本发明公开了一种应用于机器人的驱控一体机的动态母线欠压保护方法，本发明包括以下步骤：S1：实时采样母线电压Udc；S2：根据母线电容允许纹波电流设置电气系统允许最低母线电压Udc_min_e；S3：根据现场应用的工艺要求设置各个关节允许的角速度最大偏差百分比ωerr_max和加速度最大偏差百分比ωerr_max；S4：实时计算所有关节的电机调制线电压调制比M；S5：计算机器人所有关节允许的最低转速ωmin和最低加速度amin；S6：计算在当前姿态下各个关节所需要的力矩Tmin；S7：计算各个关节电机的允许的最低母线电压Udc_min_dy；S8：判断机器人当前是否处于空行程，如是，允许线电压调制比M＞1，如否，则将线电压调制比M限定到1之内。
1.一种应用于机器人的驱控一体机的动态母线欠压保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S2：根据母线电容允许纹波电流设置电气系统允许最低母线电压Udc_min_e；
S3：根据现场应用的工艺要求设置机器人各个关节允许的角速度最大偏差百分比ωerr_max和加速度最大偏差百分比aerr_max；
S4：计算机器人所有关节允许的最低转速ωmin和最低加速度amin；
S5：计算机器人在当前姿态下各个关节所需要的力矩Tmin；
S6：计算满足机器人各个关节电机出力的允许的最低母线电压Udc_min_dy；
S7：实时计算机器人所有关节的电机调制线电压调制比M；
S8：判断机器人当前是否处于空行程，如是，允许线电压调制比M＞1，如否，则将线电压调制比M限定到1之内；
S9：S7中如果线电压调制比M≥1，判断母线电压Udc是否大于动力学允许最低母线电压Udc_min_dy，如是，则继续运行，否则进行欠压保护停机；
S10：判断母线电压Udc是否小于电气允许最小母线电压Udc_min_e，如果小于，无论是否满足S9条件，均进行欠压停机保护；
所述S4中，最低转速ωmin和最低加速度amin的计算公式分别如下：ωmin＝ωset*(1‑ωerr_max) (3)amin＝aset*(1‑aerr_max) (4)式3：ωset为设定角速度，ωerr_max为角速度最大偏差百分比；
式4：aset为设定加速度，aerr_max为加速度最大偏差百分比；
所述S5中，所述力矩Tmin的计算公式如下：式5：M(q)为惯性矩阵集， 为离心力和科氏力参数集，G(q)为重力，为关节角加速度，为关节角速度，Tmin为关节力矩。
2.根据权利要求1所述的一种应用于机器人的驱控一体机的动态母线欠压保护方法，其特征在于，所述S6中，所述最低母线电压Udc_min_dy的计算公式如下：Tmin＝Ktiq_min (6)Udc_min_dy＝Us_min (9)式6：Tmin为机器人允许最小电机转矩，Kt为电机转矩常数，iq_min为机器人允许最小q轴电流；
式7：Ud_min为机器人允许最小d轴电压，Uq_min为机器人允许最小q轴电压，id_min为机器人允许最小d轴电流，iq_min为机器人允许最小q轴电流，Rd为电机d轴电阻，Ld为电机d轴电感，Rq为电机q轴电阻，Lq为电机q轴电感，P为电机极对数，ω为电机角速度， 为电机磁链。
3.根据权利要求1所述的一种应用于机器人的驱控一体机的动态母线欠压保护方法，其特征在于，所述S7中，线电压调制比M的计算公式如下：式1：Ud_act为电流环输出d轴电压；
一种应用于机器人的驱控一体机的动态母线欠压保护方法
技术领域
[0001] 本发明涉及工业机器人控制技术领域，尤其是一种应用于机器人的驱控一体机的动态母线欠压保护方法。
背景技术
[0002] 工业机器人要求有很高的工作节拍，因此在启动的瞬间会产生很大的启动电流，此时会迅速拉低驱动器母线电压。在传统的伺服驱动中母线欠压的门限是一个固定值，只
要母线电压低于此值就会进行欠压保护停机。但在实际运行中并不是低于该门限值的电压
一定是有危害的，高于此门限的电压一定是无害的。把欠压保护阀值“一刀切”的做法会减
低机器人连续运行的时间，大大降低了现场应用的效率。
发明内容
[0003] 为了解决因为母线欠压导致停机影响使用效率的问题，通常的解决方法就是不断降低母线欠压保护的阀值，但一味降低保护阀值不仅仅会影响整个伺服驱动器的使用寿
命，还有可能因为电压不足导致出力不够发生机器人撞机，失速等更加严重的后果。本发明
提供一种应用于机器人的驱控一体机的动态母线欠压保护方法，本发明从直流电压利用
率，机器人出力，驱动器寿命，推导出不同工况下需要的母线电压值，从而动态调整该欠压
保护的阀值，从而提高机器人使用效率。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0005] 一种应用于机器人的驱控一体机的动态母线欠压保护方法，包括以下步骤：
[0006] S1：实时采样母线电压Udc；
[0007] S2：根据母线电容允许纹波电流设置电气系统允许最低母线电压Udc_min_e；
[0008] S3：根据现场应用的工艺要求设置机器人各个关节允许的角速度最大偏差百分比ωerr_max和加速度最大偏差百分比ωerr_max；
[0009] S4：计算机器人所有关节允许的最低转速ωmin和最低加速度amin；
[0010] S5：计算机器人在当前姿态下各个关节所需要的力矩Tmin；
[0011] S6：计算满足机器人各个关节电机出力的允许的最低母线电压Udc_min_dy；
[0012] S7：实时计算机器人所有关节的电机调制线电压调制比M；
[0013] S8：判断机器人当前是否处于空行程，如是，允许线电压调制比M>1，如否，则将线电压调制比M限定到1之内；
[0014] S9：S7中如果线电压调制比M≥1，判断母线电压Udc是否大于动力学允许最低母线电压Udc_min_dy，如是，则继续运行，否则进行欠压保护停机；
[0015] S10：判断母线电压Udc是否小于电气允许最小母线电压Udc_min_e，如果小于，无论是否满足S9条件，均进行欠压停机保护。
[0016] 进一步的，所述S4中，最低转速ωmin和最低加速度amin的计算公式分别如下：
[0017] ωmin＝ωset*(1‑ωerr_max) (3)
[0018] amin＝aset*(1‑aerr_max) (4)
[0019] 式3：ωset为设定角速度，ωerr_max为角速度最大偏差百分比；
[0020] 式4：aset为设定加速度，aerr_max为加速度最大偏差百分比。
[0021] 进一步的，所述S5中，所述力矩Tmin的计算公式如下：
[0022]
[0023] 式5：M(q)为惯性矩阵集， 为离心力和科氏力参数集，G(q)为重力，为关节角加速度，为关节角速度，Tmin为关节力矩。
[0024] 进一步的，所述S6中，所述最低母线电压Udc_min_dy的计算公式如下：
[0025] Tmin＝Ktiq_min (6)
[0026]
[0027]
[0028] Udc_min_dy＝Us_min (9)
[0029] 式6：Tmin为机器人允许最小电机转矩，Kt为电机转矩常数，iq_min为机器人允许最小q轴电流；
[0030] 式7：Ud_min为机器人允许最小d轴电压，Uq_min为机器人允许最小q轴电压，id_min为机器人允许最小d轴电流，iq_min为机器人允许最小q轴电流，Rd为电机d轴电阻，Ld为电机d轴电
感，Rq为电机q轴电阻，Lq为电机q轴电感，P为电机极对数，ω为电机角速度， 为电机磁链。
[0031] 进一步的，所述S7中，线电压调制比M的计算公式如下：
[0032]
[0033]
[0034] 式1：Ud_act为电流环输出d轴电压；
[0035] Uq_act为电流环输出q轴电压；
[0036] Us_act为控制相电压幅值；
[0037] 式2：M为线电压调制比；
[0038] Udc为直流母线电压。
[0039] 本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
[0040] 本发明提出的动态母线电压欠压保护，不仅仅提高了机器人在现场应用的效率，减小了停机时间而且能够最大程度的保护机器人和电气系统，提高了整机的使用寿命。
附图说明
[0041] 图1是一种应用于机器人的驱控一体机的动态母线欠压保护方法的流程图。
具体实施方式
[0042] 下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出
创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
[0043] 实施例1:
[0044] 如图1所示，一种应用于机器人的驱控一体机的动态母线欠压保护方法，包括以下步骤：
[0045] S1：实时采样母线电压Udc；
[0046] S2：根据母线电容允许纹波电流设置电气系统允许最低母线电压ωdc_min_e；
[0047] S3：根据现场应用的工艺要求设置机器人各个关节允许的角速度最大偏差百分比ωerr_max和加速度最大偏差百分比ωerr_max；
[0048] 这个参数需要用户结合自己的工况给出来，比如在有些应用中就要求转速和加速度必须严格跟随指令，有些应用可以有偏差，该步骤希望能设置出允许的最大偏差。
[0049] S4：计算机器人所有关节允许的最低转速ωmin和最低加速度amin；
[0050] 所述S4中，最低转速ωmin和最低加速度amin的计算公式分别如下：
[0051] ωmin＝ωset*(1‑ωerr_max) (3)
[0052] amin＝aset*(1‑aerr_max) (4)
[0053] 式3：ωset为设定角速度，ωerr_max为角速度最大偏差百分比；
[0054] 式4：aset为设定加速度，aerr_max为加速度最大偏差百分比。
[0055] S5：计算机器人在当前姿态下各个关节所需要的力矩Tmin；根据连杆动力学拉格朗日方程式，带入各关节的最小速度ωmin和最小加速度amin以及当前位置。令 和
以及各个关节当前位置q，即可得到此时各个关节需要的最小力矩Tmin
[0056] 所述S5中，所述力矩Tmin的计算公式如下：
[0057]
[0058] 式5：M(q)为惯性矩阵集， 为离心力和科氏力参数集，G(q)为重力，为关节角加速度，为关节角速度，Tmin为关节力矩。
[0059] S6：计算满足机器人各个关节电机出力的允许的最低母线电压Udc_min_dy；根据动力学计算的力矩Tmin，通过式6得到机器人允许最小q轴电流iq_min，而最大转矩控制id_min＝0，
将id_min，iq_min，电机转速ω带入式7得到机器人允许最小d轴电压Ud_min和q轴电压Uq_min，再将
Ud_min和Uq_min带入式8得到此时允许的最低控制电压Us_min。计算此时允许的最低母线电压
Udc_min_dy＝Us_min。
[0060] 所述S6中，所述最低母线电压Udc_min_dy的计算公式如下：
[0061] Tmin＝Ktiq_min (6)
[0062]
[0063]
[0064] Udc_min_dy＝Us_min (9)
[0065] 式6：Tmin为机器人允许最小电机转矩，Kt为电机转矩常数，iq_min为机器人允许最小q轴电流；
[0066] 式7：Ud_min为机器人允许最小d轴电压，Uq_min为机器人允许最小q轴电压，id_min为机器人允许最小d轴电流，iq_min为机器人允许最小q轴电流，Rd为电机d轴电阻，Ld为电机d轴电
感，Rq为电机q轴电阻，Lq为电机q轴电感，P为电机极对数，ω为电机角速度， 为电机磁链。
[0067] S7：实时计算机器人所有关节的电机调制线电压调制比M；
[0068] 所述S7中，线电压调制比M的计算公式如下：
[0069]
[0070]
[0071] 式1：Ud_act为电流环输出d轴电压；
[0072] Uq_act为电流环输出q轴电压；
[0073] ωs_act为控制相电压幅值；
[0074] 式2：M为线电压调制比；
[0075] Udc为直流母线电压。
[0076] S8：判断机器人当前是否处于空行程，如是，允许线电压调制比M>1，如否，则将线电压调制比M限定到1之内；
[0077] S9：S7中如果线电压调制比M≥1，判断母线电压Udc是否大于动力学允许最低母线电压Udc_min_dy，如是，则继续运行，否则进行欠压保护停机；
[0078] S10：判断母线电压Udc是否小于电气允许最小母线电压Udc_min_e，如果小于，无论是否满足S9条件，均进行欠压停机保护。
[0079] 传统的母线电压欠压保护的欠压阀值是固定的，该值的设置是否合理没有明确的判定条件，如果设置过高会严重影响现场设备使用的连续性，降低使用效率。如果设置过
低，母线电压过低有可能达不到现场使用的工艺要求，甚至有可能撞机，也会增大电气系统
中母线电容的纹波电流，降低电气设备的使用寿命。
[0080] 本发明以电气系统允许的最低母线电压作为最低的阀值，同时根据现场应用工艺要求设置各关节的允许最低速度和加速度，应用动力学计算出各个关节的最低力矩，再根
据各个关节的最低力矩以及当前电机转速计算允许的母线最低电压。最后综合电气系统允
许的最低电压和动力学允许的最低电压结合各个关节电机的调制比来判断是否进行母线
欠压保护。
[0081] 本发明提出的动态母线电压欠压保护，不仅仅提高了机器人在现场应用的效率，减小了停机时间而且能够最大程度的保护机器人和电气系统，提高了整机的使用寿命。
[0082] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
