伺服系统安全保护方法

摘要

本发明提供了一种伺服系统安全保护方法，该方法获取速度环输出控制量和实时加速度；根据速度环输出控制量和实时加速度，确定当前拍加速度故障状态量；根据上一拍加速度故障状态量对当前拍加速度故障状态量进行滤波处理；根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量进行安全保护。本发明提供的方法获取速度环输出控制量和实时加速度；根据速度环输出控制量和实时加速度，确定当前拍加速度故障状态量；根据上一拍加速度故障状态量对当前拍加速度故障状态量进行滤波处理；根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量进行安全保护，解决了反馈信号异常、驱动环节异常的检测手段欠缺的问题。

权利要求

1.一种伺服系统安全保护方法，其特征在于，所述方法，包括：获取速度环输出控制量和实时加速度；

根据所述速度环输出控制量和实时加速度，确定当前拍加速度故障状态量；

其中，

当前拍加速度故障状态量＝速度环输出控制量×实时加速度；

速度环输出控制量取值范围为[-8192，8192]，实时加速度取值范围为[-60，60]；

根据上一拍加速度故障状态量对当前拍加速度故障状态量进行滤波处理；

根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量进行安全保护。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据上一拍加速度故障状态量对当前拍加速度故障状态量进行滤波处理，包括：滤波处理后的当前拍加速度故障状态量＝α×当前拍加速度故障状态量+(1-α)×上一拍加速度故障状态量；

其中，α为滤波参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述α＝0.8。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量进行安全保护，包括：根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量确定当前拍是否处于异常状态；

根据当前拍是否处于异常状态的确定结果，更新故障计数器的值；

当故障计数器的值超过第一数值时，判定所述伺服系统处于异常状态，做断电保护。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一数值为1000。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量确定当前拍是否处于异常状态，包括：若滤波处理后的当前拍加速度故障状态量大于第二数值，则确定当前拍处于异常状态；

若速度环输出控制量超过预设范围，且滤波处理后的各拍加速度故障状态量均为0，则确定处于异常状态。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二数值为-5000，所述预设范围为[-

819，819]。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据当前拍是否处于异常状态的确定结果，更新故障计数器的值，包括：若确定当前拍处于异常状态，则故障计数器加一；

若确定当前拍未处于异常状态，则故障计数器清零。

9.根据权利要求4-8任一权利要求所述的方法，其特征在于，根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量确定当前拍是否处于异常状态之前，还包括：将滤波处理后的当前拍加速度故障状态量赋值到上一拍加速度故障状态量。

说明书

伺服系统安全保护方法

技术领域

[0001] 本发明涉及伺服技术领域，特别涉及一种伺服系统安全保护方法。

背景技术

[0002] 伺服系统是一种机电一体化系统，由伺服控制软件发出控制指令，经过功率放大装置驱动电机旋转，从而带动负载进行直线、旋转等动作。伺服系统往往具有高速率、高加速度、大惯量等特点，考虑到对伺服系统操作人员、所携带负载、系统自身结构部件、高精密电子元器件的保护，伺服系统安全保护方法是系统设计中极其重要的环节，保护能力的强弱直接影响人员安全、伺服系统自身及其所携带负载的使用寿命。

[0003] 传统的伺服系统安全保护方法，往往在结构设计中添加机械止挡和缓冲器，该方法可以在转台飞车后进行强制限位，从而保护电缆不被拉断。然而，伺服系统撞击机械限位产生的强大冲击会对系统自身和所携带负载产生不可预料的后果。

[0004] 除机械止档外，伺服系统会设计电气开关对自身进行断电保护，断电后由电机电枢短路或制动器抱闸产生的制动效果会让运动部分立即减速。然而，在设计中为了节约空间和缩小尺寸，电气限位与机械止档的间距往往很小，则导致运动部分刚刚被电气限位保护且为被完全制动的情况下仍然会撞击到机械止档。

[0005] 此外，伺服系统的控制柜和控制软件界面上会设置紧急停机按键，该方法虽可以有效保护系统异常振荡，但是当伺服系统飞车时，操作人员往往无法及时按下紧急停机按键，从而没办法保护系统飞车现象。

[0006] 系统飞车现象往往来自于伺服系统开环、正反馈等故障，其故障往往来源于反馈信号异常、驱动环节异常。而系统对于反馈信号异常、驱动环节异常的检测手段欠缺，所以很难利用硬件和线路本身进行保护。此外，电气限位、机械止档和手动急停，也无法有效避免飞车而带来的对伺服系统自身的冲击。

[0007] 对于一种位置环、速度环、电流环三环闭合的伺服系统，位置环和速度环的设计在伺服系统控制软件中实现，且由伺服系统控制软件采集反馈信号，电流环设计在驱动环节中实现，当反馈信号和驱动环节二者任意异常时都可能会导致伺服系统飞车。

发明内容

[0008] 为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供一种伺服系统安全保护方法。

[0009] 本实施例提供的伺服系统安全保护方法，包括：

[0010] 获取速度环输出控制量和实时加速度；

[0011] 根据所述速度环输出控制量和实时加速度，确定当前拍加速度故障状态量；

[0012] 根据上一拍加速度故障状态量对当前拍加速度故障状态量进行滤波处理；

[0013] 根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量进行安全保护。

[0014] 可选地，所述根据所述速度环输出控制量和实时加速度，确定当前拍加速度故障状态量，包括：

[0015] 当前拍加速度故障状态量＝速度环输出控制量×实时加速度；

[0016] 其中，速度环输出控制量取值范围为[-8192，8192]，实时加速度取值范围为[-60，60]。

[0017] 可选地，所述根据上一拍加速度故障状态量对当前拍加速度故障状态量进行滤波处理，包括：

[0018] 滤波处理后的当前拍加速度故障状态量＝α×当前拍加速度故障状态量+(1-α)×上一拍加速度故障状态量；

[0019] 其中，α为滤波参数。

[0020] 可选地，所述α＝0.8。

[0021] 可选地，所述根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量进行安全保护，包括：

[0022] 根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量确定当前拍是否处于异常状态；

[0023] 根据当前拍是否处于异常状态的确定结果，更新故障计数器的值；

[0024] 当故障计数器的值超过第一数值时，判定所述伺服系统处于异常状态，做断电保护。

[0025] 可选地，所述第一数值为1000。

[0026] 可选地，所述根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量确定当前拍是否处于异常状态，包括：

[0027] 若滤波处理后的当前拍加速度故障状态量大于第二数值，则确定当前拍处于异常状态；

[0028] 若速度环输出控制量超过预设范围，且滤波处理后的各拍加速度故障状态量均为0，则确定处于异常状态。

[0029] 可选地，所述第二数值为-5000，所述预设范围为[-819，819]。

[0030] 可选地，所述根据当前拍是否处于异常状态的确定结果，更新故障计数器的值，包括：

[0031] 若确定当前拍处于异常状态，则故障计数器加一；

[0032] 若确定当前拍未处于异常状态，则故障计数器清零。

[0033] 可选地，根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量确定当前拍是否处于异常状态之前，还包括：

[0034] 将滤波处理后的当前拍加速度故障状态量赋值到上一拍加速度故障状态量。

[0035] 有益效果如下：

[0036] 本发明实施例中，获取速度环输出控制量和实时加速度；根据速度环输出控制量和实时加速度，确定当前拍加速度故障状态量；根据上一拍加速度故障状态量对当前拍加速度故障状态量进行滤波处理；根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量进行安全保护，解决了反馈信号异常、驱动环节异常的检测手段欠缺的问题。

附图说明

[0037] 下面将参照附图描述本发明的具体实施例，其中：

[0038] 图1为本发明实施例中的一种伺服系统安全保护方法的流程示意图。

[0039] 图2为本发明实施例中的另一种伺服系统安全保护方法的流程示意图。

具体实施方式

[0040] 为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

[0041] 系统飞车现象往往来自于伺服系统开环、正反馈等故障，其故障往往来源于反馈信号异常、驱动环节异常。而系统对于反馈信号异常、驱动环节异常的检测手段欠缺，所以很难利用硬件和线路本身进行保护。

[0042] 基于此，本发明实施例提供了一种伺服系统安全保护方法，获取速度环输出控制量和实时加速度；根据速度环输出控制量和实时加速度，确定当前拍加速度故障状态量；根据上一拍加速度故障状态量对当前拍加速度故障状态量进行滤波处理；根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量进行安全保护，解决了反馈信号异常、驱动环节异常的检测手段欠缺的问题。

[0043] 参见图1，本实施例提供的伺服系统安全保护方法实现流程如下。

[0044] 101，获取速度环输出控制量和实时加速度。

[0045] 102，根据速度环输出控制量和实时加速度，确定当前拍加速度故障状态量。

[0046] 当前拍加速度故障状态量＝速度环输出控制量×实时加速度；

[0047] 其中，速度环输出控制量取值范围为[-8192，8192]，实时加速度取值范围为[-60，60]。

[0048] 即Value_Acce＝Vel_Out×Acce。

[0049] 其中，Value_Acce为当前拍加速度故障状态量。Vel_Out为速度环输出控制量，取值范围为[-8192，8192]。Acce为实时加速度，取值范围为[-60，60]。

[0050] 103，根据上一拍加速度故障状态量对当前拍加速度故障状态量进行滤波处理。

[0051] 滤波处理后的当前拍加速度故障状态量＝α×当前拍加速度故障状态量+(1-α)×上一拍加速度故障状态量。

[0052] 其中，α为滤波参数。

[0053] 即Value_Acce′＝α×Value_Acce+(1-α)×Value_Acce_1。

[0054] 其中，α为滤波参数，Value_Acce′为滤波处理后的当前拍加速度故障状态量。

[0055] 以α＝0.8为例，Value_Acce′＝0.8×Value_Acce+0.2×Value_Acce_1。

[0056] 104，根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量进行安全保护。

[0057] 可以按如下方式实现：

[0058] 1)将滤波处理后的当前拍加速度故障状态量赋值到上一拍加速度故障状态量。

[0059] 如，Value_Acce_1＝Value_Acce′。

[0060] 2)根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量确定当前拍是否处于异常状态。

[0061] 若滤波处理后的当前拍加速度故障状态量大于第二数值，则确定当前拍处于异常状态。

[0062] 若速度环输出控制量超过预设范围，且滤波处理后的各拍加速度故障状态量均为0，则确定处于异常状态。

[0063] 其中，第二数值为-5000，预设范围为[-819，819]。

[0064] 3)根据当前拍是否处于异常状态的确定结果，更新故障计数器的值。

[0065] 若确定当前拍处于异常状态，则故障计数器加一；

[0066] 若确定当前拍未处于异常状态，则故障计数器清零。

[0067] 4)当故障计数器的值超过第一数值时，判定伺服系统处于异常状态，做断电保护。

[0068] 其中，第一数值为1000。

[0069] 例如，当Value_Acce′大于-5000时，则将故障计数器加一，反之则将故障计数器清零。当故障计数器超过1000时，即系统运行闭环运行时间达到0.2s，则判定伺服系统处于异常状态，对伺服系统做断电保护。

[0070] 再例如，当Vel_Out超过阈值范围[-819，819]，且各拍Value_Acce′的绝对值恒为0时，则将故障计数器加一，反之则将故障计数器清零。当故障计数器超过1000时，即系统运行闭环运行时间达到0.2s，则判定伺服系统处于异常状态，对伺服系统做断电保护。

[0071] 图2示出了本实施例提供的伺服系统安全保护方法在实际应用时的流程。通过该流程解决了反馈信号异常、驱动环节异常的检测手段欠缺的问题，以及电气限位、机械止档和手动急停，无法有效避免飞车而带来对伺服系统自身的冲击。

[0072] 有益效果：获取速度环输出控制量和实时加速度；根据速度环输出控制量和实时加速度，确定当前拍加速度故障状态量；根据上一拍加速度故障状态量对当前拍加速度故障状态量进行滤波处理；根据滤波处理后的当前拍加速度故障状态量进行安全保护，解决了反馈信号异常、驱动环节异常的检测手段欠缺的问题。

[0073] 本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

[0074] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

[0075] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

[0076] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

[0077] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。