本發(fā)明涉及音圈電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及音圈電機(jī)控制方法。

背景技術(shù)：

目前，隨著工業(yè)控制發(fā)展，對高速、高精度定位系統(tǒng)要求越來越高，從而音圈電機(jī)的運(yùn)用也越來越多。如光學(xué)系統(tǒng)中透鏡的定位；機(jī)械工具的多坐標(biāo)定位平臺；醫(yī)學(xué)裝置中精密電子管、真空管控制；在柔性機(jī)器人中，為使末端執(zhí)行器快速、精確定位，還可以用音圈電機(jī)來有效的抑制振動?？傊?，音圈電機(jī)在許多不同形式的高速度、高精度位置、高頻激勵上得到了廣泛的應(yīng)用。

目前音圈電機(jī)的控制裝置，主要通過mosfet組成的橋式電路，通過改變脈沖的占空比來改變驅(qū)動電流，這種方式比較適合電壓高、電流大、對位置要求不是很高的場合，以及電機(jī)做簡單的往返動作。在一些音圈電機(jī)的控制策略中，在一些改進(jìn)策略中利用位置環(huán)和速度環(huán)并聯(lián)對電流環(huán)進(jìn)行控制，能達(dá)到對位置的快速響應(yīng)，但是對于位置精度，運(yùn)行距離短，運(yùn)行速度快的場合中，位置精度就會降低，往往出現(xiàn)過調(diào)的現(xiàn)象，因此這種方案適合于一些對位置精度要求不高、音圈電機(jī)快速往返的環(huán)境中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有對音圈電機(jī)要求位置精度高、運(yùn)行距離短，運(yùn)行速度快等環(huán)境，特別適合激光動態(tài)聚焦場合，提出了一種音圈電機(jī)位置運(yùn)動控制方法，其包括如下步驟：

檢測音圈電機(jī)的位置獲得初始時刻到當(dāng)前時刻的電機(jī)位置信息e00～en0，其中en0為當(dāng)前電機(jī)位置；

檢測音圈電機(jī)的速度獲得初始時刻到當(dāng)前時刻的電機(jī)速度信息v00～vn0，其中vn0為當(dāng)前電機(jī)速度；

檢測音圈電機(jī)的電流獲取初始時刻到當(dāng)前時刻的電機(jī)電流信息i00～in0，其中in0為當(dāng)前電機(jī)電流；

根據(jù)目標(biāo)位置和電機(jī)位置信息計算位置誤差；

如果位置誤差的絕對值大于位置調(diào)整閥值，則執(zhí)行電機(jī)校正步驟；

所述電機(jī)校正步驟包括：

根據(jù)位置信息計算電機(jī)電流方向dr和電機(jī)速度給定值vn；

根據(jù)電機(jī)速度vn計算電機(jī)電流給定值ipn；

根據(jù)電機(jī)電流給定值ipn計算輸出電流in；

根據(jù)電機(jī)電流方向dr和輸出電流in驅(qū)動音圈電機(jī)。

進(jìn)一步地，根據(jù)位置信息計算電機(jī)速度給定值vn和電機(jī)電流方向dr的公式為：

vn＝kp1*δen+ki1*∑e；

其中δen＝en-en0；∑e＝δe0+δe1+……+δen；kp1為速度比例增益，ki1為速度積分增益；

并且，根據(jù)位置誤差δen計算電機(jī)電流方向dr的公式為：

進(jìn)一步地，所述的電機(jī)電流給定值ipn的計算公式為：

ipn＝kp2*δvn+ki2*∑v；

其中δvn為當(dāng)前速度偏差，∑v為速度偏差累計值，且δvn＝vn-vn0；∑v＝δv0+δv1+……+δvn；kp2為速度比例增益，ki2為速度積分增益。

進(jìn)一步地，根據(jù)電機(jī)電流ipn計算輸出電流in的計算公式為：

in＝kp3*δipn+ki3*∑i；

其中δin為當(dāng)前電流偏差，∑i為電流偏差累計值，且δipn＝ipn-in0，∑i＝δi0+δi1+……+δin，kp3為電流比例增益，ki2為電流積分增益。

進(jìn)一步地，還包括根據(jù)控制精度設(shè)定調(diào)整閥值emax的步驟；

進(jìn)一步地，當(dāng)所述電機(jī)速度vn大于電機(jī)最高速度vmax時，取vn＝vmax。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述的電機(jī)電流大于電機(jī)的最大電流imax時，取ipn＝imax。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用模擬電路控制方式來控制音圈電機(jī)的電流，改變了脈沖方式干擾大的缺點(diǎn)，使整個系統(tǒng)的控制精度大大提高，在傳統(tǒng)算法上增加了閥門控制、控制范圍限定等策略，使整個系統(tǒng)能夠快速收斂。

附圖說明

圖1本發(fā)明實(shí)施例音圈電機(jī)位置運(yùn)動控制裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖2本發(fā)明實(shí)施例恒流驅(qū)動模塊電路原理圖；

圖3本發(fā)明實(shí)施例音圈電機(jī)位置運(yùn)動控制方法流程圖；

圖4本發(fā)明實(shí)施例音圈電機(jī)位置運(yùn)動控制方法中校正步驟的時序圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1示出了本發(fā)明的一種音圈電機(jī)位置運(yùn)動控制裝置結(jié)構(gòu)圖。參考圖1，音圈電機(jī)位置運(yùn)動控制裝置包括：位置采集模塊12、速度采集模塊13、電流采集模塊14、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊16、恒流驅(qū)動模塊18和控制單元10。其中，位置采集模塊12用于檢測音圈電機(jī)的位置獲得電機(jī)位置信息，優(yōu)選地，所述位置采集模塊可以包括光柵尺或一維位置傳感器；速度采集模塊13用于檢測音圈電機(jī)的速度獲得電機(jī)速度信息；電流采集模塊14用于檢測音圈電機(jī)的電流獲取電機(jī)電流信息，所述的電流采集模塊14可以包括采樣電阻或霍爾傳感器；

數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊16用于將音圈電機(jī)的控制參數(shù)轉(zhuǎn)換成模擬電壓控制信號。所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊16可以包括一個產(chǎn)生第一驅(qū)動電壓的第一轉(zhuǎn)換器件和一個產(chǎn)生第二驅(qū)動電壓的第二轉(zhuǎn)換器件。第一和第二轉(zhuǎn)換器件可以通過高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ad)和正交編碼器脈沖器實(shí)現(xiàn)。

同時結(jié)合圖2，圖2示出了本發(fā)明恒流驅(qū)動模塊的電路原理圖。恒流驅(qū)動模塊18根據(jù)模擬電壓控制信號產(chǎn)生驅(qū)動音圈電機(jī)的驅(qū)動電流。如圖2所示，所述恒流驅(qū)動模塊可以包括一個第一同相運(yùn)算放大電路a1和一個第二同相運(yùn)算放大電路b1以及電阻r1、r2、r3、r4。音圈電機(jī)motor串接于所述第一同相運(yùn)算放大電路a1和所述第二同相運(yùn)算放大電路b1的輸出端之間?？梢詫⒌谝或?qū)動電壓a_buf接入第一同相運(yùn)算放大電路a1的同相輸入端，第二驅(qū)動電壓b_buf接入第二同相運(yùn)算放大電路b1的同相輸入端。電阻r1和r2比值為第一同相運(yùn)算放大電路a1相對a_buf輸入信號的放大比例系數(shù)，電阻r3和r4比值為運(yùn)算放大器b1相對b_buf輸入信號的放大比例系數(shù)。當(dāng)a_buf>0，b_buf＝0，這時加在音圈電機(jī)motor兩端的是正向電壓，音圈電機(jī)motor正向運(yùn)動。由a_buf的大小控制音圈電機(jī)motor的速度；當(dāng)當(dāng)b_buf>0，a_buf＝0，這時加在音圈電機(jī)motor兩端的是反向電壓，音圈電機(jī)motor反向運(yùn)動時，由b_buf的大小控制音圈電機(jī)motor的速度。

優(yōu)選地，所述裝置還包括數(shù)據(jù)通信模塊19，用于接收音圈電機(jī)的目標(biāo)位置參數(shù)。數(shù)據(jù)通信模塊19可以為spi通信模塊、can通信模塊、串口通信模塊或藍(lán)牙通信模塊等通信模塊，通過有線或無線連接從外部上位計算主機(jī)接收目標(biāo)位置參數(shù)等信息。

控制單元10配置為執(zhí)行如下步驟：根據(jù)位置信息計算電機(jī)電流方向dr和電機(jī)速度給定值vn；根據(jù)電機(jī)速度vn計算電機(jī)電流給定值ipn；根據(jù)電機(jī)電流給定值ipn計算輸出電流in；根據(jù)電機(jī)電流方向dr和輸出電流in驅(qū)動音圈電機(jī)；根據(jù)電機(jī)電流方向dr和輸出電流in產(chǎn)生音圈電機(jī)的控制參數(shù)并傳輸?shù)侥?shù)轉(zhuǎn)換模塊。具體的計算方法將在下面詳細(xì)闡述。

圖3示出了本發(fā)明的一種音圈電機(jī)位置運(yùn)動控制方法流程圖。參考圖3，該方法包括以下步驟：

步驟s301利用數(shù)據(jù)通信模塊接收目標(biāo)位置參數(shù)en。

步驟s302利用位置采集模塊檢測音圈電機(jī)的位置獲得電機(jī)位置信息；具體的，可以隨時間多次采集音圈電機(jī)的位置，獲得初始時刻到第n時刻(當(dāng)前時刻)的電機(jī)位置序列e00～en0，其中en0為電機(jī)當(dāng)前的電機(jī)位置；

步驟s303利用速度采集模塊檢測音圈電機(jī)的速度獲得電機(jī)速度信息；具體地，可以隨時間按一定間隔多次采集電機(jī)速度，獲得電機(jī)速度序列v00～vn0，其中vn0為當(dāng)前電機(jī)速度；需要說明的是，采集電機(jī)速度的過程可以是：利用檢測電機(jī)位置的時間間隔和相鄰時刻電機(jī)位置的差來計算電機(jī)速度。

步驟s304電流采集模塊檢測音圈電機(jī)的電流獲取電機(jī)電流信息；具體的，可以隨時間按一定間隔多次采集電機(jī)電流，獲得電機(jī)電流序列i00～in0，其中in0為當(dāng)前電機(jī)電流。

步驟s305利用控制單元根據(jù)目標(biāo)位置參數(shù)en和當(dāng)前電機(jī)位置en0計算當(dāng)前位置誤差δen；其中δen＝en-en0

步驟s306判斷當(dāng)前位置誤差的絕對值|δen|是否大于位置調(diào)整閥值emax，如果是，則執(zhí)行電機(jī)校正步驟s307；如果否，則可以進(jìn)入步驟s308結(jié)束流程或繼續(xù)檢測下一時刻的位置誤差。

同時結(jié)合圖4，所述電機(jī)校正步驟s307可以包括：

步驟s3071，根據(jù)位置信息計算電機(jī)電流方向dr和電機(jī)速度給定值vn；

步驟s3072，根據(jù)電機(jī)速度vn計算電機(jī)電流給定值ipn；

步驟s3073，根據(jù)電機(jī)電流給定值ipn計算輸出電流in；

步驟s3074，根據(jù)電機(jī)電流方向dr和輸出電流in通過恒流驅(qū)動模塊驅(qū)動音圈電機(jī)。

進(jìn)一步地，根據(jù)位置信息計算電機(jī)速度給定值vn和電機(jī)電流方向dr的公式為：

vn＝kp1*δen+ki1*∑e；

其中δen＝en-en0；∑e＝δe0+δe1+……+δen；kp1為速度比例增益，ki1為速度積分增益；

并且，根據(jù)位置誤差δen計算電機(jī)電流方向dr的公式為：

進(jìn)一步地，所述的電機(jī)電流給定值ipn的計算公式為：

ipn＝kp2*δvn+ki2*∑v；

其中δvn為當(dāng)前速度偏差，∑v為速度偏差累計值，且δvn＝vn-vn0；∑v＝δv0+δv1+……+δvn；kp2為速度比例增益，ki2為速度積分增益。

進(jìn)一步地，根據(jù)電機(jī)電流ipn計算輸出電流in的計算公式為：

in＝kp3*δipn+ki3*∑i；

其中δin為當(dāng)前電流偏差，∑i為電流偏差累計值，且δipn＝ipn-in0，∑i＝δi0+δi1+……+δin，kp3為電流比例增益，ki2為電流積分增益。

進(jìn)一步地，所述方法還包括根據(jù)控制精度設(shè)定調(diào)整閥值emax的步驟；可以根據(jù)需要對調(diào)整閾值emax進(jìn)行設(shè)定。具體的，用戶可以利用外部上位計算裝置通過數(shù)據(jù)通信模塊向控制單元發(fā)送新的調(diào)整閾值。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述電機(jī)速度給定值vn大于電機(jī)最高速度vmax時，可以取vn＝vmax。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述的電機(jī)電流給定值ipn大于電機(jī)的最大電流imax時，可以取ipn＝imax。電機(jī)最大速度vmax可以根據(jù)電機(jī)特性設(shè)定，電機(jī)最大電流imax也可以根據(jù)電機(jī)特性設(shè)定。

本發(fā)明采用模擬電路控制方式來控制音圈電機(jī)的電流，改變了脈沖方式干擾大的缺點(diǎn)，使整個系統(tǒng)的控制精度大大提高，在傳統(tǒng)算法上增加了閥門控制、控制范圍限定等策略，使整個系統(tǒng)能夠快速收斂。

流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實(shí)現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的范圍包括另外的實(shí)現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應(yīng)被本發(fā)明的實(shí)施例所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施方式的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實(shí)現(xiàn)。在上述實(shí)施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件來實(shí)現(xiàn)。例如，如果用硬件來實(shí)現(xiàn)，和在另一實(shí)施方式中一樣，可用本領(lǐng)域公知的下列技術(shù)中的任一項(xiàng)或他們的組合來實(shí)現(xiàn)：具有用于對數(shù)據(jù)信號實(shí)現(xiàn)邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(pga)，現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)等。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，包括方法實(shí)施例的步驟之一或其組合。

流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實(shí)現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的范圍包括另外的實(shí)現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應(yīng)被本發(fā)明的實(shí)施例所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。