[发明专利]一种基于电机减速机驱动的高精度定位控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于电机减速机驱动的高精度定位控制系统，其特征是：包括控制器(1)、电机驱动器(2)、电机(3)、传动装置(4)、末端轴(5)和编码器(6)，所述的控制器(1)与电机驱动器(2)信号连接，电机驱动器(2)与电机(3)信号连接，电机(3)通过传动装置(4)与末端轴(5)连接，所述的编码器(6)安装在末端轴(5)上，所述的控制器(1)依据位置目标值以及编码器(6)反馈的信号，与电机驱动器(2)进行信息交换，电机驱动器(2)控制电机(3)运作，电机(3)通过传动装置(4)带动末端轴(5)运动，编码器(6)用于检测末端轴(5)的位置，并将检测值反馈到控制器(1)。

2.根据权利要求1所述的一种基于电机减速机驱动的高精度定位控制系统，其特征是：所述的控制器(1)的控制内容包括位置目标值、位置差阈值、位置差、模式选择、调控环节和末端位置控制；其中，位置差为位置目标值减去位置差阈值，再减去编码器(6)的值；模式选择依据位置差的值选择将位置差传递到调控环节或者末端位置控制。

3.根据权利要求2所述的一种基于电机减速机驱动的高精度定位控制系统，其特征是：所述的电机驱动器(2)的控制内容包括模式控制、电机增量位置控制、电机速度控制；电机驱动器(2)依据控制器(1)通过现场总线传输的模式选择来确定启动电机增量位置控制或电机速度控制，所述的调控环节能将信号传递至电机增量位置控制，末端位置控制能将信号传递至电机速度控制。

4.根据权利要求3所述的一种基于电机减速机驱动的高精度定位控制系统，其特征是：高精度定位控制系统的控制模式分为两种，其中，模式1为高速模式：控制器(1)的模式选择接通末端位置控制，电机驱动器(2)的模式控制接通电机速度控制，末端位置控制发送信号至电机速度控制，电机速度控制控制电机(3)快速运作，使末端轴(5)快速运动，接近末端轴(5)的位置目标值；模式2为高精度模式：控制器(1)的模式选择接通控制环节，电机驱动器(2)的模式控制接通电机增量位置控制，控制环节发送电机步数信号至电机增量位置控制，电机增量位置控制控制电机(3)运作指定步数，使末端轴(5)移动指定角度，低速逼近末端轴(5)的位置目标值。

5.如权利要求4所述的一种基于电机减速机驱动的高精度定位控制系统的定位控制方法，其特征是：设位置目标值为θ，设位置差为Δθ，位置差阈值设为Δθ_max，传动装置(4)的齿隙折算到末端轴(5)的角度设为θ_Backlash，定位精度设为δ，设模式2低速逼近步进角为Δθ_min，定位过程包括如下步骤：

步骤一、控制器(1)将模式选择选为模式1，即末端轴(5)全闭环位置控制模式，位置目标值θ、位置差阈值Δθ_max、编码器(6)经过运算后，得到位置差Δθ，即通过末端位置控制向电机速度控制发送电机转动Δθ的指令，电机速度控制控制电机(3)运作，将末端轴(5)快速定位到θ-Δθ_max位置，此时末端轴(5)停止位置距离位置目标值相差Δθ_max；

步骤二、在末端轴(5)停止后，模式选择置于模式2，将Δθ_max传递到调控环节，模式选择同时线将电机(3)驱动的模式控制置于电机增量位置控制，即末端轴(5)半闭环控制模式；调控环节将电机步数i＝Δθ_max/Δθ_min的信号发送至电机增量位置控制，电机增量位置控制控制电机(3)移动i步，使末端轴(5)转动至目标位置；

步骤三、调控环节读取编码器(6)值θ_act，判断θ-θ_act是否小于定位精度δ，若不是，则跳转步骤二，若是，则定位结束。

6.根据权利要求5所述的一种基于电机减速机驱动的高精度定位控制方法，其特征是：位置差阈值取2×θ_Backlash≤Δθ_max≤10×θ_Backlash。

7.根据权利要求5所述的一种基于电机减速机驱动的高精度定位控制方法，其特征是：低速逼近步进角Δθ_min取值范围为