一种用于游乐设施轨道检测装置的双伺服电机控制方法

摘要

本发明公开了一种用于游乐设施轨道检测装置的双伺服电机控制方法，使用两部电机分别驱动左右两侧的驱动轮，其中伺服电机一为主、伺服电机二为从，伺服电机二工作在扭矩模式下，根据伺服电机一的电流反馈值来调整伺服电机二的输出扭矩，使二者的电流反馈值接近，从而确保二者工作状态相近，避免二者之间出现较近的情况，结构简单、响应速度快、可靠性高、灵活性好，能有效、稳定地控制游乐设施轨道检测装置的行走，更好地实现游乐设施轨道检测装置对轨道的全面检测。

权利要求

1.一种用于游乐设施轨道检测装置的双伺服电机控制方法，其特征在于：使用伺服电机一与伺服电机二分别控制驱动轮一与驱动轮二转动，并将伺服电机二设置为扭矩控制模式；

控制伺服电机一转动，并获取伺服电机一的电流反馈值，依据伺服电机一的电流反馈值对伺服电机二施行扭矩控制；

对伺服电机二施行扭矩控制时，还要实时获取伺服电机二的电流反馈值，并求取伺服电机一与伺服电机二的电流反馈值的差值，再依据该差值控制伺服电机二的输出扭矩，控制目标为伺服电机一与伺服电机二的电流反馈值相等；

通过PID算法对伺服电机二的输出扭矩进行控制；

设伺服电机一与伺服电机二的电流反馈值的差值e=I1‑I2，I1为伺服电机一的电流反馈值，I2为伺服电机二的电流反馈值；当e>0时，PID算法中的比例系数Kp根据e的大小调整——e值越小则Kp越小，以降低系统静态误差，减弱波动；当e<0时，通过PID算法中的积分环节，降低系统静态误差。

2.如权利要求1所述的用于游乐设施轨道检测装置的双伺服电机控制方法，其特征在于：所述伺服电机一工作于速度控制模式。

说明书

一种用于游乐设施轨道检测装置的双伺服电机控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种伺服电机的控制方法，尤其是一种控制游乐设施轨道检测装置中的双伺服电机的方法。

背景技术

[0002] 游乐设施轨道检测装置通过在沿设施轨道行走的车辆上搭载摄像头、超声波测厚仪、涡流探伤仪等检测仪器，实现对游乐设施轨道的宏观检测、壁厚检测和裂纹检测等功
能。

[0003] 游乐设施轨道通常为并行的两组，车辆的左右驱动轮分别沿对应侧的轨道行走。传统的电机驱动控制方法应用到该类轨道车辆上，存在以下问题：无论是左右驱动轮由同
一电机经过差速传动机构进行驱动，还是分别由两部电机独立驱动，都存在两侧车轮相互
较劲的问题——即左右车轮与轨道间的相对运动状态不一致，最终导致车辆行走不稳定、
甚至无法正常行走的情况出现，严重影响检测工作的进行。

发明内容

[0004] 本发明提出了一种用于游乐设施轨道检测装置的双伺服电机控制方法，其目的是：确保左右驱动轮与轨道间的相对运动状态一致，避免相互较劲的现象出现。

[0005] 本发明技术方案如下：

[0006] 一种用于游乐设施轨道检测装置的双伺服电机控制方法，使用伺服电机一与伺服电机二分别控制驱动轮一与驱动轮二转动，并将伺服电机二设置为扭矩控制模式；

[0007] 控制伺服电机一转动，并获取伺服电机一的电流反馈值，依据伺服电机一的电流反馈值对伺服电机二施行扭矩控制。

[0008] 作为本方法的进一步改进：对伺服电机二施行扭矩控制时，还要实时获取伺服电机二的电流反馈值，并求取伺服电机一与伺服电机二的电流反馈值的差值，再依据该差值
控制伺服电机二的输出扭矩，控制目标为伺服电机一与伺服电机二的电流反馈值相等。

[0009] 作为本方法的进一步改进：通过PID算法对伺服电机二的输出扭矩进行控制。

[0010] 作为本方法的进一步改进：设伺服电机一与伺服电机二的电流反馈值的差值e=I1‑I2，I1为伺服电机一的电流反馈值，I2为伺服电机二的电流反馈值，当e>0时，PID算法中
的比例系数Kp根据e的大小调整——e值越小则Kp越小，以降低系统静态误差，减弱波动。

[0011] 作为本方法的进一步改进：当e<0时，通过PID算法中的积分环节，降低系统静态误差。

[0012] 作为本方法的进一步改进：所述伺服电机一工作于速度控制模式。

[0013] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：（1）本发明使用两部电机分别驱动左右两侧的驱动轮，其中伺服电机一为主、伺服电机二为从，伺服电机二工作在扭矩模式下，
根据伺服电机一的电流反馈值来调整伺服电机二的输出扭矩，使二者的电流反馈值接近，
从而确保二者工作状态相近，避免二者之间出现较近的情况，确保车辆稳定运行，框架结构
简单、灵活；（2）采用PID算法，依据伺服电机一和二的电流反馈值之差对伺服电机二进行控
制，响应速度快、可靠性高、灵活性好；（3）当e>0时，PID算法中的比例系数Kp根据e的大小调
整，e值越小则Kp越小，从而在伺服电机二的扭矩接近伺服电机一时，减缓伺服电机二的输
出扭矩提升速度，降低系统静态误差，减弱波动；（4）PID算法中的积分环节可以进一步有效
消除比例调节所带来的静态偏差。

附图说明

[0014] 图1为双伺服电机控制系统的结构示意图。

[0015] 图2为本控制方法的流程示意图。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图详细说明本发明的技术方案：

[0017] 一种用于游乐设施轨道检测装置的双伺服电机控制方法，采用如图1所示的控制系统来控制游乐设施轨道检测装置车辆的行走。

[0018] 该控制系统包括人机交互模块、地面核心控制器、无线控制模块、车载核心控制器、现场总线模块、伺服驱动器一、伺服电机一、编码器一、同步带一、驱动轮一、伺服驱动器
二、伺服电机二、编码器二、同步带二和驱动轮二。

[0019] 操作人员通过所述人机交互模块控制所述地面核心控制器，所述地面核心控制器通过所述无线控制模块将控制指令传输给所述车载核心控制器，所述车载核心控制器通过
所述现场总线模块将数据传输给所述伺服驱动器一和所述伺服驱动器二。

[0020] 所述伺服驱动器一控制所述伺服电机一，所述伺服电机一输出轴通过同步带一带动驱动轮一转动，所述编码器一用于检测所述伺服电机一的转速。同时，所述伺服驱动器一
将所述伺服电机一的实时电流反馈值通过所述现场总线模块反馈给所述车载核心控制器。

[0021] 所述伺服驱动器二控制所述伺服电机二，所述伺服电机二输出轴通过同步带二带动驱动轮二转动，所述编码器二用于检测所述伺服电机二的转速。同时，所述伺服驱动器二
将所述伺服电机二的实时电流反馈值通过所述现场总线模块反馈给所述车载核心控制器。

[0022] 本实施例中，所述人机交互模块是型号为CC‑10的触摸屏；所述地面核心控制器的型号为2080‑LC20‑20QBB；所述无线控制模块的型号为WLAN 5100和WLAN 1100；所述车载核
心控制器的型号为1769‑L16ER；所述现场总线模块的型号为1734‑232ASC；所述伺服驱动器
的型号为DCPC‑048‑50‑OP‑E；所述伺服电机的型号为D110M‑0600 30B‑E。

[0023] 基于上述控制系统的控制方法，核心在于：所述伺服电机一工作于速度控制模式，伺服电机二工作于扭矩控制模式，依据伺服电机一的电流反馈值对伺服电机二施行扭矩控
制。

[0024] 如图2，通过所述人机交互模块设置所述伺服电机一的初始速度，伺服电机一转动，且车载核心控制器将伺服电机一的电流反馈值写入伺服驱动器二，使伺服电机二以该
设定的初始电流值运行。开始运行后，所述车载核心控制器实时读取所述伺服电机一和伺
服电机二的电流反馈值，求取伺服电机一与伺服电机二的电流反馈值的差值，再依据该差
值通过PID算法求得伺服电机二的控制量，将控制量赋值至伺服驱动器二，实现伺服电机二
的扭矩控制。PID算法的控制目标为伺服电机一与伺服电机二的电流反馈值相等，即两部电
机的输出扭矩基本接近，使二者工作状态相近，从而避免相互较劲的情况。

[0025] 具体的，设伺服电机一与伺服电机二的电流反馈值的差值e=I1‑I2，I1为伺服电机一的电流反馈值，I2为伺服电机二的电流反馈值。伺服驱动器二中的PID模块以e为输入，输
出0‑10V模拟量控制伺服电机二的扭矩。当e>0时，PID算法中的比例系数Kp会根据e的大小
调整——e值越小则Kp越小，从而在伺服电机二的扭矩接近伺服电机一时，减缓伺服电机二
的输出扭矩提升速度，以降低系统静态误差，减弱波动。另一方面，通过PID算法中的积分环
节，可以进一步消除比例调节所带来的静态偏差。

[0026] 具体工作步骤如下：

[0027] （1）操作人员通过人机交互模块输入伺服电机一的运行速度，并选择前进或后退功能，地面核心控制器写入控制指令，并通过无线控制模块传输给车载核心控制器，进而将
此数据通过现场总线模块写入伺服驱动器一；

[0028] （2）操作人员通过人机交互模块按下启动按钮，伺服电机一以设定方向及速度开始运行；

[0029] （3）伺服驱动器一将伺服电机一的初始电流反馈值通过现场总线模块反馈给车载核心控制器，车载核心控制器通过计算将电流值变换为电压值输出到伺服驱动器二，伺服
驱动器二将其转换为电流值控制伺服电机二启动运行；对伺服电机二进行初始电流值赋值
的目的是：避免直接采用PID控制导致伺服电机二的控制量瞬间增大引起系统振荡，完成两
台电机的起步运行后，再过渡到PID控制阶段；

[0030] （4）运行过程中，车载核心控制器根据伺服电机一和伺服电机二的电流反馈差值，通过PID调节实时计算伺服电机二的控制量，并赋值到伺服驱动器二，调整伺服电机二的输
出扭矩及加速度。当伺服电机二的电流反馈值接近所述伺服电机一时，调整扭矩增加速率
（Kp），避免伺服电机二的扭矩超过伺服电机一，当伺服电机二的扭矩超出伺服电机一时，通
过积分调节降低偏差，确保伺服电机一和伺服电机二的扭矩值接近，最终避免发生较劲现
象；

[0031] （5）游乐设施轨道检测装置实现稳定行走，对轨道全面检测，检测完成后，操作人员通过人机交互模块按下停止按钮，伺服电机一和伺服电机二停止运行，游乐设施轨道检
测装置停机。

[0032] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化，都应涵盖在发明的保护范围之内。