阅读说明：本技术 一种电机转动的控制方法及终端 (Motor rotation control method and terminal ) 是由 何春洪 于 2020-05-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种电机转动的控制方法及终端,确定所述电机的当前转动角度和目标转动角度,根据所述当前转动角度和目标转动角度确定角度变化量；根据所述电机的当前转动角度和所述角度变化量确定所述电机的占空比,所述占空比保证所述电机能够转动；根据所述占空比对所述电机的转动角度进行调整直至将所述电机的转动角度调整至所述目标转动角度；通过二级控制方式对电机转动进行控制,能够弥补单纯使用PWM调速过程中,低速情况调节不稳定甚至无法调节的问题,二级控制可以实现不同速度下高扭力输出控制,在电机低速运转下也能输出大扭力运动,在离合控制上发挥着重要作用。(The invention discloses a control method and a terminal for motor rotation, which are used for determining the current rotation angle and the target rotation angle of a motor and determining the angle variation according to the current rotation angle and the target rotation angle; determining a duty ratio of the motor according to the current rotation angle of the motor and the angle variation, wherein the duty ratio ensures that the motor can rotate; adjusting the rotation angle of the motor according to the duty ratio until the rotation angle of the motor is adjusted to the target rotation angle; the motor is controlled to rotate in a secondary control mode, the problem that the low-speed condition is unstable in adjustment or even cannot be adjusted in the process of simply using PWM (pulse-width modulation) speed regulation can be solved, high-torque output control under different speeds can be realized through secondary control, large-torque motion can be output under the low-speed operation of the motor, and the secondary control plays an important role in clutch control.)

一种电机转动的控制方法及终端

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种电机转动的控制方法及终端。

背景技术

传统直流有刷电机通常采用脉冲宽度调制(PWM)方式控制电机，通过控制驱动输出的占空比进行电机正反转及转速控制，不过采用此方式进行控制，在低转速情况下，会出现驱动不足，造成无法正常驱动电机转动的情况，若提高占空比，电机转动未能快速调整占空比，又会引起转速不稳定，无法实现低转速高扭力输出运转。，但是，许多控制领域都需要实现电机在低速情况下运转，例如离合电机接合控制，转向电机转向控制等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种电机转动的控制方法及终端，实现电机低速运转也能输出大扭力运动，避免传统PWM调速在低转速情况下无法转动和PWM调速不稳定的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：

一种电机转动的控制方法，包括步骤：

S1、确定所述电机的当前转动角度和目标转动角度，根据所述当前转动角度和目标转动角度确定角度变化量；

S2、根据所述电机的当前转动角度和所述角度变化量确定所述电机的占空比，所述占空比保证所述电机能够转动；

S3、根据所述占空比对所述电机的转动角度进行调整，并返回S2直至将所述电机的转动角度调整至所述目标转动角度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

一种电机转动的控制终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

S1、确定所述电机的当前转动角度和目标转动角度，根据所述当前转动角度和目标转动角度确定角度变化量；

S2、根据所述电机的当前转动角度和所述角度变化量确定所述电机的占空比，所述占空比保证所述电机能够转动；

S3、根据所述占空比对所述电机的转动角度进行调整，并返回S2直至将所述电机的转动角度调整至所述目标转动角度。

本发明的有益效果在于：先将目标转动角度进行细分成多个小目标转动角度，确定角度变化量，接着根据角度变化量和当前转动角度确定保证电机能够转动的占空比，并根据占空比对电机的转动角度进调整，通过二级控制方式对电机转动进行控制，能够弥补单纯使用PWM调速过程中，低速情况调节不稳定甚至无法调节的问题，二级控制可以实现不同速度下高扭力输出控制，在电机低速运转下也能输出大扭力运动，在离合控制上发挥着重要作用。

附图说明

图1为本发明实施例的一种电机转动的控制方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例的一种电机转动的控制终端的结构示意图；

图3为本发明实施例的对电机转动进行控制的电机控制系统的结构示意图；

标号说明：

1、一种电机转动的控制终端；2、存储器；3、处理器。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，一种电机转动的控制方法，包括步骤：

S1、确定所述电机的当前转动角度和目标转动角度，根据所述当前转动角度和目标转动角度确定角度变化量；

S2、根据所述电机的当前转动角度和所述角度变化量确定所述电机的占空比，所述占空比保证所述电机能够转动；

S3、根据所述占空比对所述电机的转动角度进行调整，并返回S2直至将所述电机的转动角度调整至所述目标转动角度。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：先将目标转动角度进行细分成多个小目标转动角度，确定角度变化量，接着根据角度变化量和当前转动角度确定保证电机能够转动的占空比，并根据占空比对电机的转动角度进调整，通过二级控制方式对电机转动进行控制，能够弥补单纯使用PWM调速过程中，低速情况调节不稳定甚至无法调节的问题，二级控制可以实现不同速度下高扭力输出控制，在电机低速运转下也能输出大扭力运动，在离合控制上发挥着重要作用。

进一步的，所述S1包括：

所述角度变化量：

式中，cur_angle表示当前转动角度，tar_angle表示目标转动角度，f表示控制频率，accuracy表示电机精度。

由上述描述可知，根据当前转动角度、目标转动角度以及控制频率确定对目标进行细分的细分宽度，如果控制频率足够高，保证足够细分，则能够保证电机转速变化过程中速度的连续性与均匀稳定性。

进一步的，所述S2中根据所述电机的当前转动角度和所述角度变化量确定所述电机的占空比包括：

根据所述角度变化量确定细分目标转动角度；

根据所述细分目标转动角度和所述当前转动角度确定电机角度偏差；

根据所述电机角度偏差确定预设时间段内的电机角度积分和电机角度差分；

根据所述电机角度偏差、电机角度积分和电机角度差分确定所述电机的占空比。

进一步的，所述根据所述电机角度偏差、电机角度积分和电机角度差分确定所述电机的占空比包括：

电机的占空比P_pwm为：

式中，Kp表示比例项系数，k表示预设时间段内的k个时间采样点，e_angle表示电机角度偏差，Ki表示积分项系数，Kd表示微分项系数。

由上述描述可知，通过根据电机角度偏差及其在预设时间段内的积分和差分确定电机的占空比能够保证所计算出的占空比的准确性和稳定性，进行占空比计算时所用到的参数可以通过实际调试测试确定，保证电机转动控制的可靠性。

请参照图2，一种电机转动的控制终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

S1、确定所述电机的当前转动角度和目标转动角度，根据所述当前转动角度和目标转动角度确定角度变化量；

S2、根据所述电机的当前转动角度和所述角度变化量确定所述电机的占空比，所述占空比保证所述电机能够转动；

S3、根据所述占空比对所述电机的转动角度进行调整，并返回S2直至将所述电机的转动角度调整至所述目标转动角度。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：先将目标转动角度进行细分成多个小目标转动角度，确定角度变化量，接着根据角度变化量和当前转动角度确定保证电机能够转动的占空比，并根据占空比对电机的转动角度进调整，通过二级控制方式对电机转动进行控制，能够弥补单纯使用PWM调速过程中，低速情况调节不稳定甚至无法调节的问题，二级控制可以实现不同速度下高扭力输出控制，在电机低速运转下也能输出大扭力运动，在离合控制上发挥着重要作用。

进一步的，所述S1包括：

所述角度变化量：

式中，cur_angle表示当前转动角度，tar_angle表示目标转动角度，f表示控制频率，accuracy表示电机精度。

由上述描述可知，根据当前转动角度、目标转动角度以及控制频率确定对目标进行细分的细分宽度，如果控制频率足够高，保证足够细分，则能够保证电机转速变化过程中速度的连续性与均匀稳定性。

进一步的，所述S2中根据所述电机的当前转动角度和所述角度变化量确定所述电机的占空比包括：

根据所述角度变化量确定细分目标转动角度；

根据所述细分目标转动角度和所述当前转动角度确定电机角度偏差；

根据所述电机角度偏差确定预设时间段内的电机角度积分和电机角度差分；

根据所述电机角度偏差、电机角度积分和电机角度差分确定所述电机的占空比。

进一步的，所述根据所述电机角度偏差、电机角度积分和电机角度差分确定所述电机的占空比包括：

电机的占空比P_pwm为：

式中，Kp表示比例项系数，k表示预设时间段内的k个时间采样点，e_angle表示电机角度偏差，Ki表示积分项系数，Kd表示微分项系数，n表示的是积分量。

由上述描述可知，通过根据电机角度偏差及其在预设时间段内的积分和差分确定电机的占空比能够保证所计算出的占空比的准确性和稳定性，进行占空比计算时所用到的参数可以通过实际调试测试确定，保证电机转动控制的可靠性。

实施例一

请参照图1，一种电机转动的控制方法，包括步骤：

S1、确定所述电机的当前转动角度和目标转动角度，根据所述当前转动角度和目标转动角度确定角度变化量；

所述角度变化量：

式中，cur_angle表示当前转动角度，tar_angle表示目标转动角度，f表示控制频率，accuracy表示电机精度，通常取角度模数采用的分辨率；

其中，控制频率f必须足够到(大于或者等于100Hz)才能保证速度的连续；

S2、根据所述电机的当前转动角度和所述角度变化量确定所述电机的占空比，所述占空比保证所述电机能够转动；

其中，根据所述电机的当前转动角度和所述角度变化量确定所述电机的占空比包括：

根据所述角度变化量确定细分目标转动角度＝上次角度+角度变化量：

tar_angle＝tar_angle'+angle_change；

其中，上次角度指的是上一个细分目标转动角度值，如果当前的细分目标转动角度为第一个细分目标转动角度值，则上次角度为当前采样角度值；

根据所述细分目标转动角度和所述当前转动角度确定电机角度偏差：

e_angle(k)＝tar_angle-cur_angle；

根据所述电机角度偏差确定预设时间段内的电机角度积分：

和电机角度差分：

e_angle(k)-e_angle(k-1)

根据所述电机角度偏差、电机角度积分和电机角度差分确定所述电机的占空比；

具体的，电机的占空比P_pwm为：

式中，Kp表示比例项系数，k表示预设时间段内的k个时间采样点，k指代最近一次计算值，k-1表示上一次计算值，……，1表示第一次计算值；由于控制持续进行，k是不断进行、持续更新的；

e_angle表示电机角度偏差，Ki表示积分项系数，Kd表示微分项系数；偏离目标角度越大，占空比量越大，正代表正向转至目标角度，负代表负向转到目标角度；Ki、Kp和Kd参数通过实际调试测试确定，以保证控制可靠性；

S3、根据所述占空比对所述电机的转动角度进行调整，并返回S2直至将所述电机的转动角度调整至所述目标转动角度；

其中，电机为带角度传感器的电机，在电机转动过程中可获取电机转过角度，如图3所示，可通过驱动输出、角度反馈、控制计算实现电机的负反馈控制：

控制器主要有模数转换采集角度信号，控制器根据目标转动角度和当前转动角度，计算出电机需要的驱动值，进行驱动输出；

上述电机转动的控制过程包括两级控制：

一级控制：通过模数转换读取电机位置得到角度数字信号，根据二级细分的小目标位置，根据如图3所示的结构和上述占空比的计算公式进行闭环运算，计算驱动输出量，通过该驱动输出量，可实现电机达到指定角度；

二级控制：根据当前角度数字信号和目标控制角度数字信号，对目标进行细分，细分宽度取决于目标控制角度距离、目标控制速度和控制频率，控制频率必须足够高(大于100Hz)才能保证速度的连续；

其中，角度采样是等时间间隔采样的，每次采样得到角度后进行计算一次输出控制，采样时间很快，例如，1ms采样一次，输出控制是根据当前采样和目标角度计算得到，输出结果能最快达到目标角度，将目标角度细分成一系列等角度间隔的细分目标角度，只要控制等间隔目标执行时间，即可控制速度；角度间隔则根据目标距离和细分步数得到，等间隔目标执行时间根据速度和角度间隔得到，即可在总的运动过程中，每次按照设计的时间到达设计位置，中间过程速度基本平均；

每次步进控制时间间隔：

其中，delay是每个细分目标的延时，即运动达到每个细分目标的时间，如果速度大于电机额定速度，电机运行至细分目标的运行时间大于delay，如果速度小于电机额定速度，电机运行至细分目标的运行时间将比delay小，控制器做停止输出使时间达到delay后，再执行输出，从而控制速度；

二级控制是对目标位置进行细分为多个小目标，每个小目标进行延时，延时时长通过目标转速换算得到，只要足够细分，即可实现转速的均匀稳定；

目标转速为外部控制指令提供，控制指令一方面提供目标角度，另一方面提供执行速度，即目标速度，有了目标角度，即可细分目标角度，通过细分目标角度可以得到细分步数，根据细分步数就可以得到延时时长；

例如：电机有效行程为0～90度，对应数模采样范围0～4095，控制量：1、控制电机转从0度转至45度位置，即采样值从0转至2047，2、控制转动速度为10度每秒，即采样值变化为455采样值每秒(这个值是tar_angle_speed，具体通过2048/45*10取整得到)，预先要求控制频率为100Hz，即10ms(这个值是delay，angle_change必须为整数，所以delay并非始终为最小值10ms，根据计算可能会大于10ms，取决于目标速度和设定角度变化)，则由455采样值每秒换算为4.55采样值每10ms(这个值是angle_change)，由于采样值为整数，向上取整，得到5采样值每次步进变化量，delay＝5/455＝11ms，细分步数为2048/5＝409步执行，从而实现目标控制速度，并且保证输出驱动。

实施二

请参照图2，一种电机转动的控制终端1，包括存储器2、处理器3及存储在存储器2上并可在处理器3上运行的计算机程序，所述处理器3执行所述计算机程序时实现实施例一中的各个步骤。

综上所述，本发明提供的一种电机转动的控制方法及终端，通过二级控制方式进行电机控制，一级控制为直接控制电机，仍为PWM控制，计算占空比通过PID算法计算输出占空比，保证每次运动都能将占空比提高到电机可以转动；二级控制是对目标位置进行细分为多个小目标，每个小目标进行延时，延时时长通过目标转速换算得到，只要足够细分，即可实现转速的均匀稳定；实现电机低速运转也能输出大扭力运动，避免传统PWM调速在低转速情况下无法转动和PWM调速不稳定的问题。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。