拧紧系统的控制方法与流程

1.本发明涉及智能制造的控制领域，尤其涉及一种拧紧系统的控制方法。


背景技术：

2.在现代机械装配制造领域，由于绝大多数螺纹连接在装配时都必须拧紧，这也使得拧紧成为制造业中必不可少的一个环节，是组合各个零部件的主要方式，对产品与整个制造过程都产生着重大的影响。拧紧过程中扭矩过大可能造成螺栓发生形变而损坏，扭矩过小又可能出现“欠拧紧”而导致螺栓松动脱落。为了精确控制拧紧扭矩与拧紧角度，现有拧紧的系统中都是采用闭环系统，也就是在拧紧过程中实时采集拧紧扭矩与拧紧角度，然后根据采集值与目标值的差异来决定下一步的动作。即便这样，参见图1所示的现有技术的螺栓拧紧过程中的拧紧扭矩/拧紧角度的分布图，在拧紧过程中拧紧扭矩/拧紧角度x也可能在大于目标扭矩/角度xj的情况，这即为现有技术中时常出现的“超调”想象。拧紧过程中过大的稳态误差与超调量都会影响到拧紧的品质。具体而言，一旦出现超调，目标系统的机械状态、配合精度等都会受到不可逆转的影响。


技术实现要素：

3.本公开提供了一种拧紧系统的控制方法，其可以精确拧紧螺栓，其不出现超调的问题。
4.根据本公开，其提供了一种拧紧系统的控制方法，所述拧紧系统包括用于控制拧紧力和/或拧紧角度的伺服电机，所述控制方法包括：
5.步骤i：基于伺服电机的采集参数求取pid控制参数，所述采集参数包括所述伺服电机的电流参数；
6.步骤ii：设置所述拧紧系统的目标调节量x，并且逐级生成所述拧紧系统的各级预定调节量xi以及对应级的超调系数σi％，其中，i＝1、2
…
n，xi逐级递增，n大于等于2，末级的超调系数σn％基于以下公式生成：
7.xn+σn％*xn＝x；
8.步骤iii：基于各级的pid控制参数、预定调节量xi以及对应级的超调系数σj％对所述伺服电机进行闭环控制，直至目标螺栓的状态被调整至满足所述目标调节量x。
9.根据本公开的一种优选实施方式，所述步骤i包括：
10.分别建立伺服电机的直轴电压方程、交轴电压方程:
[0011][0012][0013]
其中，ud表示直轴电压；uq表示交轴电压；iq表示交轴电流、id表示直轴电流；r表示定子绕组电阻；lq表示交轴电感；ld表示直轴电感；ωe表示电角速度；flux表示转子磁通；
[0014]
分别建立伺服电机的机械方程、电磁转矩方程：
[0015][0016][0017]
其中，te表示电磁转矩；tm表示机械转矩；jm表示转动惯量；ωm表示机械角速度；p表示极对数；
[0018]
基于所述直轴电压方程、交轴电压方程、机械方程建立伺服电机仿真模型；
[0019]
基于所述伺服电机仿真模型建立自整定模型；
[0020]
基于所述自整定模型获得所述pid控制参数。
[0021]
根据本公开的一种优选实施方式，所述步骤iii包括：
[0022]
基于以下公式进行clark变换，
[0023][0024]
其中，i
α
表示经过clark变换后静止坐标系下的α轴电流；i
β
表示表示经过clark变换后静止坐标系下的β轴电流；ia、ib、ic分别表示伺服电机a、b、c相经过归一化的的瞬时相电流；
[0025]
基于以下公式进行park变换：
[0026][0027]
其中，id、iq分别是经过park变换后两相旋转坐标系下的d轴电流、q轴电流，θ是转子旋转电角度；
[0028]
将id、iq分别输入q轴电流环比较器、d轴电流环比较器以生成两相旋转坐标系下的d轴电压ud、q轴电压uq；
[0029]
基于以下公式进行反park变换：
[0030][0031]
其中，u
α
、u
β
为两相静止坐标系下的α轴电压、β轴电压；θe是转子旋转电角度，
[0032]
基于所述u
α
、u
β
以及pwm周期求取用于控制生成三相电流的上桥臂开关及下桥臂开关的导通时长；
[0033]
计算pwm中断周期内的扇区号和驱动电机的桥臂的导通时长，并设置epwm参数。
[0034]
根据本公开的一种优选实施方式，所述中断周期内的扇区号通过以下步骤计算：
[0035]
求取temp1、temp2、temp3：
[0036]
temp1＝u
β
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0037]
temp2＝u
β
/2+0.866*u
α
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0038]
temp3＝-u
β
/2+0.866*u
α
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0039]
根据所述tmp1、tmp2、tmp3，基于下表求取扇区号：
[0040][0041][0042]
根据本公开的一种优选实施方式，在所述中断周期内，各个桥臂的导通时长通过以下步骤计算：
[0043]
根据所述扇区号及(u
α
,u
β
)计算ta、tb、tc：
[0044]
其中，当扇区号为1或4时：
[0045][0046][0047][0048]
当扇区号为2或5时：
[0049][0050]
tb＝(1+u
β
)*t/2，
[0051]
tc＝(1-u
β
)*t/2；
[0052]
当扇区号为3或6时：
[0053][0054][0055][0056]
其中，ta、tb、tc分别表示a、b、c三组桥臂上开关在一个pwm周期t内的通断时间。
[0057]
根据本公开的一种优选实施方式，所述采集参数包括所述伺服电机的电角度，所述步骤iii还包括：
[0058]
根据所述电角度求解所述伺服电机的当前电角速度；
[0059]
将当前级的预定调节量及所述当前角速度输入q轴电流环比较器以得到电流环的参考值iqr。
[0060]
根据本公开的一种优选实施方式，所述步骤ii的所述超调系数σi％为常数。
[0061]
根据本公开的一种优选实施方式，所述步骤ii包括：以递减步幅的方式生成下级
超调系数σi％。
[0062]
根据本公开的一种优选实施方式，所述目标调节量选自目标扭矩、目标角度中的至少一种。
[0063]
根据本公开的方案，能够避免超调现象出现。
[0064]
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0065]
附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。
[0066]
图1是现有技术中的超调现象的示意图。
[0067]
图2是根据本公开优选实施例的拧紧系统的控制方法的示意图。
[0068]
图3是根据本公开优选实施例的pid自整定模型的示意图。
[0069]
图4是根据本公开优选实施例的伺服电机模型的示意图。
[0070]
图5是根据本公开实施例的伺服电机的示意图。
[0071]
图6a、6b是处于不同运行状态下的伺服电机的示意图。
[0072]
图7是表示三相静止坐标、两相静止坐标、两相转动坐标关系的示意图。
[0073]
图8是利用3组上、下桥臂进行空间矢量脉宽调制(svpwm)的示意图。
[0074]
图9是三相电压中的各项电压的波形图。
[0075]
图10是表示空间矢量和开关状态的示意图。
[0076]
图11表示某一pwm中断周期内的桥臂开关导通与断开的变动示意图。
[0077]
图12表示根据本公开优选实施例的拧紧系统的控制方法的部分步骤示意图。
[0078]
图13表示根据本公开优选实施例的拧紧系统的控制方法的部分步骤示意图。
[0079]
图14(a)、14(b)、14(c)分别表示(u
α
，u
β
)在90度、30度、-30度轴上的投影值的对应示意图。
具体实施方式
[0080]
以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
[0081]
如上所述，现有技术中的拧紧系统普遍存在过较现象。为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个，本公开的示例实施例提出了一种用于拧紧系统的控制方法，在该方案中，传感器采集伺服电机的参数而生成pid控制参数。随后，由操作人员设置所述拧紧系统的目标调节量x，并且逐级生成所述拧紧系统的各级预定调节量xi以及对应级的超调系数σi％，其中，i＝1、2...n，n大于等于2，xi逐级递增，末级的超调系数σn％基于以下公式生成xn+σn％*xn＝x。接着，基于pid控制参数以及各级预定调节量xi以及对应级的超调系数σi％对所述伺服电机进行闭环控制，直至目标螺栓的状态被调整至满足所述目标调节量x。根据本公开的方案，通过设置逐级递增的预定调节量、各级的超调系数，并且末级的超调系数满足xn+σn％*xn＝x，能够避免超调现象。
[0082]
如本领域习知的，拧紧系统包括用于控制拧紧力和/或拧紧角度的伺服电机，以及由伺服电机驱动的扳手。控制方法涉及的设备包括伺服电机、采集伺服电机三相电流的电流传感器、伺服电机角度信息的传感器、转动速度的传感器等等。
[0083]
在下文中，将结合附图更详细地描述本公开的具体实施例。
[0084]
图2示出了根据本公开的拧紧系统的控制方法的一示例的示意图。如图2所示，拧紧系统的控制方法，其包括如下步骤：
[0085]
步骤i：基于伺服电机的采集参数求取pid控制参数，采集参数包括伺服电机的电流参数；
[0086]
步骤ii：设置拧紧系统的目标调节量x，并且逐级生成拧紧系统的各级预定调节量xi以及对应级的超调系数σi％，其中，i＝1、2...n，xi逐级递增，n大于等于2，末级的超调系数σn％基于以下公式生成：
[0087]
xn+σn％*xn＝x；
[0088]
步骤iii：基于各级的pid控制参数、预定调节量xi以及对应级的超调系数σj％对伺服电机进行闭环控制，直至目标螺栓的状态被调整至满足目标调节量x。
[0089]
上述步骤i的pid控制参数可通过自整定模型计算获得。自整体模型可见图3所示，其中，该图中id_ref表示id设定值(参考值)，speed_ref表示speed设定值(参考值)，tm_ref表示机械转矩设定值；pmsm表示伺服电机子系统。其中，图3的pmsm系统可见图4。
[0090]
结合图3、4，pid控制参数可通过以下步骤获得：
[0091]
分别建立伺服电机的直轴电压方程、交轴电压方程：
[0092][0093][0094]
其中，ud表示直轴电压；uq表示交轴电压；iq表示交轴电流、id表示直轴电流；r表示定子绕组电阻；lq表示交轴电感；ld表示直轴电感；ωe表示电角速度；flux表示转子磁通；
[0095]
分别建立伺服电机的机械方程、电磁转矩方程：
[0096][0097][0098]
其中，te表示电磁转矩；tm表示机械转矩；jm表示转动惯量；ωm表示机械角速度；p表示极对数；
[0099]
基于直轴电压方程、交轴电压方程、机械方程建立伺服电机仿真模型；
[0100]
基于伺服电机仿真模型建立自整定模型；
[0101]
基于自整定模型获得pid控制参数。
[0102]
需要说明的是，步骤i中的表述“逐级生成所述拧紧系统的各级预定调节量xi以及对应级的超调系数σi％”，并不必然地仅表示由操作人员逐次地调整、输入各级预定调节量xi以及对应级的超调系数σi％。该表述实际上用于表示，以逐级递增的方式改变拧紧力、拧紧角度、或拧紧扭矩等任意一个或多个，进而实现渐进式控制。对于各级预定调节量量xi，其可以以固定步幅的方式进行递增，或者以递减的方式进行递增；对于超调系数σi％的数
值，其可以为常数，或者优选地，其以逐级递减的方式生成。例如，在一种方式中，操作人员可以一次性输入目标调节量(例如，1kn.m)，以及分级调节的级数3次，控制系统随后直接生成各级预定调节量可以为0.3kn.m、0.6kn.m、0.9kn.m，超调系数数值依次为20％、15％、11.11％。在该示例中，进入末级调节后，此时，拧紧系统的伺服电机所施加的最大理论扭矩为o.9kn.m+0.9kn.m*11.11％＝1kn.m，即刚好可以达到目标调节量。此处仅为示例，基于上述说明，各级预定调节量、以及各级超调系数可根据操作人员的输入自动生成其他数值。此外，各级预定调节量除了扭矩以外，还可以为角度等等。
[0103]
继续结合图2进行说明，对于上述步骤iii，其可以包括：
[0104]
基于以下公式进行clark变换，
[0105][0106]
其中，i
α
表示经过clark变换后静止坐标系下的α轴电流；i
β
表示表示经过clark变换后静止坐标系下的β轴电流；ia、ib、ic分别表示伺服电机a、b、c相的归一化瞬时相电流。该处ia等可以基于以下公式计算获得：
[0107]
ia＝iac/iep
[0108]
其中，iac是从a相采集到的相电流瞬时值，iep是额定相电流的倍，额定相电流可以从伺服电机技术参数中直接或间接找到。ib、ic算法类似。
[0109]
基于以下公式进行park变换：
[0110][0111]
其中，id、iq分别是经过park变换后两相旋转坐标系下的d轴电流、q轴电流，θ是转子旋转电角度；
[0112]
将id、iq分别输入q轴电流环比较器、d轴电流环比较器以生成两相旋转坐标系下的d轴电压ud、q轴电压uq；
[0113]
基于以下公式进行反park变换：
[0114][0115]
其中，u
α
、u
β
为两相静止坐标系下的α轴电压、β轴电压；θe是转子旋转的电角度。θe的计算公式如下：
[0116]
θe＝p*θm[0117]
其中θm是机械角度，可以从角度传感器获得。
[0118]
p是伺服电机极对数，可以从伺服电机参数中获取。
[0119]
在部分情况下，θe还可以通过传感器直接检测获得。
[0120]
基于所述u
α
、u
β
以及pwm周期求取用于控制生成三相电流的上桥臂开关及下桥臂开关的导通时长；
[0121]
计算pwm中断周期内的扇区号和驱动电机的桥臂的导通时长，并设置epwm参数。
[0122]
可选地，采集参数包括伺服电机的电角度，上述步骤iii还包括：
[0123]
根据电角度求解伺服电机的当前电角速度；
[0124]
将当前级的预定调节量及当前角速度输入q轴电流环比较器以得到电流环的参考值iqr。
[0125]
为了便于理解以上步骤中的伺服电机控制机理，以下结合图5-11进行说明。
[0126]
参见图5所示的伺服电机的截面简易视图。伺服电机包括位于中心的转子以及外围的定子。转子由永磁体制成。定子上缠绕三相绕组。在定子绕组中接入三相正弦电流，就可以在定子的内表面形成一个空间上旋转的正弦型磁场，也相当于定子上有了一个旋转的磁极。在通电后，定子上的电流产生磁场，在转子磁极与定子磁极的交互作用下，转子就会跟着定子上旋转的磁极同步旋转。转子磁极空间位置不同，定子磁场对转子产生的转矩也不同。为了定量分析定子与转子的相互作用力，可以先把a、b、c三相绕组上的电流ia、ib、ic(也可以是电压)首先转换成两相i
α
、i
β
，i
α
与i
β
相位上相差90度。这种转换的物理含义可以这样理解：把伺服电机的3相绕组去掉，重新绕成两组线圈(两相绕组产生的磁场时相差90度)，原来3相绕组通过ia、ib、ic所产生的磁场与现在两相绕组通过i
α
、i
β
所产生的磁场是一样的。这种转换的特点是：前后两个坐标系都是非旋转的，不同的地方是：前者是3轴坐标系(三相静止坐标系)，后者是两轴坐标系(两相静止坐标系)。三相静止坐标系和两相坐标系之间的这种转换叫clark变换(见上述步骤iii中的clark变换)，也叫3s-》2s变换(3s表示三相静止坐标系，2s表示两相静止坐标系，s表示stator)。与三相静止坐标系相比，两相静止坐标系在数学上处理起来相对简单。但是此时并不能达到理想状态，这是因为，即便定子磁场不变，只要转子转到不同位置，定子与转子之间的作用力还是不一样，这样来求转矩还是不方便的(见图6a、6b)。为了简化分析，可以再创建一个新的坐标系，该坐标系也是一个两相坐标系，不过这两相坐标系是随转子转动而转动的，所以，我们就让定子的坐标系随转子旋转而旋转，这个坐标系被称之为两相旋转坐标系。两相静止坐标系到两相旋转坐标系的转换叫park转换，也叫2s-》2r(r是rotor)。三相静止坐标系叫abc坐标系，两相静止坐标系叫αβ坐标系，而两相旋转坐标系叫dq坐标系。
[0127]
对于三相静止坐标系、两相静止坐标系、两相转动坐标系之间的转换对应于步骤iii的clark变换、park变换。对于三相静止坐标系、两相静止坐标系、两相转动坐标系之间的关系，可见图7示意。
[0128]
应理解，dq坐标系(即两相转动坐标系)上的id产生的磁场始终与定子磁场在同一轴线上，其主要用于增加或削减励磁。而iq产生的磁场与定子磁场相位上相差90度，可以用来产生扭矩。在此，可将id看成无功电流，而把iq看成有功电流。因此，三相电流经过如上说明的clark变换、park变换的矩阵运算，实际上相当于把定子线圈中电流进行了解耦，这无疑方便了对伺服电机的转矩控制。
[0129]
以下结合图8-11继续说明svpwm中三相交流电的产生方法。
[0130]
如图8所示的空间矢量脉宽调制(svpwm)的3组上、下桥臂。流电源ud加载到开关阵列的两端，通过控制vt1-vt6六个开关不断的打开与闭合，会在伺服电机的abc三相绕组中产生一个交变电流，从而在伺服电机的定子绕组上形成一个受控的旋转磁场。
[0131]
vt1-vt6这六个开关可以分成3组桥臂，a组桥臂与伺服电机a相绕组相连，包括上桥臂、下桥臂两个开关(其中，vt1是上桥臂开关，vt4是下桥臂开关)，这两个开关的状态是
互斥的，如果其中一个是闭合，另一个一定是打开。即如果vt1闭合，则vt4一定打开，反过来，如果vt1打开，则vt4一定闭合。对于其余的b组、c组桥臂也同样理解，在此不再一一赘述。
[0132]
在此，以a、b、c分别代表a相桥臂(vt1,vt4)、b相桥臂(vt3,vt6)、c相桥臂(vt5,vt2)的开关状态(假定上桥臂开关闭合时为1，打开时为0)。结合图8所示，abc一共有8种组合，即000、001、010、011、100、101、110、111，表1列出了这8种组合，其中000与111这两种组合下，三相绕组上的电压都为0，可以用v0与v7两个零向量表示。而其它6种组合下，三相绕组上电压不为0，可以用v1-v6这六种向量表示。
[0133]
以v4向量为例，对应的abc是100(vt1、vt6、vt2闭合)，此时经过clark变换后得到u
β
＝0，所以如果用αβ坐标系(即两相旋转坐标)表示，
[0134]
图9显示了abc为(001、010、011、100、101、110)时，abc三相的三相绕组上的电压值，该图中用v1-v6进行了标注。
[0135]
abc的各种组合形式下，各桥臂开关、三相电压以及电压向量信息如下表1所示：
[0136]
表1
[0137]
[0138][0139]
结合上表1，三相电压和各桥臂开关通断之间的关系可通过以下矩阵方向来表示：
[0140][0141]
根据各相上、下桥臂开关通断的八种组合，可以得到va,vb,vc三相电压值，经过clark变换，可以得到8个vα,vβ组成的向量。在这8个向量中，其中的非零向量有6个。参见图10，这6个αβ坐标系的非零向量把总个平面分割成6个扇区，其中v4与v6间扇区称为i扇区,v6与v2间扇区称为ii扇区，其余的扇区见图10标识。在图10中，i、ii、iii、iv、v、vi表示扇区号。除了6个非零向量外，还有两个零向量，分别是v0与v7，这两个向量不能在负载上产生电压。在此将称v0、v1、v2、v3、v4、v5、v6、v7为基本向量。可以理解，仅仅用这8个基本向量无法产生一个正弦波电压。为了产生一个正弦波电压，在此可基于临近合成原则，即任意一个向量都可以用临近的两个基本向量合成得到，如图10中v
δ
这个向量就可以用v4与v6合成。
[0142]
在图10的示例中，v
δ
是位于第一扇区，与之相邻的两个基本向量是v4与v6，所以可以用m1份v4与m2份v6进行合成得到v
δ
。由于正弦电压是一种连续变动的电压，为了使输出电压比较圆滑，就必须高频次使用临近合成原则合成出所需的电压(就像电视一样，越是高清，像素就越多)。此频率一般情况下至少要5k，对应的周期(例如0.2ms)称为pwm周期。上面
提及的m1、m2正比于pwm周期这段时间内，分别处于v4(vt1、vt6、vt2导通)与v6(vt1、vt3、vt2导通)这两种状态的时长。在确定了v4、v6的通断时长后，就可以确保输出v
δ
。
[0143]
图11显示了某一pwm中断周期内不同状态的配置原则，每一个pwm中断周期，在时间上分成了7段，并且，这7段的波形是左右对称的，且上面t0恒等于t7。
[0144]
段号桥臂开关通断时长1abc三个桥臂中任何上管开关都断开t0/22abc三个桥臂中只有1个上管开关闭合t1/23abc三个桥臂中只有2个上管开关闭合t2/24abc三个桥臂中任何上管开关都闭合t75abc三个桥臂中只有2个上管开关闭合t2/26abc三个桥臂中只有1个上管开关闭合t1/27abc三个桥臂中任何上管开关都断开t0/2
[0145]
基于以上说明可知，可先求取扇区号，再基于扇区号求取a、b、c三个桥臂上开关管各自导通时间ta、tb、tc。具体地，可通过以下步骤求取：
[0146]
第1步：求取tmp1、tmp2、tmp3，tmp1、tmp2、tmp3如图14(a)-图14(c)所示，其分别表示(u
α
，u
β
)在90度、30度、-30度轴上的投影值：
[0147]
temp1＝u
β
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0148]
temp2＝u
β
/2+0.866*u
α
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0149]
temp3＝-u
β
/2+0.866*u
α
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0150]
第2步：根据上述tmp1、tmp2、tmp3，基于下表表求取扇区号
[0151][0152]
第3步：根据上述扇区号及(u
α
，u
β
)计算ta、tb、tc
[0153]
这里ta、tb、tc分别表示a、b、c三组桥臂上开关管在一个pwm周期t内的通断时间。
[0154]
其中，当扇区号为1或4时：
[0155][0156]
[0157][0158]
当扇区号为2或5时：
[0159][0160]
tb＝(1+u
β
)*t/2，
[0161]
tc＝(1-u
β
)*t/2；
[0162]
当扇区号为3或6时：
[0163][0164][0165][0166]
·
可以理解，图2中，ia、ib、ic是处理后的归一化数据，而u
α
、u
β
又是一系列变换后输出，所以它们不需要进一步归一化处理。
[0167]
在以上的示例中，该控制方法首先通过pid整定，减少超调系数σ％，然后又通过把一个命令分解成几个子命令(对应于逐级设置的各级预定调节量)，进一步降低了绝对的超调量。根据拧紧作业的特点，这里伺服系统的闭环只采用了pid速度环与pid电流环，而取消了位置环，电流环被嵌套在速度环中。在速度环与电流环内部，采用了面向磁场的控制技术(foc)及空间矢量pwm(svpwm)技术。pid速度环与pid电流环组成的双闭环控制算法在一个中断周期内完成。在速度环外围是各级预定调节量设定后，各级拧紧过程时要采集伺服电机的位置、速度以及扭矩信息。
[0168]
可以理解，由于超调量＝σ％*x
jn
，通过优化pid的参数减少超调系数σ％，而把控制命令分解成几个子命令又减少x
jn
，从而使总的超调量得以降低，提高了伺服控制精度。
[0169]
以下结合图12-13说明根据本公开的另一实施方式，在该实施方式中，与上一实施方式的相同部分内容将做简述，不展开。相关内容可参见图2-图11以及对应的相应说明。
[0170]
对于图12-图13的示例，拧紧系统的控制方法也包括上一实施方式的步骤i-步骤iii，即：
[0171]
步骤i：基于伺服电机的采集参数求取pid控制参数，采集参数包括伺服电机的电流参数；
[0172]
步骤ii：设置拧紧系统的目标调节量x，并且逐级生成拧紧系统的各级预定调节量xi以及对应级的超调系数σi％，其中，i＝1、2...n，xi逐级递增，n大于等于2，末级的超调系数σn％基于以下公式生成：
[0173]
xn+σn％*xn＝x；
[0174]
步骤iii：基于各级的pid控制参数、预定调节量xi以及对应级的超调系数σj％对伺服电机进行闭环控制，直至目标螺栓的状态被调整至满足目标调节量x。
[0175]
与前实施方式不同的是，该实施方式中还包括如图12中的步骤，该步骤可视为判断由操作人员输入目标调节量(即操作命令或图2的拧紧命令)后而生成的多级预定调节量
是否逐次完成。
[0176]
此外，该实施方式中的步骤iii可参见图13。在采集到伺服电机的三相电流ia、ib、ic以及转子的位移θ后，首先求得转子电气角速度ω；接着，判断伺服电机是否完成当前子命令(对应于当前级的预定调节量)，若否，则根据当前子命令参数(例如参考位移、转子转速等)以及当前转子实际位置θ设定下一时隙的参考速度ωr；若是，则判断当前子命令是否为当前命令的最后一个子命令，若是则回到设定下一时隙的参考速度ωr的步骤，若否则帮当前命令中的下一子命令设置成当前子命令以进行循环迭代。
[0177]
接着，在速度环比较器接收到参考速度ωr以及电气角速度ω后，输出作为q轴电流环节的参考值iqr。
[0178]
接着，如上说明对三相电流ia、ib、ic进行clark、park变换得到id、id，其中，q轴电流环节的参考值iqr、id输入q轴电流比较器，以获得q轴电流环节的q轴电压uq。
[0179]
接着，设置d轴电流环的参考值idr＝0。
[0180]
接着，d轴电流环比较器输出(iqr-id)到d轴电流环pi，由d轴电流环pi环节输出d轴电压ud。
[0181]
接着，经过park反变换，将ud、uq转换为u
α
、u
β
.
[0182]
随后，根据u
α
、u
β
、pwm周期求取用于控制生成三相电流的上桥臂开关及下桥臂开关的导通时长。
[0183]
最后，根据各桥臂导通时长设置epwm参数。
[0184]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0185]
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

技术特征：
1.拧紧系统的控制方法，所述拧紧系统包括用于控制拧紧力和/或拧紧角度的伺服电机，所述控制方法包括：步骤i：基于伺服电机的采集参数求取pid控制参数，所述采集参数包括所述伺服电机的电流参数；步骤ii：设置所述拧紧系统的目标调节量x，并且逐级生成所述拧紧系统的各级预定调节量x
i
以及对应级的超调系数σ
i
％，其中，i＝1、2
…
n，x
i
逐级递增，n大于等于2，末级的超调系数σ
n
％基于以下公式生成：x
n
+σ
n
％*x
n
＝x；步骤iii：基于各级的pid控制参数、预定调节量x
i
以及对应级的超调系数σ
j
％对所述伺服电机进行闭环控制，直至目标螺栓的状态被调整至满足所述目标调节量x。2.根据权利要求1所述的拧紧系统的控制方法，其中，所述步骤i包括：分别建立伺服电机的直轴电压方程、交轴电压方程:分别建立伺服电机的直轴电压方程、交轴电压方程:其中，u
d
表示直轴电压；u
q
表示交轴电压；i
q
表示交轴电流、i
d
表示直轴电流；r表示定子绕组电阻；l
q
表示交轴电感；l
d
表示直轴电感；ω
e
表示电角速度；flux表示转子磁通；分别建立伺服电机的机械方程、电磁转矩方程：分别建立伺服电机的机械方程、电磁转矩方程：其中，t
e
表示电磁转矩；t
m
表示机械转矩；j
m
表示转动惯量；ω
m
表示机械角速度；p表示极对数；基于所述直轴电压方程、交轴电压方程、机械方程建立伺服电机仿真模型；基于所述伺服电机仿真模型建立自整定模型；基于所述自整定模型获得所述pid控制参数。3.根据权利要求2所述的拧紧系统的控制方法，其中，所述步骤iii包括：基于以下公式进行clark变换，其中，i
α
表示经过clark变换后静止坐标系下的α轴电流；i
β
表示表示经过clark变换后静止坐标系下的β轴电流；i
a
、i
b
、i
c
分别表示伺服电机a、b、c相的归一化瞬时相电流；基于以下公式进行park变换：其中，i
d
、i
q
分别是经过park变换后两相旋转坐标系下的d轴电流、q轴电流，θ是转子旋
转电角度；将i
d
、i
q
分别输入q轴电流环比较器、d轴电流环比较器以生成两相旋转坐标系下的d轴电压u
d
、q轴电压u
q
；基于以下公式进行反park变换：其中，u
α
、u
β
为两相静止坐标系下的α轴电压、β轴电压；θ
e
是转子旋转电角度。基于所述u
α
、u
β
以及pwm周期求取用于控制生成三相电流的上桥臂开关及下桥臂开关的导通时长；计算pwm中断周期内的扇区号和驱动电机的桥臂的导通时长，并设置epwm参数。4.根据权利要求3所述的拧紧系统的控制方法，其中，所述中断周期内的扇区号通过以下步骤计算：求取tmp1、tmp2、tmp3：temp1＝u
β
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)temp2＝u
β
/2+0.866*u
α
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)temp3＝-u
β
/2+0.866*u
α
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)根据所述tmp1、tmp2、tmp3，基于下表求取扇区号：tmp1tmp2tmp3扇区号大于0大于0大于01大于0大于0小于等于02大于0小于等于0小于等于03小于等于0小于等于0小于等于04小于等于0小于等于0大于05小于等于0大于0大于06。5.根据权利要求4所述的拧紧系统的控制方法，其中，在所述中断周期内，各个桥臂的导通时长通过以下步骤计算：根据所述扇区号及(u
α
,u
β
)计算ta、tb、tc：其中，当扇区号为1或4时：其中，当扇区号为1或4时：其中，当扇区号为1或4时：当扇区号为2或5时：tb＝(1+u
β
)*t/2，
tc＝(1-u
β
)*t/2；当扇区号为3或6时：当扇区号为3或6时：当扇区号为3或6时：其中，ta、tb、tc分别表示a、b、c三组桥臂上开关在一个pwm周期t内的通断时间。6.根据权利要求3所述的拧紧系统的控制方法，其中，所述采集参数包括所述伺服电机的电角度，所述步骤iii还包括：根据所述电角度求解所述伺服电机的当前电角速度；将当前级的预定调节量及所述当前角速度输入q轴电流环比较器以得到电流环的参考值iqr。7.根据权利要求1或3所述的拧紧系统的控制方法，其中，所述步骤ii包括：以固定步幅或递增步幅的方式生成下级预定调节量x
i
。8.根据权利要求7所述的拧紧系统的控制方法，其中，所述超调系数σ
i
％为常数。9.根据权利要求7所述的拧紧系统的控制方法，其中，所述步骤ii包括：以递减步幅的方式生成下级超调系数σ
i
％。10.根据权利要求1所述的拧紧系统的控制方法，其中，所述目标调节量选自目标扭矩、目标角度中的至少一种。

技术总结
本公开公开了拧紧系统的控制方法，拧紧系统包括用于控制拧紧力和/或拧紧角度的伺服电机，控制方法包括：步骤I：基于伺服电机的采集参数求取PID控制参数，采集参数包括伺服电机的电流参数；步骤II：设置拧紧系统的目标调节量X，并且逐级生成拧紧系统的各级预定调节量X


技术研发人员：谢诗义
受保护的技术使用者：上海天沐自动化仪表有限公司
技术研发日：2023.08.02
技术公布日：2023/10/20