(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210550079.X (22)申请日 2022.05.20 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114900085 A (43)申请公布日 2022.08.12 (73)专利权人 北京科技大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路3 0号 (72)发明人 潘月斗　张亚涛　 (74)专利代理 机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 1 1237 专利代理师 张仲波 (51)Int.Cl. H02P 21/00(2016.01) H02P 21/14(2016.01) H02P 25/022(2016.01)H02P 6/34(2016.01) B25J 9/16(2006.01) (56)对比文件 CN 111740669 A,2020.10.02 审查员 贾贺帅 (54)发明名称 一种机器人关节伺服电机模型预测参数优 化方法及装置 (57)摘要 本发明公开了一种机器人关节伺服电机模 型预测参数优化方法及装置， 涉及机器人关节控 制技术领域。 包括： 对永磁同步电机进行建模， 得 到符合机器人关节预测控制标准的永磁同步电 机数学模型； 根据永磁同步电机数学模型， 建立 机器人关节永磁同步电机的模型预测控制器； 根 据模型预测控制器， 得到待预测的机器人关节电 机的最优的电压矢量。 本发明能够在线优化模型 预测控制方法中价值函数的参数配置， 解决模型 预测控制技术中价值函数的参数难以配置的问 题， 进一步优化系统的控制性能。 权利要求书2页 说明书9页 附图3页 CN 114900085 B 2022.11.29 CN 114900085 B 1.一种机器人关节伺服电机模型 预测参数优化方法， 其特 征在于， 所述方法包括： S1、 对永磁同步电机进行建模， 得到符合机器人关节预测控制标准的永磁同步电机数 学模型； S2、 根据所述永磁同步电机数学模型， 建立机器人关节永磁同步电机的模型预测控制 器； S3、 根据所述模型 预测控制器， 得到待预测的机器人关节电机的最优的电压 矢量； 所述模型 预测控制器包括判定单 元、 电流预测控制单 元以及参数优化单 元； 所述S3中的根据 所述模型预测控制器， 得到待预测的机器人关节电机的最优的电压矢 量包括： S31、 通过所述判定单元采集永磁同步电机的速度反馈数据以及电流反馈数据， 判断机 器人关节电机的运动状态； 其中， 所述 运动状态包括动态调节阶段与稳定调节阶段； S32、 根据电流预测控制单元， 得到价值函数； 其中， 所述价值函数包括动态调 节阶段价 值函数与稳定调节阶段价 值函数； S33、 通过所述参数优化单元对所述价值函数进行参数优化， 得到待预测的机器人关节 电机的最优的电压 矢量。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述永磁同步电机数学模型包括永磁同步 电机d轴和q轴电压电流方程、 永磁同步电机d轴和q轴电压在旋转坐标系变换方程、 磁链方 程以及永磁同步电机电磁转矩方程。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述S31中的通过所述判定单元采集永磁 同步电机的速度反馈数据以及电流反馈数据， 判断机器人关节电机的运动状态包括： 通过所述判定单元采集设定条件的永磁同步电机的速度反馈数据以及电流反馈数据； 其中， 所述设定条件 包括设定的循环周期和设定的采样时间； 根据所述速度反馈数据以及电流反馈数据， 判定机器人关节电机的运动状态为动态调 节阶段或稳定调节阶段。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述S32中的根据所述电流预测控制单元， 得到价值函数包括： 构建电流预测数 学模型、 电磁转矩预测数 学模型以及逆变 器开关频率预测模型； 根据所述电流预测数学模型、 电磁转矩预测数学模型以及逆变器开关频率预测模型， 得到价值函数。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述 价值函数如下式(1)所示： gm＝ λ[|iqk+1‑iqk|+|idk+1‑idk|]‑β Tek+1+γSwk+1      (1) 其中， λ表示电流误差的权重系数； idk+1、 iqk+1为经过补偿预测后的k+1时刻d、 q轴电流； idk、 iqk为k时刻d、 q轴电流； β 表示电磁转矩的权重系数； Tek+1表示k+1时刻的电磁转矩预测 值； γ表示逆变 器开关频率的权 重系数； Swk+1表示k+1时刻的逆变 器开关频率变化次数。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述S33中的通过所述参数优化单元对所 述价值函数进行参数优化包括： 通过所述参数优化单元的优化算法在线对所述动态调节阶段价值函数的权重系数进 行参数优化， 以及通过所述参数优化单元的优化算法在线对所述稳定调节阶段价值函数的权重系权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114900085 B 2数进行参数优化。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 所述通过所述参数优化单元的优化算法在 线对所述动态调节阶段价 值函数的权 重系数进行参数优化包括： 判断动态调节阶段的上升时间是否超过预设阈值， 若是， 则减少动态调节阶段价值函 数中电流 误差的权 重系数， 增 加动态调节阶段价 值函数中电磁转矩的权 重系数。 8.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 所述通过所述参数优化单元的优化算法在 线对所述稳定调节阶段价 值函数的权 重系数进行参数优化包括： 判断稳定调节阶段的静态误差是否超过预设阈值， 若是， 则增加稳定调节阶段价值函 数中电流 误差的权 重系数， 减小稳定调节阶段价 值函数中电磁转矩的权 重系数。 9.一种机器人关节伺服电机模型 预测参数优化装置， 其特 征在于， 所述装置包括： 数学模型构建模块， 用于对永磁同步电机进行建模， 得到符合机器人关节预测控制标 准的永磁同步电机数 学模型； 控制器构建模块， 用于根据所述永磁同步电机数学模型， 建立机器人关节永磁同步电 机的模型 预测控制器； 输出模块， 用于根据所述模型预测控制器， 得到待预测的机器人关节电机的最优的 电 压矢量； 所述模型 预测控制器包括判定单 元、 电流预测控制单 元以及参数优化单 元； 所述根据所述模型预测控制器， 得到待预测的机器人关节电机的最优的电压矢量包 括： S31、 通过所述判定单元采集永磁同步电机的速度反馈数据以及电流反馈数据， 判断机 器人关节电机的运动状态； 其中， 所述 运动状态包括动态调节阶段与稳定调节阶段； S32、 根据电流预测控制单元， 得到价值函数； 其中， 所述价值函数包括动态调 节阶段价 值函数与稳定调节阶段价 值函数； S33、 通过所述参数优化单元对所述价值函数进行参数优化， 得到待预测的机器人关节 电机的最优的电压 矢量。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114900085 B 3