一種低速直驅(qū)式交流伺服系統(tǒng)的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種低速直驅(qū)式交流伺服系統(tǒng)的控制方法，本低速直驅(qū)式交流伺服系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)包括位置閉環(huán)、速度閉環(huán)、交軸電流閉環(huán)和直軸電流閉環(huán)；采用間接觀測交流伺服電機轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速的方法，提高轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速的檢測精度；間接觀測得到的轉(zhuǎn)角觀測值用于旋轉(zhuǎn)變換和位置反饋，速度觀測值用于速度反饋；通過對交流伺服電機繞組電流的檢測和旋轉(zhuǎn)變換，分別得到交軸電流反饋信號和直軸電流反饋信號。引入轉(zhuǎn)矩抖動信號，使交流伺服電機在低速或靜止時處于“微抖動”狀態(tài)，改善低速死區(qū)和滯后特性。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，僅采用普通的交流伺服電機和普通增量式光電脈沖編碼器，可以實現(xiàn)高精度的低速直接驅(qū)動。
【專利說明】一種低速直驅(qū)式交流伺服系統(tǒng)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工業(yè)領(lǐng)域中的交流伺服系統(tǒng)，尤其是一種用于實現(xiàn)高精度位置控制的低速直驅(qū)式交流伺服系統(tǒng)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]交流伺服系統(tǒng)以稀土永磁同步電動機(PMSM)為驅(qū)動對象，交流伺服系統(tǒng)是制造業(yè)實現(xiàn)自動化和信息化的基礎(chǔ)構(gòu)件，多用于涉及輪廓軌跡跟蹤控制的【技術(shù)領(lǐng)域】，其在低速運行狀況下的工作性能是最重要的性能之一。常規(guī)的交流伺服系統(tǒng)須通過減速機構(gòu)與機械負(fù)載相連。直接驅(qū)動交流伺服系統(tǒng)簡稱直驅(qū)式交流伺服系統(tǒng)，可以不使用減速機構(gòu)，與機械負(fù)載直接耦合驅(qū)動，直接驅(qū)動的好處是顯而易見的，由于省去了傳動減速機構(gòu)，可以實現(xiàn)更高的控制精度，更快的響應(yīng)速度，更高的效率，更低的工作噪聲等。
[0003]應(yīng)用環(huán)境 對直接驅(qū)動式交流伺服系統(tǒng)的性能有很高的要求，主要是低速運行時的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩性能，要求速度平穩(wěn)，輸出轉(zhuǎn)矩接近額定值。
[0004]提高交流伺服系統(tǒng)的低速運行性能，從而滿足直接驅(qū)動的要求，可以從兩方面入手，第一是提高低速運行時的測速精度和帶寬；第二是克服低速運行時的干摩擦死區(qū)、機械間隙等非線性因素的影響。
[0005]在通用的交流伺服系統(tǒng)中，一般采用增量式光電脈沖編碼器作為反饋元件。從增量式光電脈沖編碼器的輸出信號來獲取電動機的速度反饋信息，目前常用的測速方法有M法、T法和Μ/T法。
[0006]M法測速是在設(shè)定的采樣周期T內(nèi)記錄反饋脈沖的個數(shù)由此求出電動機的轉(zhuǎn)速η為
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種低速直驅(qū)式交流伺服系統(tǒng)的控制方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:對交流伺服系統(tǒng)的輸出電流ia、ib進行檢測，并通過旋轉(zhuǎn)變換得到交軸電流i,和直軸電流id;以交流伺服電機的轉(zhuǎn)角觀測值為旋轉(zhuǎn)變換角度，所述轉(zhuǎn)角觀測值的獲取包括如下步驟: (11)在交流伺服電機軸上安裝光電脈沖編碼器，并采集該光電脈沖編碼器的輸出脈沖計數(shù)，得到第k個控制周期的實測角度信號Θ (k)，k=l，2，3，..?，以此實測角度信號Θ (k)作為間接觀測的參考信號； (12)計算第k個控制周期的間接觀測偏差Δ6^)=?^)-6^)，其中，幻表示第k個控制周期的轉(zhuǎn)角觀測值； (13)將步驟(12)得到的△Θ (k)輸入轉(zhuǎn)矩補償控制器，得到第k個控制周期的轉(zhuǎn)矩補償信號AM(k); (14)計算交流伺服電機在第k個控制周期輸出轉(zhuǎn)矩的估算值M⑷=r(k)-Kr -AM(k)，其中，i(k)為第k個控制周期的交軸電流給定信號，Kt為交流伺服電機的轉(zhuǎn)矩系數(shù)； (15)交流伺服系統(tǒng)的動力學(xué)模型的拉氏變換為丨:-1f交流伺服系統(tǒng)的動力學(xué)模


型離散化，得到交流伺服電機的速度觀測值命& + 1)和轉(zhuǎn)角觀測值決A + 1)的遞推算式:
0j(k + \) = {\-B- A)cb{k) + 義 M (k)
0(k + l) = e{k) + (b(k + l)-A
k=l, 2, 3,......其中，s為拉氏算子，J為轉(zhuǎn)動慣量，B為粘性摩擦系數(shù)，Δ是采樣周期，λ=Λ/.Τ;步驟二:以轉(zhuǎn)角觀測值A(chǔ)為位置反饋信號，將轉(zhuǎn)角位置給定信號Θ*和轉(zhuǎn)角觀測值沒相比較，得到位置跟隨偏差，此位置跟隨偏差經(jīng)過位置控制器的調(diào)節(jié)運算，得到速度給定信號氺ω ； 步驟三:以速度給定信號ω*和前述速度觀測值?相比較，得到速度偏差，此速度偏差經(jīng)過速度控制器的調(diào)節(jié)運算得到前述交軸電流給定信號G ; 步驟四:將交軸電流給定信號;,與前述交軸電流進行比較，得到交軸電流偏差，此交軸電流偏差經(jīng)過交軸電流控制器的調(diào)節(jié)運算，得到交軸電壓Uq ； 步驟五:設(shè)定直軸電流給定信號為O，將該直軸電流給定信號與前述直軸電流id進行比較，得到直軸電流偏差，此直軸電流偏差經(jīng)過直軸電流控制器的調(diào)節(jié)運算，得到直軸電壓Ud ; 步驟六:以轉(zhuǎn)角觀測值§為旋轉(zhuǎn)角度，對前述交軸電壓Uq和直軸電壓Ud進行逆旋轉(zhuǎn)變換，得到三相交流電壓參考信號Ua、ub、U。，再對前述三相交流電壓參考信號ua、Ub、Uc進行空間矢量脈寬調(diào)制，得到的脈寬調(diào)制信號用于控制逆變器，驅(qū)動交流伺服電機。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低速直驅(qū)式交流伺服系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述步驟四中，還將轉(zhuǎn)矩抖動信號ζ與交軸電流給定信號ζ相疊加；所述轉(zhuǎn)矩抖動信號/丨通過如下步驟得到:將前 述步驟二中的速度給定信號ω*經(jīng)過窗口函數(shù)處理，得到抖動幅值控制信號，前述抖動幅值控制信號與給定的振蕩信號相乘，得到轉(zhuǎn)矩抖動信號?。
【文檔編號】H02P21/14GK103986392SQ201410143359
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】李寧, 王木蘭, 左健民, 王保升 申請人:南京工程學(xué)院