一种基于抢占方式内核操作系统下的伺服三环控制方法与流程

1.本发明属于伺服驱动器技术领域，具体涉及一种基于抢占方式内核操作系统下的伺服三环控制方法。


背景技术：

2.伺服驱动器是驱动伺服电机的核心设备，伺服电机的运动是靠伺服驱动器进行控制的，伺服驱动器一般是包含位置环，速度环，电流环的三环控制系统。
3.现在伺服驱动器的三环控制系统基本都是在cpu的裸跑状态下运行的(就是没有操作系统的串行函数模式)，没有在嵌入式操作系统下运行的三环系统，在有极限时间响应的情况下，不能保证cpu实时的响应，不能发挥抢占内核和多任务优先级的优势。这样对伺服驱动器的响应带宽(就是响应的最小时间)不利。
4.而传统的伺服控制也没有操作系统中多任务的优先级的概念，对三环的控制就是单纯的中断处理，不能实现伺服电流环内环控制 伺服电流环外环控制的电流环双环控制的方式。因为伺服电流环的控制是最核心的控制，也是决定整个伺服驱动器 伺服电机响应速度最大的技术难点。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种基于抢占方式内核操作系统下的伺服三环控制方法，以解决上述背景技术中提出的传统的伺服控制也没有操作系统中多任务的优先级的概念，对三环的控制就是单纯的中断处理，不能实现伺服电流环内环控制 伺服电流环外环控制的电流环双环控制的方式的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于抢占方式内核操作系统下的伺服三环控制方法，包括以下步骤；
7.步骤一、在抢占方式内核操作系统内，任务它被宽泛地定义为任意相对“独立”的由处理器执行的指令序列流，也就是一个可以激活函数调用或中断服务程序(isr)的控制点，操作系统让cpu应用构造为一个多任务集合，其中每一个任务承载一个模块化函数，多任务在一个单处理器上运行时允许高优先级线程抢占低优先级线程并允许不同类型的任务之间进行交互，包括阻塞，通信和同步，实时应用程序以模块化的方式组织，而不是在一个循环中进行轮询；
8.步骤二、在伺服驱动器中的cpu内迁入抢占方式内核操作系统，cpu可以运行多优先级的多任务模式，其中建立hd、hp、hs、hi，为四个硬件任务，任务的优先级为hd第一(最高)，hp第二，hs为三，hi为四(最低)，任务的划分为hd是伺服驱动器电流环内环负责a/d变化的采集，编码器电角度的采集，hp为伺服位置环任务，负责对伺服位置脉冲信号等等的外部数据进行采集，并且通过位置环pid控制算法对位置数据进行调谐，hs为伺服速度环任务，负责对伺服速度信号进行处理；
9.步骤三、通过速度环pid控制算法对速度数据进行调谐，hi为伺服电流内环，负责
对伺服电流环进行svpwm控制算法的处理，通过电流环pid控制算法对电流数据进行调谐。
10.优选的，所述四个硬件任务的运行周期可由线程分频函数来执行。
11.优选的，所述步骤二中，对hd任务进行同步控制，当一个a/d中断触发后，直接触发该任务，执行周期为100us，伺服驱动器中a/d采集函数，电机监控函数，编码器读取函数挂接在该任务中。
12.优选的，所述步骤二中，对hp任务进行4分频控制，该任务的周期为400us，脉冲处理函数，脉冲控制函数挂接在该任务中。
13.优选的，所述步骤二中，对hs任务进行2分频控制，该任务的周期为200us，速度检测函数，速度反馈计算函数，速度滤波函数，速度平滑函数，都挂接在该任务中。
14.优选的，所述步骤二中，对hi任务进行1分频控制，该任务的周期为100us，svpwm控制函数，电流外环采集函数，低通滤波函数，振动抑制函数，都挂接在该任务中。
15.优选的，这样的构架下，在1个100us周期内，电流内环传递到位置环，位置环传递到速度环，速度环传递到电流外环，因为采用了优先级的序列，一个三环控制内的四个任务都是按优先级进行工作的，而且是抢占的方式进行任务的轮换。
16.优选的，当周期到100us时候电流内环和电流外环任务都更新一次；当周期到200us时候速度环任务才更新一次，电流内环和电流外环任务更新二次；当周期到400us时候位置环任务更新一次，速度环任务更新二次，电流内环和电流外环任务更新四次；虽然电流环更新了四次，但是由于电流外环的优先级最低，一定是保证三环的数据是从最外部的位置环传递到速度环再传递到电流外环的，只是在不同的周期内，三环的信号和函数不更新，不进行迭代，由此就能提高伺服控制的响应性，在最小的周期内进行伺服最有效的控制。
17.与现有技术相比，本发明提供了一种基于抢占方式内核操作系统下的伺服三环控制方法，具备以下有益效果：当周期到100us时候电流内环和电流外环任务都更新一次；当周期到200us时候速度环任务才更新一次，电流内环和电流外环任务更新二次；当周期到400us时候位置环任务更新一次，速度环任务更新二次，电流内环和电流外环任务更新四次；虽然电流环更新了四次，但是由于电流外环的优先级最低，一定是保证三环的数据是从最外部的位置环传递到速度环再传递到电流外环的，只是在不同的周期内，三环的信号和函数不更新，不进行迭代，由此就能提高伺服控制的响应性，在最小的周期内进行伺服最有效的控制，本发明可以提高伺服相应的带宽，对伺服电流环的控制更加的精确。
具体实施方式
18.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.实施例一
20.本发明提供一种技术方案：一种基于抢占方式内核操作系统下的伺服三环控制方法，包括以下步骤；
21.步骤一、在抢占方式内核操作系统内，任务它被宽泛地定义为任意相对“独立”的
由处理器执行的指令序列流，也就是一个可以激活函数调用或中断服务程序(isr)的控制点，操作系统让cpu应用构造为一个多任务集合，其中每一个任务承载一个模块化函数，多任务在一个单处理器上运行时允许高优先级线程抢占低优先级线程并允许不同类型的任务之间进行交互，包括阻塞，通信和同步，实时应用程序以模块化的方式组织，而不是在一个循环中进行轮询；
22.步骤二、在伺服驱动器中的cpu内迁入抢占方式内核操作系统，cpu可以运行多优先级的多任务模式，其中建立hd、hp、hs、hi，为四个硬件任务，任务的优先级为hd第一(最高)，hp第二，hs为三，hi为四(最低)，任务的划分为hd是伺服驱动器电流环内环负责a/d变化的采集，编码器电角度的采集，hp为伺服位置环任务，负责对伺服位置脉冲信号等等的外部数据进行采集，并且通过位置环pid控制算法对位置数据进行调谐，hs为伺服速度环任务，负责对伺服速度信号进行处理；
23.步骤三、通过速度环pid控制算法对速度数据进行调谐，hi为伺服电流内环，负责对伺服电流环进行svpwm控制算法的处理，通过电流环pid控制算法对电流数据进行调谐。
24.本发明中，优选的，四个硬件任务的运行周期可由线程分频函数来执行。
25.本发明中，优选的，步骤二中，对hd任务进行同步控制，当一个a/d中断触发后，直接触发该任务，执行周期为100us，伺服驱动器中a/d采集函数，电机监控函数，编码器读取函数挂接在该任务中。
26.本发明中，优选的，步骤二中，对hp任务进行4分频控制，该任务的周期为400us，脉冲处理函数，脉冲控制函数挂接在该任务中。
27.本发明中，优选的，步骤二中，对hs任务进行2分频控制，该任务的周期为200us，速度检测函数，速度反馈计算函数，速度滤波函数，速度平滑函数，都挂接在该任务中。
28.本发明中，优选的，步骤二中，对hi任务进行1分频控制，该任务的周期为100us，svpwm控制函数，电流外环采集函数，低通滤波函数，振动抑制函数，都挂接在该任务中。
29.本发明中，优选的，这样的构架下，在1个100us周期内，电流内环传递到位置环，位置环传递到速度环，速度环传递到电流外环，因为采用了优先级的序列，一个三环控制内的四个任务都是按优先级进行工作的，而且是抢占的方式进行任务的轮换。
30.本发明中，优选的，当周期到100us时候电流内环和电流外环任务都更新一次；当周期到200us时候速度环任务才更新一次，电流内环和电流外环任务更新二次；当周期到400us时候位置环任务更新一次，速度环任务更新二次，电流内环和电流外环任务更新四次；虽然电流环更新了四次，但是由于电流外环的优先级最低，一定是保证三环的数据是从最外部的位置环传递到速度环再传递到电流外环的，只是在不同的周期内，三环的信号和函数不更新，不进行迭代，由此就能提高伺服控制的响应性，在最小的周期内进行伺服最有效的控制。
31.实施例二
32.一种基于抢占方式内核操作系统下的伺服三环控制方法，在抢占方式内核操作系统内，任务它被宽泛地定义为任意相对“独立”的由处理器执行的指令序列流，也就是一个可以激活函数调用或中断服务程序(isr)的控制点，操作系统让cpu应用构造为一个多任务集合，其中每一个任务承载一个模块化函数，多任务在一个单处理器上运行时允许高优先级线程抢占低优先级线程并允许不同类型的任务之间进行交互，包括阻塞，通信和同步，实
时应用程序以模块化的方式组织，而不是在一个循环中进行轮询，在伺服驱动器中的cpu内迁入抢占方式内核操作系统，cpu可以运行多优先级的多任务模式，其中建立hd、hp、hs、hi，为四个硬件任务，任务的优先级为hd第一(最高)，hp第二，hs为三，hi为四(最低)，任务的划分为hd是伺服驱动器电流环内环负责a/d变化的采集，编码器电角度的采集，hp为伺服位置环任务，负责对伺服位置脉冲信号等等的外部数据进行采集，并且通过位置环pid控制算法对位置数据进行调谐，hs为伺服速度环任务，负责对伺服速度信号进行处理，通过速度环pid控制算法对速度数据进行调谐，hi为伺服电流内环，负责对伺服电流环进行svpwm控制算法的处理，通过电流环pid控制算法对电流数据进行调谐。
33.实施例三
34.四个硬件任务的运行周期可由线程分频函数来执行，对hd任务进行同步控制，当一个a/d中断触发后，直接触发该任务，执行周期为100us，伺服驱动器中a/d采集函数，电机监控函数，编码器读取函数挂接在该任务中，对hp任务进行4分频控制，该任务的周期为400us，脉冲处理函数，脉冲控制函数挂接在该任务中，对hs任务进行2分频控制，该任务的周期为200us，速度检测函数，速度反馈计算函数，速度滤波函数，速度平滑函数，都挂接在该任务中，对hi任务进行1分频控制，该任务的周期为100us，svpwm控制函数，电流外环采集函数，低通滤波函数，振动抑制函数，都挂接在该任务中，这样的构架下，在1个100us周期内，电流内环传递到位置环，位置环传递到速度环，速度环传递到电流外环，因为采用了优先级的序列，一个三环控制内的四个任务都是按优先级进行工作的，而且是抢占的方式进行任务的轮换，当周期到100us时候电流内环和电流外环任务都更新一次；当周期到200us时候速度环任务才更新一次，电流内环和电流外环任务更新二次；当周期到400us时候位置环任务更新一次，速度环任务更新二次，电流内环和电流外环任务更新四次；虽然电流环更新了四次，但是由于电流外环的优先级最低，一定是保证三环的数据是从最外部的位置环传递到速度环再传递到电流外环的，只是在不同的周期内，三环的信号和函数不更新，不进行迭代，由此就能提高伺服控制的响应性，在最小的周期内进行伺服最有效的控制。
35.本发明的工作原理及使用流程：使用时，在抢占方式内核操作系统内，任务它被宽泛地定义为任意相对“独立”的由处理器执行的指令序列流，也就是一个可以激活函数调用或中断服务程序(isr)的控制点，操作系统让cpu应用构造为一个多任务集合，其中每一个任务承载一个模块化函数，多任务在一个单处理器上运行时允许高优先级线程抢占低优先级线程并允许不同类型的任务之间进行交互，包括阻塞，通信和同步，实时应用程序以模块化的方式组织，而不是在一个循环中进行轮询；在伺服驱动器中的cpu内迁入抢占方式内核操作系统，cpu可以运行多优先级的多任务模式，其中建立hd、hp、hs、hi，为四个硬件任务，任务的优先级为hd第一(最高)，hp第二，hs为三，hi为四(最低)，任务的划分为hd是伺服驱动器电流环内环负责a/d变化的采集，编码器电角度的采集，hp为伺服位置环任务，负责对伺服位置脉冲信号等等的外部数据进行采集，并且通过位置环pid控制算法对位置数据进行调谐，hs为伺服速度环任务，负责对伺服速度信号进行处理；通过速度环pid控制算法对速度数据进行调谐，hi为伺服电流内环，负责对伺服电流环进行svpwm控制算法的处理，通过电流环pid控制算法对电流数据进行调谐，四个硬件任务的运行周期可由线程分频函数来执行，在不同的周期内，三环的信号和函数不更新，不进行迭代，由此就能提高伺服控制的响应性，在最小的周期内进行伺服最有效的控制，本发明可以提高伺服相应的带宽，对伺
服电流环的控制更加的精确。
36.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。