[发明专利]一种关节镜动力刨削控制系统及其方法

权利要求书

1.一种关节镜动力刨削控制系统，其特征在于，包括转串口屏控制模块、手柄按键控制模块、脚踏控制模块、STM32主控芯片、直流电源模块、逆变电路模块、手柄电机模块、转速调节模块、转矩调节模块、MPC电流调节模块、有限级控制模块、最小化成本函数模块、矢量选择及持续时间计算模块、ADRC控制模块、TD模块、ESO模块、NLSEF模块、速度和转子角度计算模块、Park变换模块和Clark变换模块；所述串口屏控制模块通过串口通讯协议设定转速参考值以及手柄电机的摆动模式，手柄按键控制模块通过RS485通信协议输出信号控制手柄电机的运动模式，脚踏开关模块通过高低电平变换输出信号控制手柄电机的运动模式，主控芯片模块通过数模转换器获取设定信号，在STM32内部进行逻辑算法运算，转速调节模块的输入为转速实际值，输出为转矩调节值，电流转换模块的输入为转矩调节值，输出为q轴电流给定值，所述MPC电流调节模块的输入采用的是i_d＝0控制方法，ADRC控制器模块由跟踪微分器模块、扩张状态观察器模块、非线性状态误差反馈率模块构成，所述跟踪微分器模块获得一个平滑的输入信号，提取其双向信号，并安排瞬态过程；所述扩张状态观察器模块是ADRC控制器的核心，它不仅估计物体的状态，而且还估计系统的内部和外部扰动；所述非线性状态误差反馈率模块通过非线性控制函数提供稳定和有效的输出作为控制信号；所述速度和转子角度计算模块的通过手柄电机内部霍尔传感器计算出速度和转子角度的实际值；所述Park变换模块及Clarke变换得到相对于转子参考系为静止的旋转坐标系下的dq轴实际电流；所述直流电源模块的输入为整个硬件电路模块供电，逆变电路模块由6只功率MOSFET组成,每两只对应了一组半桥电路,通过输出脉宽调制信号来实现驱动手柄电机，手柄电机选取直流无刷电机，为星型连接接法。

2.一种关节镜动力刨削控制方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的关节镜动力刨削控制系统，包括以下步骤：

步骤一：经直流电源供电后，通过手柄按键控制模块或者脚踏开关模块，在控制信号传送至STM32主控芯片，控制整个控制系统的运行；

步骤二：采集手柄电机内部霍尔传感器测量的角度信号，获得转子电角度并通过速度和转子角度计算模块得到转速实际值；

步骤三：利用电流传感器采集电流信号并将其送入Clarke模块和Park模块进行电流调节，得到静止的旋转坐标系下的dq轴实际电流；

步骤四：得到的转速实际值进入ADRC控制器模块、经过TD模块、ESO模块、NLSEF模块处理后获得转速实际值；

步骤五：通过串口屏设置转速参考值，结合步骤二和步骤四的转速实际值，通过转速调节模块获得转矩给定值，将转矩给定值输入到转矩调节模块得到q轴电流给定参考值；

步骤六：将步骤五中转矩调节模块得到的q轴电流给定参考值，采用d轴电流为0的控制方法送入到MPC电流控制模块计算两相静止坐标下的dq轴电流的最优解；

步骤七：根据系统工况和优化目标合理设置相应的电流参数，结合步骤三和步骤六中MPC电流控制模块，在有限级控制模块下，设置对应的目标函数，对dq轴电流值进行最优矢量选择以及持续时间计算，并将得到的电压，结合步骤三，进入ESO模块进行状态观测；

步骤八：逆变电路模块通过MPC电流模块检测获得相应的功率器件驱动信号，通过驱动6个MOS管的通断来控制手柄电机的运行。

3.根据权利要求2所述的关节镜动力刨削控制方法，其特征在于，所述步骤一的具体流程为：直流电源模块额定电压为24V，经DC/DC电源模块处理后，对整个硬件电路模块进行供电，手柄按键控制模块通过RS485通信协议控制手柄电机的正切、反切、往复切，脚踏开关模块通过高低电平转换控制手柄电机的正切、反切、往复转，将控制信号传送至STM32主控芯片，控制整个动力刨削系统的运行。