CN111324127B - 基于变频器的控制方法及用于行走定位设备的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于变频器的控制方法，该控制方法用于对行走定位设备进行高精度定位，包括如下步骤：确定与该行走定位设备的最小正向速度和最小反向速度对应的变频器最小正向频率和最小反向频率；确定行走定位设备在正、反方向分别输出特定频率时所对应的特定速度；输入阶跃频率信号并记录频率‑速度响应曲线；根据所记录的频率‑速度响应曲线，采用Ziegler‑Nichols阶跃响应法为该变频器设定自适应PID参数。本发明还涉及一种用于行走定位设备的控制装置，该控制装置包括：由变频器驱动的电机；位置传感器；控制单元，该控制单元基于上述的控制方法控制该变频器的输出频率，从而控制该电机实现对所述行走定位设备的高精度定位。

Description

基于变频器的控制方法及用于行走定位设备的控制装置

技术领域

本发明涉及一种基于变频器的控制方法，用于对行走定位设备进行高精度定位。本发明还涉及一种用于行走定位设备的控制装置。

背景技术

传统的定位控制方法普遍使用接近开关控制或者适用高低速控制。上述方法适用于精度和定位时间要求不严格的场合。但是，上述的控制方法并不适用于需要高精度或时间最优的控制定位的应用场景。

定位控制系统通过建立变频器的斜坡发生器数学模型，为行走定位设备实时计算当前所需的目标速度来输出相应的变频器频率。但行走定位设备的实际速度与目标速度会存在一定的偏差，需要用PID控制进行修正。由于每个现场的行走定位设备的数学模型及现场工况均存在差异，在现场通过经验来试凑PID参数会花费大量时间且不一定能达到最优效果。

因此，希望能够提供一种自适应PID参数的方法，尤其是希望该方法能够在无需了解定位控制系统的数学模型的情况下极大地减少了工程师的调试负担并且自适应得到的结果也优于传统的经验调整。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于变频器控制的高精度定位的控制方法，一方面为变频器控制提供了一些必要的基础控制参数，另一方面也能够自适应PID参数。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于变频器的控制方法，该控制方法用于对行走定位设备进行高精度定位，包括如下步骤：确定与所述行走定位设备的最小正向速度和最小反向速度对应的变频器最小正向频率和最小反向频率；确定行走定位设备在正、反方向分别输出特定频率时所对应的特定速度；输入阶跃频率信号并记录频率-速度响应曲线；根据所记录的频率-速度响应曲线，采用Ziegler-Nichols阶跃响应法为所述变频器设定自适应PID参数。

确定与所述行走定位设备的最小正向速度和最小反向速度对应的变频器最小正向频率和最小反向频率的步骤包括：

从0赫兹开始，每个循环周期以一定频率步长增加变频器频率，一旦检测到所述行走定位设备有正向的实时速度，则判断所述行走定位设备做正向运动，并将变频器的实时输出频率作为最小正向速度所对应的最小正向频率，否则，在检测到所述行走定位设备有反向的实时速度时，则判断系统异常，停止所述行走定位设备；

从0赫兹开始，每个循环周期以一定频率步长减小变频器频率，一旦检测到所述行走定位设备有反向的实时速度，则判断所述行走定位设备做反向运动，并将变频器的实时输出频率作为最小反向速度所对应的最小反向频率，否则，在检测到所述行走定位设备有正向的实时速度时，则判断系统异常，停止所述行走定位设备。

在确定行走定位设备在变频器输出特定频率时所对应的特定速度的步骤中，以变频器最大频率的若干等分作为频率步长，将在变频器最小正向频率或最小反向频率与变频器最大频率之间的所述频率步长的倍数作为所述特定频率。

确定行走定位设备在变频器输出特定频率时所对应的特定速度的步骤包括：首先驱动行走定位设备至具有典型工况且距离足够长的安全轨道位置，然后，将行走定位设备缓慢输出频率至所述特定频率，当实际输出频率等于所述特定频率时，记录行走定位设备此时的时间和位置，一直保持所述特定频率直至行走定位设备实际位置超过一个预设的安全停止位置时再停止行走定位设备的运行并记录此时的时间和位置，从而根据时间和位置的变化计算出对应于该特定频率的速度；对于每个特定频率多次重复上述过程，根据每个过程计算出的对应于该特定频率的速度求出对应于该特定频率的平均速度，作为所述行走定位设备在变频器输出所述特定频率时所对应的特定速度。上述预设的安全停止位置通过经验确定，要求在任何可能的变频器频率下行走定位设备在到达此安全停止位置之前经过足够长的采样时间且已处于匀速运动状态。

输入阶跃频率信号并记录频率-速度响应曲线的步骤包括：多次重复地先驱动所述行走定位设备至具有典型工况且距离足够长的安全轨道位置，然后将变频器输出频率设定为一个预定的第一频率，直至所述行走定位设备以对应于所述第一频率的第一速度匀速运行后再将变频器输出频率从所述第一频率切换为一个预定的、不同于所述第一频率的第二频率，直至所述行走定位设备以对应于所述第二频率的第二速度再次匀速运行，将频率切换的时刻记为零时刻，记录所述行走定位设备的速度从所述第一速度阶跃到所述第二速度的过程中的若干连续循环周期中的每个循环周期结束时的速度和相对于所述零时刻的时间偏移值，其中，所述第一频率和所述第二频率都在变频器最小正向频率或最小反向频率和变频器的最大频率之间取值；根据所记录的多次重复中相同次序的循环周期结束时的速度求出该次序的循环周期对应的速度平均值；根据所记录的多次重复中相同次序的循环周期结束时的相对于所述零时刻的时间偏移值求出该次序的循环周期对应的相对于所述零时刻的时间偏移值平均值。

优选的是，通过对所述各个时间偏移值平均值所对应的速度平均值进行平滑滤波处理得到所述各个时间偏移值平均值所对应的速度采样值，由速度采样值及对应的时间偏移值平均值组成速度采样值数组。在此，尽管已可以考虑不对各个时间偏移值平均值所对应的速度平均值进行平滑滤波处理而直接以上文中得到的速度平均值作为速度采样值组成速度采样值数组，但此时得到的速度采样值-时间偏移值平均值曲线有可能并不光滑。

在根据本发明的基于变频器的控制方法的一种实施形式中，为了更精确地表示测量结果，减小随机误差的影响，需要对采集到的速度数据作平滑和滤波处理，例如滑动平均法，即沿全长N个数据,不断逐个滑动地取m个相邻数据作直接的算术平均，公式如下：

式中p、q为小于m的任一正整数,且m＝p+q+1，w_i为加权系数，且y_k对应于要被平滑滤波的变量，在此是各个时间偏移值平均值所对应的速度平均值/速度采样值。可采用滑动平均法进行处理。

滑动平滑的参数m、p、q的选择直接影响对数据的平滑效果。如果m取得较大,则局部平均的相邻数据偏多,尽管平滑作用较大,有利于抑制频繁随机起伏的随机误差,然而也可能将高频变化的确定性成分一起被平均而削弱；反之,若m取得较小,则可能对低频随机起伏未作平均而减小,即不利于抑制随机误差,因此,应按平滑的目的及数据的实际变化情况来合理选取参数的值。

更具体而言，可以采用前端点平滑法，表达式为：

或者后端点平滑法，表达式为：

优选的是，所述平滑滤波处理选择的参数m、p、q满足下列关系：

15＞p＞10，15＞q＞10，31＞m＞21。

更优选的是，所述平滑滤波处理选择的参数m、p、q取值如下：

p＝10，

q＝12，且

m＝25。

在根据本发明的基于变频器的控制方法的另外的实施形式中，所述平滑滤波处理除采用滑动平均法之外，亦可采用一阶滞后滤波法。滑动平均法亦可改进，以限幅平均滤波法或加权递推平均滤波法替代。

首先，在所述速度采样值数组中的速度采样值、时间偏移值平均值构成的速度采样值-时间偏移值平均值曲线上确定第一点和第二点，使得过所述第一点和第二点的直线的斜率与所述速度采样值-时间偏移值平均值曲线的拐点切线相同；然后在速度采样值-时间偏移值平均值坐标系中，利用直线公式求出所述第一点和第二点所在的直线。

在一种变化的实施形式中，对于由速度采样值及对应的时间偏移值平均值组成速度采样值数组，首先，在所述速度采样值数组中确定第一点，该第一点是沿着时间偏移值平均值增加的方向在所述速度采样值数组中的第一个能同时满足以下条件的点：该点及其后四个点的速度采样值都大于最大、最小速度采样值之差的0.4倍与最小速度采样值之和；在所述速度采样值数组中确定第二点，该第二点是沿着时间偏移值平均值增加的方向在所述速度采样值数组中的最后一个能同时满足以下条件的点：该点及其前四个点的速度采样值都小于最大速度采样值减去最大、最小速度采样值之差的0.4倍所得到的差；然后，在速度采样值-时间偏移值平均值坐标系中，利用直线公式求出所述第一点和第二点所在的直线。

在根据本发明的基于变频器的控制方法的一种实施形式中，在所述速度采样值数组中确定第三点，该第三点是沿着时间偏移增加的方向在在速度采样值数组中的第一个能同时满足以下条件的点：该点及其前四个点的速度采样值都小于最大、最小速度采样值之差的0.12倍与最小速度采样值之和；然后将该第三点对应的时间偏移值记为第一时间偏移值。

亦可以根据所求出的直线计算所述第一速度对应的时间偏移，记为第一时间偏移值。也就是在所求出的第一点和第二点所在直线上找到对应于第一速度的时间偏移值。

在采用Ziegler-Nichols阶跃响应法为所述变频器设定自适应PID参数的步骤中：将所述第一时间偏移值记为τ；将所述第二速度和所述第一速度之差与对应的所述第二频率和所述第一频率之差的比值记为K；根据所求出的直线计算所述第二速度对应的时间偏移，记为第二时间偏移值，求出所述第二时间偏移值和所述第一时间偏移值之差，记为T；然后，根据如下的慢速性能Ziegler-Nichols参数表来计算自适应PID控制参数K_p，TI，T_D：

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于行走定位设备的控制装置，所述控制装置包括：由变频器驱动的电机，所述电机用于驱动所述行走定位设备；位置传感器，所述位置传感器以一定的循环周期检测所述行走定位设备的实时位置；控制单元，所述控制单元根据所检测到的行走定位设备的实时位置在所述循环周期内的变化计算出实时速度；其中，所述控制单元基于上述的基于变频器的控制方法控制所述变频器的输出频率，从而控制所述电机实现对所述行走定位设备的高精度定位。

通过这样的设计，与设备机械机械性能，轨道形状，行走路径等外部因素无关地解决了设备运动的轨迹上的高精度定位难题。因此，本发明可广泛适用于物流行业，钢铁行业，食品行业等各行业的快速高精度定位控制场合。在实际使用中，配合合适的PID参数，定位精度可到达±2mm。

附图说明

图1示出了根据本发明的基于变频器的控制方法的流程图；

图2示出了典型的阶跃响应的数学模型中的K、τ和T。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于行走定位设备的控制装置。控制装置包括：由变频器驱动的电机，所述电机用于驱动所述行走定位设备；位置传感器，所述位置传感器以一定的循环周期检测所述行走定位设备的实时位置；控制单元，所述控制单元根据所检测到的行走定位设备的实时位置在所述循环周期内的变化计算出实时速度，其中，所述控制单元基于上述的基于变频器的控制方法控制所述变频器的输出频率，从而控制所述电机实现对所述行走定位设备的高精度定位。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于变频器的控制方法，该控制方法用于对行走定位设备进行高精度定位，包括如下步骤：确定与所述行走定位设备的最小正向速度和最小反向速度对应的变频器最小正向频率和最小反向频率；确定行走定位设备在正、反方向分别输出特定频率时所对应的特定速度；输入阶跃频率信号并记录频率-速度响应曲线；根据所记录的频率-速度响应曲线，采用Ziegler-Nichols阶跃响应法为所述变频器设定自适应PID参数。

确定与所述行走定位设备的最小正向速度和最小反向速度对应的变频器最小正向频率和最小反向频率的步骤包括：

从0赫兹开始，每个循环周期以一定频率步长增加变频器频率，一旦检测到所述行走定位设备有正向的实时速度，则判断所述行走定位设备做正向运动，并将变频器的实时输出频率作为最小正向速度所对应的最小正向频率，否则，在检测到所述行走定位设备有反向的实时速度时，则判断系统异常，停止所述行走定位设备；

从0赫兹开始，每个循环周期以一定频率步长减小变频器频率，一旦检测到所述行走定位设备有反向的实时速度，则判断所述行走定位设备做反向运动，并将变频器的实时输出频率作为最小反向速度所对应的最小反向频率，否则，在检测到所述行走定位设备有正向的实时速度时，则判断系统异常，停止所述行走定位设备。

在确定行走定位设备在变频器输出特定频率时所对应的特定速度的步骤中，以变频器最大频率的若干等分作为频率步长，将在变频器最小正向频率或最小反向频率与变频器最大频率之间的所述频率步长的倍数作为所述特定频率。

控制单元通过数学模型，计算得到行走定位设备当前所需的目标速度，根据最小频率及特定频率对应的特定速度，按照线性比例对应到输出频率。为了使得比例尽可能呈现线性关系，故需要尽可能多采集在特定频率下的速度值。

因此，通过计算得到行走定位设备在正反方向分别输出(100>n₄>1,典型值为10)时所对应的实际平均速度。在此实施例中，也就是测量变频器的最大频率和最小频率之间的一系列等分频率值所对应的实际平均速度。

首先驱动行走定位设备到具有典型工况且距离足够长的安全轨道位置。驱动行走定位设备从停止的工况缓慢加速到当实际输出频率等于时，记录此时刻Start_Times和实际位置Start_POSmm。一直保持此输出频率直至实际位置大于预设的S_停止mm时，立即输出停止命令。并记录输出停止命令时刻的时刻值End_Times和实际位置End_POSmm。

特别注意的是，在速度的算法中，应取End_POS的数值，而不是使用S_停止的数值。

在此过程中的平均速度为：

将上述过程重复(n4_₁-1)(100>n4_₁>1,典型值为10)次，并记录所有的相关数据

对其求平均值，可得在正向频率运行时，实际平均速度为：

类似地，计算出行走定位设备在各个频率值所对应的实际平均速度。

类似地，计算出行走定位设备在反方向运动时的在各个频率值下对应的实际平均速度。在实际运行中，应实时关注行走定位设备的运行情况，发现异常情况及时停止设备。

接下来，输入阶跃频率信号，记录速度的响应曲线。先驱动所述行走定位设备至具有典型工况且距离足够长的安全轨道位置。使控制行走定位设备的变频器输出一个第一频率x_{5_1}Hz(f_max>x_{5_1}>0,)。当实际输出频率等于x_{5_1}Hz时，待行走定位设备匀速运行一段时间后，将输出频率直接变为一个第二频率x_{5_2}Hz(f_max>x_{5_2}>0,)，行走定位设备的实际速度会随着频率的阶跃变化而快速达到稳定状态。以上述频率切换的时刻为零时刻，记录从频率阶跃信号开始到再次匀速运行的n_{5_1}个循环周期的实时速度V_Curve[1]_{_1}.V，V_Curve[2]_{_ 1}.V，…，V_Curve[n_{5_1}]_{_1}.V和与零时刻的时间偏差值V_Curve[1]_{_1}.Time，V_Curve[2]_{_ 1}.Time，…，V_Curve[n_{5_1}]_{_1}.Time，其中V_Curve[1]_{_1}.Time＝0。

重复以上过程(n_{5_2}-1)次，对上述n_{5_2}个重复步骤的产生的数据做算术平均，即得第一个循环周期结束时的速度平均值，即：

可通过同样的算法求得第二至第n_{5_2}个循环周期结束时的速度平均值V_Curve[2].V，…，

类似地，可以求得第一至第n_{5_2}个循环周期结束时的时间偏差值的平均值V_Curve[1].Time，V_Curve[2].Time，…，V_Curve[n_{5_1}].Time。其中V_Curve[1].Time＝0。

为了更精确地表示测量结果，减小随机误差的影响，需要对采集到的速度数据作平滑和滤波处理，可采用滑动平均法进行处理。即沿全长N个数据,不断逐个滑动地取m个相邻数据作直接的算术平均。

其一般表达式为：

式中p、q为小于m的任一正整数,且m＝p+q+1。w_i为加权系数，且

前端点平滑法的表达式为：

后端点平滑法的表达式为：

在本实施例中设n_{5_1}＝200，p＝12，q＝12，使用等权端点平滑(即 )时,做滤波处理后可得数据为：

V_Filter[1]＝V_Curve[1].V

…

…

…

…

V_Filter[200]＝V_Curve[200].V

由此，求出了对频率阶跃过程的速度响应曲线，其中的速度为多次测量值的等权端点平滑处理值。也即，通过对所述各个时间偏移值平均值所对应的速度平均值进行平滑滤波处理得到所述各个时间偏移值平均值所对应的速度采样值，由速度采样值及对应的时间偏移值平均值组成速度采样值数组。

由于在上面的方法步骤中已经得到了行走定位设备的阶跃响应曲线，如图2所示，因而可用经典的Ziegler-Nichols的阶跃响应法自适应PID参数，因为Ziegler-Nichols的阶跃响应法不需要建立被控对象的数学模型而仅依赖设备阶跃响应曲线的参数适应方法。因而这样就在系统开环、带负载并处于稳定的状态下，给系统一个阶跃信号u(t)，得到阶跃响应y(t),并记录相关的动态响应数据。然后根据动态数据计算出K、τ和T，方法是本领域公知的切线法、两点法或者通过采集到的动态响应数据组，用人工画图或者用MATLAB等第三方工具软件通过观察或者计算的方法得到K、τ和T的值。

根据经典控制理论，本控制对象可近似用一阶惯性加纯延时环节来表示，其传递函数为：

式中K为放大系数(无单位)，T为时间常数(单位为s)，τ为延时时间(单位为s)。

我们将使用滤波后的速度数据和时间偏差值通过使用Ziegler-Nichols算法的阶跃响应做进一步处理。

图2示出了典型的阶跃响应的数学模型中的K、τ和T。应当理解，在此使用的是增量阶跃的方式，即第二频率大于第一频率；如果使用减量阶跃，其算法同理。

作为工程上的控制单元，我们需要考虑到控制对象的实际特性及算法的实用可靠方便性，在Ziegler-Nichols算法的基础上，我们设计了以下算法来计算K、τ和T。

计算放大系数K

方法为：

也即，将所述第二速度和所述第一速度之差(经过平滑滤波的速度采样值)与对应的所述第二频率和所述第一频率之差的比值记为K。

计算时间常数T值与延时时间τ值之和(T+τ)

使用以下的算法：

在速度采样值数组中找出第一个能同时满足以下要求的点：

V_Filter[i₁]≥V_Filter[1]+0.4×(V_Filter[n_{5_1}]-V_Filter[1])

V_Filter[i₁+1]≥V_Filter[1]+0.4×(V_Filter[n_{5_1}]-V_Filter[1])

V_Filter[i₁+2]≥V_Filter[1]+0.4×(V_Filter[n_{5_1}]-V_Filter[1])

V_Filter[i₁+3]≥V_Filter[1]+0.4×(V_Filter[n_{5_1}]-V_Filter[1])

V_Filter[i₁+4]≥V_Filter[1]+0.4×(V_Filter[n_{5_1}]-V_Filter[1])

并记下此点的数值V_Filter[i₁]及时间偏差值V_Curve[i₁].Time。

也即，在所述速度采样值数组中确定第一点，该第一点是沿着时间偏移值平均值增加的方向在所述速度采样值数组中的第一个能同时满足以下条件的点：该点及其后四个点的速度采样值都大于最大、最小速度采样值之差的0.4倍与最小速度采样值之和。

在速度采样值数组中找出最后一个能同时满足以下要求的点：

V_Filter[n_{5_1}-i₂]≤V_Filter[n_{5_1}]-0.4×(V_Filter[n_{5_1}]-V_Filter[1])

V_Filter[n_{5_1}-i₂-1]

≤V_Filter[n_{5_1}]-0.4×(V_Filter[n_{5_1}]-V_Filter[1])

V_Filter[n_{5_1}-i₂-2]≤V_Filter[n_{5_1}]-0.4×(V_Filter[n_{5_1}]-V_Filter[1])

V_Filter[n_{5_1}-i₂-3]≤V_Filter[n_{5_1}]-0.4×(V_Filter[n_{5_1}]-V_Filter[1])

V_Filter[n_{5_1}-i₂-4]≤V_Filter[n_{5_1}]-0.4×(V_Filter[n_{5_1}]-V_Filter[1])

并记下此点的数值V_Filter[n_{5_1}-i₂]及时间偏差值

也即，在所述速度采样值数组中确定第二点，该第二点是沿着时间偏移值平均值增加的方向在所述速度采样值数组中的最后一个能同时满足以下条件的点：该点及其前四个点的速度采样值都小于最大速度采样值减去最大、最小速度采样值之差的0.4倍所得到的差。

上述计算中涉及的两个0.4倍用于经验地近似速度采样值-时间偏移值平均值曲线的拐点切线。因此实际上也可以选择略偏离0.4倍处的点，只要能够达到更优地近似速度采样值-时间偏移值平均值曲线的拐点切线的效果即可。更进一步地，在所述速度采样值数组中的速度采样值、时间偏移值平均值构成的速度采样值-时间偏移值平均值曲线上确定第一点和第二点时，实际上只需要以任何方法找到过所述第一点和第二点的直线，使它的斜率与所述速度采样值-时间偏移值平均值曲线的拐点切线相同即可。

接着，在速度采样值-时间偏移值平均值坐标系中，利用直线公式求出所述第一点和第二点所在的直线。

通过直线公式，我们可知经过第一点(V_Filter[i₁])和第二点(V_Filter[n_{5_1}-i₂])的直线方程为：

根据图2，我们可知(T+τ)的值在上述直线与y＝V_Filter[n_{5_1}]的交点处。即：

计算τ值

为了求得延时时间τ值，控制单元在速度采样值数组中找出最后一个能同时满足以下要求的点：

V_Filter[i₃]≤V_Filter[1]+0.12×(V_Filter[n_{5_1}]-V_Filter[1])

V_Filter[i₃-1]≤V_Filter[1]+0.12×(V_Filter[n_{5_1}]-V_Filter[1])

V_Filter[i₃-2]≤V_Filter[1]+0.12×(V_Filter[n_{5_1}]-V_Filter[1])

V_Filter[i₃-3]≤V_Filter[1]+0.12×(V_Filter[n_{5_1}]-V_Filter[1])

V_Filter[i₃-4]≤V_Filter[1]+0.12×(V_Filter[n_{5_1}]-V_Filter[1])

记下V_Filter[i₃]所对应的V_Curve[i₃].Time。

τ值的计算方法为：

τ＝V_Curve[i₃].Time

τ的单位为s。

应当注意到，上述算法实际是沿着时间偏移增加的方向在在速度采样值数组中的第一个能同时满足以下条件的点：该点及其前四个点的速度采样值都小于最大、最小速度采样值之差的0.12倍与最小速度采样值之和。0.12倍的τ值是经验决定的，选取该点的同时还考虑其前四个点的原因在于避免个别点的上下波动影响计算结果。因此，实际上也可以选择略偏离0.12倍处的点，也可以同时考虑它之前多于或少于四个点。

在本发明的另一种实施形式中，也可以在计算T值过程中得出过第一点和第二点的直线方程后，直接求解第一速度时的时间偏移值，也就是求该直线与图2中x轴(y＝V_Filter[1])的交点。

利用上文中已经求出的(T+τ)的值，在求出τ值后可求得T值为：

T的单位为s。

在得到K、τ和T的值后，考虑到根据本发明的基于变频器的控制方法要求行走定位设备具有较小的过冲的特性，因此可以根据如下的慢速性能Ziegler-Nichols参数表来计算K_p，TI，T_D。

表1 Ziegler-Nichols参数表

结果如下：

可根据实际的工况对计算出来的K_p，T_I，T_D的值做进一步细微的优化调整。可以保存K_p，T_I，T_D的值，以供变频器控制使用。通过自适应算法，能够自适应PID参数，极大地减少了工程师的调试负担并且自适应的结果也优于传统的经验调整。

以上记载了本发明的优选实施例，但是本发明的精神和范围不限于这里所公开的具体内容。本领域技术人员能够根据本发明的教导任意组合和扩展上述各实施例而在本发明的精神和范围内做出更多的实施方式和应用。本发明的精神和范围不由具体实施例来限定，而由权利要求来限定。

Claims (18)

1.一种基于变频器的控制方法，该控制方法用于对行走定位设备进行高精度定位，包括如下步骤：

确定与所述行走定位设备的最小正向速度和最小反向速度对应的变频器最小正向频率和最小反向频率；

确定行走定位设备在正、反方向分别输出特定频率时所对应的特定速度；

输入阶跃频率信号并记录频率-速度响应曲线；

根据所记录的频率-速度响应曲线，采用Ziegler-Nichols阶跃响应法为所述变频器设定自适应PID参数；

其中，输入阶跃频率信号并记录频率-速度响应曲线的步骤包括：

多次重复地先驱动所述行走定位设备至具有典型工况且距离足够长的安全轨道位置，然后将变频器输出频率设定为一个预定的第一频率，直至所述行走定位设备以对应于所述第一频率的第一速度匀速运行后再将变频器输出频率从所述第一频率切换为一个预定的、不同于所述第一频率的第二频率，直至所述行走定位设备以对应于所述第二频率的第二速度再次匀速运行，将频率切换的时刻记为零时刻，记录所述行走定位设备的速度从所述第一速度阶跃到所述第二速度的过程中的若干连续循环周期中的每个循环周期结束时的速度和相对于所述零时刻的时间偏移值，其中，所述第一频率和所述第二频率都在变频器最小正向频率或最小反向频率和变频器的最大频率之间取值；

根据所记录的多次重复中相同次序的循环周期结束时的速度求出该次序的循环周期对应的速度平均值；

根据所记录的多次重复中相同次序的循环周期结束时的相对于所述零时刻的时间偏移值求出该次序的循环周期对应的相对于所述零时刻的时间偏移值平均值。

2.根据权利要求1所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，确定与所述行走定位设备的最小正向速度和最小反向速度对应的变频器最小正向频率和最小反向频率的步骤包括：

从0赫兹开始，每个循环周期以一定频率步长增加变频器频率，一旦检测到所述行走定位设备有正向的实时速度，则判断所述行走定位设备做正向运动，并将变频器的实时输出频率作为最小正向速度所对应的最小正向频率，否则，在检测到所述行走定位设备有反向的实时速度时，则判断系统异常，停止所述行走定位设备；

从0赫兹开始，每个循环周期以一定频率步长减小变频器频率，一旦检测到所述行走定位设备有反向的实时速度，则判断所述行走定位设备做反向运动，并将变频器的实时输出频率作为最小反向速度所对应的最小反向频率，否则，在检测到所述行走定位设备有正向的实时速度时，则判断系统异常，停止所述行走定位设备。

3.根据权利要求2所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，在确定行走定位设备在变频器输出特定频率时所对应的特定速度的步骤中，以变频器最大频率的若干等分作为频率步长，将在变频器最小正向频率或最小反向频率与变频器最大频率之间的所述频率步长的倍数作为所述特定频率。

4.根据权利要求1所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，确定行走定位设备在变频器输出特定频率时所对应的特定速度的步骤包括：

首先驱动行走定位设备至具有典型工况且距离足够长的安全轨道位置，然后，将行走定位设备缓慢输出频率至所述特定频率，当实际输出频率等于所述特定频率时，记录行走定位设备此时的时间和位置，一直保持所述特定频率直至行走定位设备实际位置超过一个预设的安全停止位置时再停止行走定位设备的运行并记录此时的时间和位置，从而根据时间和位置的变化计算出对应于该特定频率的速度；

对于每个特定频率多次重复上述过程，根据每个过程计算出的对应于该特定频率的速度求出对应于该特定频率的平均速度，作为所述行走定位设备在变频器输出所述特定频率时所对应的特定速度。

5.根据权利要求1所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，通过对各个所述时间偏移值平均值所对应的速度平均值进行平滑滤波处理得到所述各个时间偏移值平均值所对应的速度采样值，由速度采样值及对应的时间偏移值平均值组成速度采样值数组。

6.根据权利要求5所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，所述平滑滤波处理采用滑动平均法，即沿全长N个数据,不断逐个滑动地取m个相邻数据作直接的算术平均，公式如下：

式中p、q为小于m的任一正整数,且m＝p+q+1，w_i为加权系数，且

7.根据权利要求6所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，所述平滑滤波处理采用的滑动平均法为前端点平滑法，表达式为：

8.根据权利要求6所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，所述平滑滤波处理采用的滑动平均法为后端点平滑法，表达式为：

9.根据权利要求6所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，所述平滑滤波处理选择的参数m、p、q满足下列关系：

15＞p＞10，15＞q＞10，31＞m＞21。

10.根据权利要求5所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，所述平滑滤波处理采用一阶滞后滤波法。

11.根据权利要求5所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，所述平滑滤波处理采用限幅平均滤波法或加权递推平均滤波法。

12.根据权利要求5所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，

在所述速度采样值数组中的速度采样值、时间偏移值平均值构成的速度采样值-时间偏移值平均值曲线上确定第一点和第二点，使得过所述第一点和第二点的直线的斜率与所述速度采样值-时间偏移值平均值曲线的拐点切线相同；

在速度采样值-时间偏移值平均值坐标系中，利用直线公式求出所述第一点和第二点所在的直线。

13.根据权利要求5所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，

在所述速度采样值数组中确定第一点，该第一点是沿着时间偏移值平均值增加的方向在所述速度采样值数组中的第一个能同时满足以下条件的点：该点及其后四个点的速度采样值都大于最大、最小速度采样值之差的0.4倍与最小速度采样值之和；

在所述速度采样值数组中确定第二点，该第二点是沿着时间偏移值平均值增加的方向在所述速度采样值数组中的最后一个能同时满足以下条件的点：该点及其前四个点的速度采样值都小于最大速度采样值减去最大、最小速度采样值之差的0.4倍所得到的差；

在速度采样值-时间偏移值平均值坐标系中，利用直线公式求出所述第一点和第二点所在的直线。

14.根据权利要求12或13所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，

在所述速度采样值数组中确定第三点，该第三点是沿着时间偏移值平均值增加的方向在速度采样值数组中的第一个能同时满足以下条件的点：该点及其前四个点的速度采样值都小于最大、最小速度采样值之差的0.12倍与最小速度采样值之和；然后

将该第三点对应的时间偏移值记为第一时间偏移值。

15.根据权利要求12或13所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，

根据所求出的直线计算所述第一速度对应的时间偏移，记为第一时间偏移值。

16.根据权利要求14所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，采用Ziegler-Nichols阶跃响应法为所述变频器设定自适应PID参数的步骤中：

将所述第一时间偏移值记为τ；

将所述第二速度和所述第一速度之差与对应的所述第二频率和所述第一频率之差的比值记为K；

根据所求出的直线计算所述第二速度对应的时间偏移，记为第二时间偏移值，求出所述第二时间偏移值和所述第一时间偏移值之差，记为T；

然后，根据如下的慢速性能Ziegler-Nichols参数表来计算自适应PID控制参数K_p，T_I，T_D：

17.根据权利要求15所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，采用Ziegler-Nichols阶跃响应法为所述变频器设定自适应PID参数的步骤中：

将所述第一时间偏移值记为τ；

将所述第二速度和所述第一速度之差与对应的所述第二频率和所述第一频率之差的比值记为K；

根据所求出的直线计算所述第二速度对应的时间偏移，记为第二时间偏移值，求出所述第二时间偏移值和所述第一时间偏移值之差，记为T；

然后，根据如下的慢速性能Ziegler-Nichols参数表来计算自适应PID控制参数K_p，T_I，T_D：

18.一种用于行走定位设备的控制装置，所述控制装置包括：

由变频器驱动的电机，所述电机用于驱动所述行走定位设备；

位置传感器，所述位置传感器以一定的循环周期检测所述行走定位设备的实时位置；

控制单元，所述控制单元根据所检测到的行走定位设备的实时位置在所述循环周期内的变化计算出实时速度，

其中，所述控制单元基于如权利要求1至15中任一项所述的基于变频器的控制方法控制所述变频器的输出频率，从而控制所述电机实现对所述行走定位设备的高精度定位。