等可编程器件的基础上进一步发展的产物。专利申请号为201610389923X的专利文献提出了一种基于FPGA的电流环控制系统和伺服装置，大大缩短了电流环的控制时间，但是此方案只对FPGA中电流环简要介绍了电流环的几个组成模块。

下面对所有用到的参数整理如下表：

下面考虑将电流环移植到FPGA后，即基于FPGA的电流环控制方式的基础上，延时对电流环带宽的影响。考虑到数字化实现过程中逆变器死区时间、电流环响应时间、电流采样时间、各种滤波环节、控制器计算处理时间等各种延时的影响，电流环控制框图如图7所示。

在上述基于FPAG的电流环控制系统和伺服装置中，多次提到延时，但是不同场合下的延时是不一样的，比如有电流采样的延时、PWM占空比更新的延时、电流环的延时等。其中，电流环的延时是总的延时，包括电流采样的延时和PWM更新的延时。

其中，将小时间常数合并得到T_d＝T_td+T_pwm，参见图7，得到电流环的开环传递函数为

按照零极点对消的方式设计控制器，即k_ps+k_i＝K(R+L_s)；其中，K是一个纯比例系数。此时的电流闭环函数变为