具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，在本申请的实施例中，提供了一种伺服电机的控制方法。

步骤101：获取主轴和从轴的转矩差值、主轴和从轴的速度差值、主轴和从轴的位置差值以及主轴的目标位置值；

步骤102：根据主轴和从轴的转矩差值进行速度补偿；

步骤103：根据速度补偿值，以及主轴和从轴的速度差值进行位置补偿；

步骤104：根据位置补偿值，以及主轴与从轴的位置差值，生成位置偏差补偿值；

步骤105：并根据位置偏差补偿值与主轴的目标位置值，生成从轴的位置指令值。

如图2所示，现有技术中，包括主轴和从轴的伺服电机的控制方式一般采用从外环到内环，即从位置环到速度环，最终补偿到电流环的补偿方式：在主轴一侧，位置控制器接收主轴位置偏差，构成位置环，将该位置偏差补偿到速度环上；测速装置获取主轴的速度偏差，速度控制器接收主轴的速度偏差，构成速度环，将该速度偏差补偿到电流环上；电流采样装置获取主轴的电流偏差，即转矩偏差，经电流控制器，最终补偿到电流环上。

如图3所示，在本申请的实施例中，伺服电机的控制方法在上述现有补偿方式的基础上，通过前馈的方式从内环到外环依次补偿，即将主轴与从轴之间的转矩偏差补偿到速度环上，将主轴与从轴之间的速度偏差补偿到位置环上，最终生成补偿后的从轴的位置指令值，实现主从轴之间的信息交互，使同步误差得到及时的修正，实现伺服电机主轴和从轴在转矩、速度和位置上的全部同步，提高系统的同步精度和系统可靠性。

在本申请的实施例中，可以预先设置伺服电机的主轴和从轴同步周期的时长，在一个同步周期内主轴和从轴之间完成上述步骤101至步骤105的从内环到外环的依次补偿和数据交互；并且一个同步周期包括多个采样时刻，例如：第一采样时刻、第二采样时刻、第三采样时刻以及第四采样时刻构成了一个同步周期，其中，第二采样时刻为第一采样时刻的下一时刻，第三采样时刻为第二采样时刻的下一时刻，第四采样时刻为第三采样时刻的下一时刻。

在本申请的实施例中，伺服电机的控制方法还包括：获取电流环第一采样时刻主轴的转矩值与第一采样时刻从轴的转矩值的差值，生成第二采样时刻的速度补偿值；将该速度补偿值对速度环进行前馈，补偿到速度环，同时获取第二采样时刻主轴和从轴的速度差值，生成第三采样时刻的位置补偿值；该位置补偿值对位置环进行前馈，同时获取第三采样时刻主轴和从轴的位置差值，生成第四采样时刻的位置偏差补偿值，并获取第四采样时刻的主轴的目标位置值，生成第四采样时刻从轴经过最终补偿后的位置指令值，实现主轴与从轴位置、速度以及转矩的同步运行。

在本申请的实施例中，获取上一同步周期来自上位机或伺服电机内部设定的位置指令脉冲的数量之和，

并且通过编码器获取上一个同步周期主轴的输出位置指令脉冲数量之和；

获取上一个同步周期输入指令脉冲数量之和与输出位置指令脉冲数量之和的差值，该差值为上一同步周期主轴的位置指令脉冲剩余数量；

由于伺服电机根据脉冲来定位，伺服电机接收一个脉冲就会旋转一个脉冲对应的角度，实现位移，因此可以根据上一个同步周期主轴的位置指令脉冲剩余数量，获取主轴的当前同步周期的位置增量；

根据主轴的当前同步周期的位置增量与主轴当前的位置，获取主轴的当前同步周期的目标位置值，实现主轴目标指令的重新规划，根据重新规划的主轴目标位置，以及上述依次补偿得到的位置偏差补偿值，生成从轴新的位置指令，在主轴位置得到及时修正的前提下，实现从轴的同步跟随。

在本申请的实施例中，将主轴和从轴的转矩差值进行比例积分微分调节，生成速度补偿值：

主轴转矩反馈值(记为MstTrqFdb)和从轴转矩反馈值(记为SlvTrqFdb)的差值为转矩差值，将转矩差值做偏差调节，生成速度补偿值(记为SpdCom)：

将速度补偿值以及主轴和从轴的速度差值，相加后进行比例积分微分调节，生成位置补偿值:

主轴速度反馈值(记为MstSpdFdb)和从轴速度反馈值(记为SlvSpdFdb)的差值为速度差值，将速度差值做偏差调节，生成位置补偿值(记为PosCom)：

将位置补偿值，以及主轴与从轴的位置差值，相加后进行比例积分微分调节，生成位置偏差补偿值：

主轴的位置反馈值(记为MstPosFdb)和从轴位置反馈值(SlvPosFdb)的差值为位置差值，将位置差值做偏差调节，生成位置偏差补偿值(记为PosSourCom)：

其中，K_p为比例系数，T_i为积分时间，T_d为微分时间，s为拉普拉斯变换因子。

在本申请的实施例中，K_p比例系数，T_i积分时间，T_d微分时间的参数在伺服电机控制系统运行过程中根据实际负载状态进行整定，最终实现参数最优，提高系统运行的同步精度和系统可靠性。

在本申请的实施例中，将伺服电机的主轴和从轴设置于同一运行模式，例如，如图4所示，通过将主从轴转矩偏差进行PID调节，生成速度补偿值，根据该速度补偿值和主轴的速度值获取从轴的速度值，设置主从轴运行在速度模式，实现主从轴的转矩同步运行；例如，如图5所示，通过将上述速度补偿值与主从轴速度偏差相加做PID调节，生成位置补偿值，根据该位置补偿值和主轴的位置获取从轴的位置，设置主从轴运行在位置模式，实现主从轴的转矩以及速度的同步运行。

在本申请的实施例中，提供了一种伺服电机的控制方法，该控制方法应用于包括至少一个从轴的伺服电机：

在当前同步周期内，按照从轴的预设顺序，依次执行上述控制方法，例如，第一从轴在预设时刻开始执行上述控制方法，完成与主轴的同步后，第二从轴开始执行上述控制方法，完成与主轴的同步，直至所有从轴完成与主轴的同步；由于下一从轴的同步调节是在上一从轴和主轴完成上述控制方法的反馈与前馈补偿之后的基础上的再次调节，因此提高了最终系统的主从同步精度。

或者，

在当前同步周期内，多个从轴同时执行上述控制方法，例如，采用总线的控制方式，将多个从轴赋予同样的优先权，能够同时对于多个从轴的转矩值、速度值以及位置值进行采集，并同时与主轴进行数据交互，实现多个从轴和主轴之间的同步的同时，提高系统的实时性和灵活性。

在本申请的实施例中，如图6所示，提供了一种伺服电机的控制系统，该控制系统包括：

参数获取模块1001，用于获取主轴和从轴的转矩差值、主轴和从轴的速度差值、主轴和从轴的位置差值以及主轴的目标位置值；

转矩偏差调节模块100，用于接收主轴和从轴的转矩差值，根据主轴和从轴的转矩差值进行速度补偿，生成速度补偿值；

速度偏差调节模块200，用于接收速度补偿值，以及接收主轴和从轴的速度差值，根据速度补偿值、以及主轴和从轴的速度差值进行位置补偿，生成位置补偿值；

位置偏差调节模块300，用于接收位置补偿值，以及接收主轴和从轴的位置差值，根据位置补偿值、以及主轴和从轴的位置差值生成位置偏差补偿值；

从轴位置指令生成模块400，用于接收位置偏差补偿值，以及接收主轴的目标位置值，根据位置偏差补偿值、以及主轴的目标位置值，生成从轴的位置指令值。

在本申请的实施例中，上述控制系统在传统的三环控制的基础上，通过转矩偏差调节模块100、速度偏差调节模块200、位置偏差调节模块300进行与传统的三环控制方式相反方向的补偿方式，即采用从电流环到速度环到位置换的从内到外的依次前馈补偿，最终生成补偿后的从轴的位置指令值，并通过从轴位置指令生成模块根据上述补偿后的从轴位置指令值与参数获取模块获取到的主轴的目标位置值，生成从轴的位置指令值，使控制系统的同步误差得到及时的修正，实现伺服电机主轴和从轴在转矩、速度和位置上的全部同步，提高系统的同步精度和系统可靠性。

在本申请的实施例中，上述控制系统还包括：

转矩偏差调节模块100用于根据主轴和从轴的转矩差值进行速度补偿包括：

转矩偏差调节模块100用于获取第一采样时刻的主轴的转矩值与第一采样时刻的从轴的转矩值的差值，生成第二采样时刻的速度补偿值，对第二采样时刻的速度进行补偿，第二采样时刻为第一采样时刻的下一采样时刻；

速度偏差调节模块200用于根据速度补偿值，以及主轴和从轴的速度差值进行位置补偿包括：

速度偏差调节模块200用于获取第二采样时刻的速度补偿值，获取第二采样时刻的主轴和从轴的速度差值，生成第三采样时刻的位置补偿值，第三采样时刻为第二采样时刻的下一采样时刻；根据位置补偿值，以及主轴与从轴的位置差值，生成位置偏差补偿值包括：

位置偏差调节模块300用于获取第三采样时刻的位置补偿值，获取第三采样时刻的主轴与从轴的位置差值，生成第四采样时刻的位置偏差补偿值，并获取第四采样时刻的主轴的目标位置值，生成第四采样时刻从轴的位置指令值。

在本申请的实施例中，上述控制系统还包括：

参数获取模块1001还用于获取上一同步周期主轴的输入位置指令脉冲数量之和，还用于获取上一同步周期主轴的输出位置指令脉冲数量之和，以及还用于获取上一个同步周期输入指令脉冲数量之和与输出位置指令脉冲数量之和的差值，该差值为上一同步周期主轴的位置指令脉冲剩余数量；

参数获取模块1001还用于根据主轴的位置指令脉冲剩余数量，获取主轴当前同步周期的位置增量以及主轴的当前位置，并将主轴当前同步周期的位置增量以及主轴的当前位置发送至主轴位置指令生成模块；

主轴位置指令生成模块500，用于接收主轴当前同步周期的位置增量以及主轴的当前位置，并根据主轴当前同步周期的位置增量以及主轴的当前位置，生成当前同步周期的主轴的目标位置值。

在本申请的实施中，通过参数获取模块1001获取上一同步周期主轴的位置指令脉冲剩余数量，进而获取到主轴的当前同步周期的位置增量，并根据主轴当前的位置，获取主轴当前同步周期的目标位置值，通过主轴位置指令生成模块实现主轴目标指令的重新规划，根据重新规划的主轴目标位置，以及上述控制系统中依次补偿得到的位置偏差补偿值，生成从轴新的位置指令，在主轴位置得到及时修正的前提下，实现控制系统中从轴的同步跟随。

在本申请的实施例中，转矩偏差调节模块100，还用于将主轴和从轴的转矩差值进行比例积分微分调节，生成速度补偿值；

速度偏差调节模块200，还用于将速度补偿值，以及主轴和从轴的速度差值，相加后进行比例积分微分调节，生成位置补偿值；

位置偏差调节模块300，还用于将位置补偿值，以及主轴与从轴的位置差值，相加后进行比例积分微分调节，生成位置偏差补偿值。

在本申请的实施例中，通过上述转矩偏差调节模块100、速度偏差调节模块200以及位置偏差调节模块300进行PID运算，并在伺服电机控制系统运行过程中根据实际负载状态进行整定，最终实现参数最优，提高系统运行的同步精度和系统可靠性。

在本申请的实施例中，上述控制系统还包括：

模式确定模块，用于将当前同步周期的主轴与从轴设置于相同的运行模式。

在本申请的实施例中，上述控制系统还包括：控制系统中的伺服电机包括至少一个从轴，

在当前同步周期内，按照从轴的预设顺序，依次执行上述控制系统中包含的控制方法；或者，在当前同步周期内，从轴同时执行上述控制系统中包含的控制方法。实现多轴伺服电机控制系统的主轴与多轴之间实现转矩、速度以及位置的同步，提高系统的同步精度和系统稳定性。

图1为一个实施例中伺服电机控制方法的流程示意图。应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。