CN115333407A

CN115333407A - 一种针对电机控制s曲线的简易实现方法

Info

Publication number: CN115333407A
Application number: CN202211002262.2A
Authority: CN
Inventors: 张筑亚; 刘毅; 李飞; 姚欣
Original assignee: Henan Jiachen Intelligent Control Co Ltd
Current assignee: Henan Jiachen Intelligent Control Co Ltd
Priority date: 2022-08-21
Filing date: 2022-08-21
Publication date: 2022-11-11

Abstract

本发明公开了一种针对电机控制S曲线的简易实现方法，本发明计算方法简单，仅需要一个柔性参数n，即可区分出需要S化的转速区段；无需繁杂的函数计算，无需根据规划距离和加速度计算；应用场景灵活。因为会在没有进入S化处理区域之前，不断检测最终目标转速，计算新的S化区域，即不会因为加速器开度的频繁变动而影响S曲线的实现；驾驶感精细化处理；可以针对每个转速变换尖点，进行特性化的S化处理，改善不同运行状态切换的车辆驾驶感受；系统移植性高。仅需通过速率变换系数m，改变最终输出的加速度a；不会对原有常规的V=V1+a*m*Δt的转速指令处理方式进行改变。

Description

一种针对电机控制S曲线的简易实现方法

技术领域

本发明涉及工业车辆的电机控制技术领域，具体涉及一种针对电机控制S曲线的简易实现方法。

背景技术

在工业车辆的应用中，通常采用转速-电流双闭环对主驱电机进行控制。电机的速度指令由加速旋钮或者加速踏板给定，当转速状态发生切换时(静止—>加速或加速—>匀速或匀速—>减速或减速—>静止)，速度在切换点会有一个尖点。加减速率越大，转速切换点也就越尖锐，在该处的电流冲击也就越大，车辆就会有强烈的顿挫感。因此就需要通过S曲线算法，把速度切换点的尖点平滑的过渡，缓解由于电流冲击所带给车辆的顿挫感。

通常有两类常规方法：1.通过S曲线函数离散化，实时计算出指令转速；2.根据运行的距离和目标转速，把行程分段，在固定行程调用固定公式，或者查表得到指令转速；以上两种方法都有各自的应用缺陷。对于第一种方法，S曲线函数运算对芯片算力要求较高，对于低成本芯片压力较大。对于第二种方法，分行程计算，或查表的方式，只适用于对于行驶路径固定的情况，如电梯等。对于自由度高的工业车辆应用并不适用。

因此，提供一种方法简单，灵活性强、可移植性高的针对电机控制S曲线的简易实现方法，已是一个值得研究的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法简单，灵活性强、可移植性高的针对电机控制S曲线的简易实现方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种针对电机控制S曲线的简易实现方法，其特征在于：步骤1：判断运行状态是否切换，并判断切换的状态为加速还是减速。根据切换的不同运行状态，进入不同的S曲线处理区域计算方式；

步骤2：获取状态切换前的初始速度V1，以及状态切换后的目标速度V2，并计算总的转速区间ΔV＝|V2–V1|；

步骤3：根据设置的“柔性系数”n，把步骤2中的ΔV分为n段，并按照步骤1中得到的不同运行状态，求得S曲线处理区域；

步骤4：根据实际转速指令，设置速率变换系数m，系数m在S曲线处理区域在[0,1]范围中按照预设曲线变化；

步骤5：指令转速按照常规公式V＝V1+a*m*Δt计算，其中V为指令转速，V1为初始转速，a为系统默认加速度，m速率变换系数，Δt为单位时间；

步骤6：整个过程中，只要实际指令转速还没进入末段S曲线处理区域，系统就会不断获取步骤2中的最终目标转速V2，并重复后续末段S曲线处理区域的计算过程，以使S曲线处理在随意的目标转速变化中不会被影响。

所述步骤3中，加速时，起始段为[V1,V1+ΔVn]，末尾段为[V2-ΔVn，V2]；减速时，起始段为[V1,V1-ΔVn]，末尾段为[V2+ΔVn，V2]。

该系数m在S曲线处理区域在[0,1]范围中按照预设曲线变化如下：起始段m从0变化到1；末尾段m从1变化到0；在非S曲线处理区域恒为1。

积极有益效果：本发明计算方法简单，仅需要一个柔性参数n，即可区分出需要S化的转速区段；无需繁杂的函数计算，无需根据规划距离和加速度计算；应用场景灵活。因为会在没有进入S化处理区域之前，不断检测最终目标转速，计算新的S化区域，即不会因为加速器开度的频繁变动而影响S曲线的实现；驾驶感精细化处理；可以针对每个转速变换尖点，进行特性化的S化处理，改善不同运行状态切换的车辆驾驶感受；系统移植性高。仅需通过速率变换系数m，改变最终输出的加速度a；不会对原有常规的V＝V1+a*m*Δt的转速指令处理方式进行改变。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的算法结构拓扑图；

图3为本发明的实施效果说明图；

图4为本发明实施例中未经过处理的指令转速和已经过S曲线化处理的指令转速曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种针对电机控制S曲线的简易实现方法，其特征在于：步骤1：判断运行状态是否切换，并判断切换的状态为加速还是减速。根据切换的不同运行状态(加速、减速)，进入不同的S曲线处理区域计算方式。

步骤2：获取状态切换前的初始速度V1，以及状态切换后的目标速度V2，并计算总的转速区间ΔV＝|V2–V1|。

步骤3：根据设置的“柔性系数”n，把步骤2中的ΔV分为n段，每一段的转速即为ΔVn＝ΔV/n，并按照步骤1中得到的不同运行状态，求得S曲线处理区域；加速时，起始段为[V1,V1+ΔVn]，末尾段为[V2-ΔVn，V2]；减速时，起始段为[V1,V1-ΔVn]，末尾段为[V2+ΔVn，V2]。

步骤4：根据实际转速指令，设置速率变换系数m，系数m在S曲线处理区域在[0,1]范围中按照预设曲线变化；该系数m在S曲线处理区域在[0,1]范围中按照预设曲线变化如下：起始段m从0变化到1；末尾段m从1变化到0；在非S曲线处理区域恒为1；系统默认的加速度a的变化趋势，比如在要素2的加速例子中，起始段[V1,V1+ΔVn]内的加速度为a*m，其中a从0到1按照设定曲线变化；末尾段[V2-ΔVn，V2]内的加速度为a*m，其中a从1到0按照设定曲线变化；中间常规运行段(V1+ΔVn，V2-ΔVn)内的加速度为a*m，其中m恒定为1。

步骤5：指令转速按照常规公式V＝V1+a*m*Δt计算，其中V为指令转速，V1为初始转速，a为系统默认加速度，m速率变换系数，Δt为单位时间。

步骤6：整个过程中，只要实际指令转速还没进入末段S曲线处理区域，系统就会不断获取步骤2中的最终目标转速V2，并重复后续末段S曲线处理区域的计算过程，以使S曲线处理在随意的目标转速变化中不会被影响，通过以上的方式，把S曲线复杂的实现过程，简化成了只需要确定“柔细系数”n，以及在S曲线处理区域中，速率变换系数m在[0,1]之间的变换方式即可。

以上处理过程描述如图3所示。下面曲线以工业车辆应用为例，该应用中需要启动瞬间、制动瞬间的及时感，故V1和V1’处不做S化处理，仅在V2和V2’处做处理。可以注意到，下图应用中，加速和减速所用到的柔性系数n不相同，因此可以区别对待其S化处理的区域大小，如图3所示，加速过程中柔性系数n分段少，所以V2点的S曲线幅度角更大；而减速过程中柔性系数n分段多，所以V2’点的S曲线幅度角更小。

同时本发明因为可针对V1，V2，V3，V4点处的S化处理区域进行单独划分，因此可以针对不同尖点实施不同的速率变换系数m，以改变S曲线的形状，从而可以实现加速、减速各个点的不同驾驶感受(如图3中V2与V2’处的区别)。

S曲线变换的实现，除了变换的时刻计算外，变换处的加减速率变换方式也同样重要，加减速率的变化通过原有加速度乘以一个变换系数而实现，而速率变换系数m在系统中的结构如图2所示。

图4中是指令转速和实际转速的曲线图，根据工业车辆的应用，需要在启动和制动瞬间有极强的响应速度，所以只在升速末段和制动末段对速度指令进行S化处理，具体效果如图4所示。

本发明主要应用在包含转速控制的驱动系统中。本实施例应用于工业车辆系统中。当踩下加速器时，系统接收到转速指令，此时对原有的转速指令进行S曲线化处理。处理后的转速指令值在起始点和末段都有良好的过渡缓冲，因此可以极大的减小电流冲击，改善驾驶性能。

Claims

1.一种针对电机控制S曲线的简易实现方法，其特征在于：步骤1：判断运行状态是否切换，并判断切换的状态为加速还是减速；根据切换的不同运行状态，进入不同的S曲线处理区域计算方式；

2.根据权利要求1所述的针对电机控制S曲线的简易实现方法，其特征在于：所述步骤3中，加速时，起始段为[V1,V1+ΔVn]，末尾段为[V2-ΔVn，V2]；减速时，起始段为[V1,V1-ΔVn]，末尾段为[V2+ΔVn，V2]。

3.根据权利要求1所述的针对电机控制S曲线的简易实现方法，其特征在于：该系数m在S曲线处理区域在[0,1]范围中按照预设曲线变化如下：所述步骤4中，起始段m从0变化到1；末尾段m从1变化到0；在非S曲线处理区域恒为1。