[发明专利]一种机器人关节伺服电机柔顺控制方法

说明书

本发明提供一种机器人关节伺服电机柔顺控制方法，属于机器人关节控制领域。所述方法包括：建立符合机器人关节柔顺控制标准的永磁同步电机数学模型；根据建立的永磁同步电机数学模型，确定电机转子的角动量与转矩冲量的平衡关系；若机器人关节末端负载转矩突变，判断负载转矩变化量是否超过预先设定的阈值；若超过预先设定的阈值，则根据建立的永磁同步电机数学模型及确定的电机转子的角动量与转矩冲量的平衡关系，确定逆变器矢量变换的时刻。采用本发明，能够显著减小机器人关节伺服控制系统在机器人关节末端负载转矩突变时的动态调节时间。

技术领域

本发明涉及机器人关节控制领域，特别是指一种机器人关节伺服电机柔顺控制方法。

背景技术

关节机器人也称关节手臂机器人或关节机械手臂，是当今工业领域中最常见的工业机器人的形态之一，适合用于诸多工业领域的机械自动化作业。比如，自动装配、喷漆、搬运、焊接等工作，关节机器人利用电机驱动，使用高精度永磁同步电机矢量控制系统实现机器人关节的高精度控制。

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，PMSM)具有尺寸小、惯量小、响应速度快、效率高等优点。高精度机器人关节多采用永磁同步电机与矢量(包括电机电压、电流等)控制的方法，然而当系统作用于一些刚性变化较大或者负载受力突变时，系统调节时间较慢，会产生超调。

发明内容

本发明实施例提供了机器人关节伺服电机柔顺控制方法，能够显著减小机器人关节伺服控制系统在机器人关节末端负载转矩突变时的动态调节时间。

本发明实施例提供了一种机器人关节伺服电机柔顺控制方法，包括：

S101，建立符合机器人关节柔顺控制标准的永磁同步电机数学模型；

S102，根据建立的永磁同步电机数学模型，确定电机转子的角动量与转矩冲量的平衡关系；

S103，若机器人关节末端负载转矩突变，判断负载转矩变化量是否超过预先设定的阈值；

S104，若超过预先设定的阈值，则根据建立的永磁同步电机数学模型及确定的电机转子的角动量与转矩冲量的平衡关系，确定逆变器矢量变换的时刻。

进一步地，建立的永磁同步电机数学模型包括：三项永磁同步电机d轴和q轴电压方程、磁链方程、永磁同步电机电磁转矩方程及电机运动学方程；其中，

三项永磁同步电机d轴和q轴电压方程为：

磁链方程为：

永磁同步电机电磁转矩方程为：

电机运动学方程为：

其中，U_d、U_q分别表示d轴电压、q轴电压，R_s表示定子等效电阻，p为微分算子，ω_t表示t时刻的电机角速度，i_d、i_q分别表示d轴电流、q轴电流，L_d、L_q分别表示d轴、q轴定子等效电感，ψ_f为转子总磁链矢量，ψ_d、ψ_q分别为电机定子磁链d轴和q轴分量，J表示电机转子的转动惯量，T_e表示电磁转矩，T_L表示负载转矩，B₀表示摩擦系数，p_n为电机极对数。

进一步地，电机转子的角动量与转矩冲量的平衡关系表示为：