本發(fā)明涉及電機控制，特別是涉及一種張力卷曲零伺服應(yīng)用的電機控制方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在張力卷曲行業(yè)，系統(tǒng)停機時一般都要求保持張力恒定。特別是一些高要求的卷曲設(shè)備，如凹版印刷機、高速分切機等，為避免系統(tǒng)停止時材料拉伸變形，系統(tǒng)的卷曲環(huán)節(jié)、牽引環(huán)節(jié)，都要求保持一定張力，鎖住卷軸，防止材料垂落。同時還要求卷軸鎖定過程中，有足夠的外力作用，可以使卷軸轉(zhuǎn)動，外力撤銷，卷軸還能回到原始位置。實際該功能就是零伺服功能。

目前，在張力卷曲行業(yè)，不涉及零伺服功能的，可直接通過驅(qū)動器控制，而要求零伺服功能的，則一般采用伺服驅(qū)動器，但目前驅(qū)動器大多零伺服功能，也不具備在張力卷曲環(huán)節(jié)應(yīng)用的技術(shù)條件。對于特定要求零伺服的行業(yè)，無法滿足客戶需求。而具備上述功能的又成本高昂、功率限制、伺服驅(qū)動器與伺服電機配套，兼容性較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種張力卷曲零伺服應(yīng)用的電機控制方法。

一種張力卷曲零伺服應(yīng)用的電機控制方法，包括以下步驟：

獲取驅(qū)動器投入零伺服前的給定轉(zhuǎn)矩，并使所述驅(qū)動器的轉(zhuǎn)矩恒定為該給定轉(zhuǎn)矩；

根據(jù)所述驅(qū)動器內(nèi)置的相電流檢測電路檢測出電機定子的三相相電流；

將獲得的三相相電流通過Clarke變換公式轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標(biāo)系下電流；

將兩相靜止坐標(biāo)系下的電流通過park變換轉(zhuǎn)換為M-T旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的所述電機的反饋勵磁電流、反饋轉(zhuǎn)矩電流；

獲取電機空載電流及鐵芯飽和系數(shù)，計算給定勵磁電流；

將所述給定勵磁電流和所述反饋勵磁電流之間的偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得M軸的偏差電壓；

獲取電機拽到初始位置的調(diào)節(jié)頻率及反饋頻率，將所述調(diào)節(jié)頻率和所述反饋頻率的偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得給定轉(zhuǎn)矩電流；

將所述給定轉(zhuǎn)矩電流與所述反饋轉(zhuǎn)矩電流之間偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得T軸的偏差電壓；

將所述M軸的偏差電壓與所述T軸的偏差電壓進行反PARK變換獲得兩相靜止坐標(biāo)下的電壓；

將兩相靜止坐標(biāo)下的電壓進行空間電壓矢量變換，獲得驅(qū)動信號，并將所述驅(qū)動信號作用于電機上。

在其中一個實施例中，所述獲取驅(qū)動器投入零伺服前的給定轉(zhuǎn)矩的步驟包括：

計算當(dāng)前卷軸直徑；

根據(jù)驅(qū)動器的設(shè)定張力及所述卷軸直徑計算所述驅(qū)動器的給定轉(zhuǎn)矩。

在其中一個實施例中，所述計算當(dāng)前卷軸直徑的步驟包括：

根據(jù)公式計算卷軸直徑，d為卷軸直徑，f為驅(qū)動器的輸出頻率，r為機械傳動比，p為電機極對數(shù)，v為線速度。

在其中一個實施例中，所述根據(jù)驅(qū)動器的設(shè)定張力及所述卷軸直徑計算所述驅(qū)動器的給定轉(zhuǎn)矩的步驟包括：

根據(jù)公式T＝F*d計算驅(qū)動器的給定轉(zhuǎn)矩，T為驅(qū)動器的給定轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)為設(shè)定張力，d為卷軸直徑。

在其中一個實施例中，所述獲取電機拽到初始位置的調(diào)節(jié)頻率的步驟包括：

記錄零伺服投入的初始位置及電機轉(zhuǎn)過的實際角度；

根據(jù)所述初始位置及所述實際角度計算出相對于零伺服初始位置轉(zhuǎn)過的脈沖數(shù)；

計算零伺服初始位置與電機轉(zhuǎn)過角度對應(yīng)脈沖數(shù)的誤差；

通過位置環(huán)對所述誤差進行處理后獲取所述調(diào)節(jié)頻率。

此外，還有必要提供一種張力卷曲零伺服應(yīng)用的電機控制系統(tǒng)。

一種張力卷曲零伺服應(yīng)用的電機控制系統(tǒng)，包括檢測模塊、變換模塊、調(diào)節(jié)模塊及獲取模塊；

所述獲取模塊用于獲取驅(qū)動器投入零伺服前的給定轉(zhuǎn)矩，并使所述驅(qū)動器的轉(zhuǎn)矩恒定為該給定轉(zhuǎn)矩；

所述檢測模塊用于根據(jù)驅(qū)動器內(nèi)置的相電流檢測電路檢測出電機定子的三相相電流；

所述變換模塊用于將獲得的三相相電流通過Clarke變換公式轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標(biāo)系下電流；

所述變換模塊還用于將兩相靜止坐標(biāo)系下的電流通過park變換轉(zhuǎn)換為M-T旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的所述電機的反饋勵磁電流、反饋轉(zhuǎn)矩電流；

所述獲取模塊還用于獲取電機空載電流及鐵芯飽和系數(shù)，計算給定勵磁電流；

所述調(diào)節(jié)模塊用于將所述定勵磁電流和所述反饋勵磁電流之間的偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得M軸的偏差電壓；

所述獲取模塊用于獲取電機拽到初始位置的調(diào)節(jié)頻率及反饋頻率；

所述調(diào)節(jié)模塊還用于將所述調(diào)節(jié)頻率和所述反饋頻率的偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得給定轉(zhuǎn)矩電流；

所述調(diào)節(jié)模塊還用于將所述給定轉(zhuǎn)矩電流與所述反饋轉(zhuǎn)矩電流之間偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得T軸的偏差電壓；

所述變換模塊還用于將所述M軸的偏差電壓與所述T軸的偏差電壓進行反PARK變換獲得兩相靜止坐標(biāo)下的電壓；

所述變換模塊還用于將兩相靜止坐標(biāo)下的電壓進行空間電壓矢量變換，獲得驅(qū)動信號，并將所述驅(qū)動信號作用于電機上。

在其中一個實施例中，還包括計算模塊，所述計算模塊用于計算當(dāng)前卷軸直徑；

所述計算模塊還用于根據(jù)驅(qū)動器的設(shè)定張力及所述卷軸直徑計算所述驅(qū)動器的給定轉(zhuǎn)矩。

在其中一個實施例中，所述計算模塊用于根據(jù)公式計算卷軸直徑，d為卷軸直徑，f為驅(qū)動器的輸出頻率，r為機械傳動比，p為電機極對數(shù)，v為線速度。

在其中一個實施例中，所述計算模塊用于根據(jù)公式T＝F*d計算驅(qū)動器的給定轉(zhuǎn)矩，T為驅(qū)動器的給定轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)為設(shè)定張力，d為卷軸直徑。

在其中一個實施例中，所述獲取模塊包括記錄單元、計算單元及處理單元；

所述記錄單元用于記錄零伺服投入的初始位置及電機轉(zhuǎn)過的實際角度；

所述計算單元用于計算零伺服初始位置與電機轉(zhuǎn)過角度對應(yīng)脈沖數(shù)的誤差；

所述處理單元用于通過位置環(huán)對所述誤差進行處理后獲取所述調(diào)節(jié)頻率。

上述張力卷曲零伺服應(yīng)用的電機控制方法和系統(tǒng)通過獲取驅(qū)動器投入零伺服前的給定轉(zhuǎn)矩，并使所述驅(qū)動器的轉(zhuǎn)矩恒定為該給定轉(zhuǎn)矩，從而維持張力恒定，驅(qū)動器投入零伺服邏輯后，通過控制電機輸出扭矩恒定實現(xiàn)系統(tǒng)張力平穩(wěn)過渡。具體的，在獲取電機的反饋勵磁電流、反饋轉(zhuǎn)矩電流后，進一步獲取電機空載電流和鐵芯飽和系數(shù)，計算給定勵磁電流，將給定勵磁電流與反饋勵磁電流之間的偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得M軸的偏差電壓，同時，將調(diào)節(jié)頻率和反饋頻率的偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得給定轉(zhuǎn)矩電流。將給定轉(zhuǎn)矩電流與反饋轉(zhuǎn)矩電流之間偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得T軸的偏差電壓。M軸的偏差電壓與T軸的偏差電壓經(jīng)過一系列變換后可獲得驅(qū)動信號并作用于電機上，從而達到零伺服電機控制。

附圖說明

圖1為張力卷曲零伺服應(yīng)用的電機控制方法的流程圖；

圖2為張力卷曲零伺服應(yīng)用的電機控制系統(tǒng)的模塊圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。

如圖1所示，為張力卷曲零伺服應(yīng)用的電機控制方法的流程圖。

一種張力卷曲零伺服應(yīng)用的電機控制方法，包括以下步驟：

步驟S110、獲取驅(qū)動器投入零伺服前的給定轉(zhuǎn)矩，并使所述驅(qū)動器的轉(zhuǎn)矩恒定為該給定轉(zhuǎn)矩。

獲取驅(qū)動器投入零伺服前的給定轉(zhuǎn)矩的步驟包括：

計算當(dāng)前卷軸直徑。

根據(jù)驅(qū)動器的設(shè)定張力及所述卷軸直徑計算所述驅(qū)動器的給定轉(zhuǎn)矩。

計算當(dāng)前卷軸直徑的步驟包括：

根據(jù)公式計算卷軸直徑，d為卷軸直徑，f為驅(qū)動器的輸出頻率，r為機械傳動比，p為電機極對數(shù)，v為線速度。

當(dāng)驅(qū)動器輸出轉(zhuǎn)矩/卷軸直徑恒定時，即保持材料張力恒定。

根據(jù)驅(qū)動器的設(shè)定張力及所述卷軸直徑計算所述驅(qū)動器的給定轉(zhuǎn)矩的步驟包括：

根據(jù)公式T＝F*d計算驅(qū)動器的給定轉(zhuǎn)矩，T為驅(qū)動器的給定轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)為設(shè)定張力，d為卷軸直徑。

在本實施例中，系統(tǒng)準(zhǔn)備停機時，記錄驅(qū)動器當(dāng)前給定轉(zhuǎn)矩T，并檢測零伺服啟動條件，滿足驅(qū)動器輸出頻率≤零伺服起始頻率，自動投入零伺服，限定的轉(zhuǎn)矩即為系統(tǒng)停機前記錄的驅(qū)動器輸出轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)投入零伺服時材料張力平穩(wěn)無波動。

步驟S120、根據(jù)驅(qū)動器內(nèi)置的相電流檢測電路檢測出電機定子的三相相電流。

具體的，通過驅(qū)動器內(nèi)置的相電流檢測電路檢測電機三相輸出的其中兩相電流。根據(jù)三相電流總和為零，求出第三相電流。

步驟S130、將獲得的三相相電流通過Clarke變換公式轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標(biāo)系下電流。

步驟S140、將兩相靜止坐標(biāo)系下的電流通過park變換轉(zhuǎn)換為M-T旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的所述電機的反饋勵磁電流、反饋轉(zhuǎn)矩電流。

步驟S142、獲取電機空載電流及鐵芯飽和系數(shù)，計算給定勵磁電流。

步驟S150、將所述給定勵磁電流和所述反饋勵磁電流之間的偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得M軸的偏差電壓。

具體的，通過PI調(diào)節(jié)器對偏差信號進行調(diào)節(jié)，進而得到M軸的偏差電壓。

步驟S160、獲取電機拽到初始位置的調(diào)節(jié)頻率及反饋頻率，將所述調(diào)節(jié)頻率和所述反饋頻率的偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得給定轉(zhuǎn)矩電流。

獲取電機拽到初始位置的調(diào)節(jié)頻率的步驟包括：

記錄零伺服投入的初始位置及電機轉(zhuǎn)過的實際角度；

根據(jù)所述初始位置及所述實際角度計算出相對于零伺服初始位置轉(zhuǎn)過的脈沖數(shù)；

計算零伺服初始位置與電機轉(zhuǎn)過角度對應(yīng)脈沖數(shù)的誤差；

通過位置環(huán)對所述誤差進行處理后獲取所述調(diào)節(jié)頻率。

具體的，記錄零伺服投入的初始位置PulseSeqCnt；記錄電機轉(zhuǎn)過的實際角度，通過QEP模塊計數(shù)，配置為UP/DN雙向計數(shù)模式，計算出相對于零伺服初始位置轉(zhuǎn)過的脈沖數(shù)PulseFeedCnt；計算零伺服初始位置與電機轉(zhuǎn)過角度對應(yīng)脈沖數(shù)的誤差，即：Err＝PulseSeqCnt*4–PulseFeedCnt；通過位置環(huán)對誤差Err乘以比例系數(shù)KP，作為將電機拽到初始位置的調(diào)節(jié)頻率WmSet。

步驟S170、將所述給定轉(zhuǎn)矩電流與所述反饋轉(zhuǎn)矩電流之間偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得T軸的偏差電壓。

將位置環(huán)調(diào)節(jié)出的頻率WmSet和通過PG卡反饋頻率WmFed的偏差信號ASRErr，通過PI調(diào)節(jié)器得到給定轉(zhuǎn)矩電流ItRef，給定轉(zhuǎn)矩電流ItRef的上限即為零伺服輸出轉(zhuǎn)矩T，也即投入零伺服前驅(qū)動器的輸出轉(zhuǎn)矩T，不帶材料時，驅(qū)動器的輸出轉(zhuǎn)矩接近為零，帶材料時，輸出轉(zhuǎn)矩便是零伺服的輸出轉(zhuǎn)矩T。

步驟S180、將所述M軸的偏差電壓與所述T軸的偏差電壓進行反PARK變換獲得兩相靜止坐標(biāo)下的電壓。

步驟S190、將兩相靜止坐標(biāo)下的電壓進行空間電壓矢量變換，獲得驅(qū)動信號，并將所述驅(qū)動信號作用于電機上。

步驟S190包括：將兩相靜止坐標(biāo)下的電壓進行空間電壓矢量變換，獲得6路驅(qū)動信號，并將所述驅(qū)動信號經(jīng)過IPM作用于電機上。

通過按以上步驟的控制方法，在張力卷曲系統(tǒng)，使能零伺服控制信號，并且零伺服頻率到達，驅(qū)動器進入零伺服控制邏輯，可獨立控制主機、收卷軸、牽引軸和放卷軸等環(huán)節(jié)的張力，避免材料垂落，產(chǎn)生拉伸變形等。同時，由于系統(tǒng)已經(jīng)建立了張力，下次啟動時會更加平穩(wěn)。通過設(shè)置零伺服狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩限定，可實現(xiàn)在零伺服狀態(tài)，當(dāng)外力>限定轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)動卷軸，外力撤銷，卷軸可以自動回到初始位置。

如圖2所示，為張力卷曲零伺服電機應(yīng)用的控制系統(tǒng)的模塊圖。

一種張力卷曲零伺服應(yīng)用的電機控制系統(tǒng)，包括檢測模塊210、變換模塊220、調(diào)節(jié)模塊230及獲取模塊240。

獲取模塊240用于獲取驅(qū)動器投入零伺服前的給定轉(zhuǎn)矩，并使所述驅(qū)動器的轉(zhuǎn)矩恒定為該給定轉(zhuǎn)矩。

所述檢測模塊210用于根據(jù)驅(qū)動器內(nèi)置的相電流檢測電路檢測出電機定子的三相相電流。

所述變換模塊220用于將獲得的三相相電流通過Clarke變換公式轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標(biāo)系下電流。

所述變換模塊220還用于將兩相靜止坐標(biāo)系下的電流通過park變換轉(zhuǎn)換為M-T旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的所述電機的反饋勵磁電流、反饋轉(zhuǎn)矩電流。

獲取電機240用于獲取電機空載電流及鐵芯飽和系數(shù)，計算給定勵磁電流；

所述調(diào)節(jié)模塊230用于將所述給定勵磁電流和所述反饋勵磁電流之間的偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得M軸的偏差電壓。

所述獲取模塊240用于獲取電機拽到初始位置的調(diào)節(jié)頻率及反饋頻率。

所述調(diào)節(jié)模塊230還用于將所述調(diào)節(jié)頻率和所述反饋頻率的偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得給定轉(zhuǎn)矩電流。

所述調(diào)節(jié)模塊230還用于將所述給定轉(zhuǎn)矩電流與所述反饋轉(zhuǎn)矩電流之間偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得T軸的偏差電壓。

所述變換模塊220還用于將所述M軸的偏差電壓與所述T軸的偏差電壓進行反PARK變換獲得兩相靜止坐標(biāo)下的電壓。

所述變換模塊220還用于將兩相靜止坐標(biāo)下的電壓進行空間電壓矢量變換，獲得驅(qū)動信號，并將所述驅(qū)動信號作用于電機上。

張力卷曲零伺服電機控制系統(tǒng)還包括計算模塊250，所述計算模塊250用于計算當(dāng)前卷軸直徑。

所述計算模塊250還用于根據(jù)驅(qū)動器的設(shè)定張力及所述卷軸直徑計算所述驅(qū)動器的轉(zhuǎn)矩。

計算模塊250用于根據(jù)公式計算卷軸直徑，d為卷軸直徑，f為驅(qū)動器的輸出頻率，r為機械傳動比，p為電機極對數(shù)，v為線速度。

計算模塊250用于根據(jù)公式T＝F*d計算驅(qū)動器的轉(zhuǎn)矩，T為驅(qū)動器的轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)為設(shè)定張力，d為卷軸直徑。

獲取模塊240包括記錄單元、計算單元及處理單元；

所述記錄單元用于記錄零伺服投入的初始位置及電機轉(zhuǎn)過的實際角度。

所述計算單元用于計算零伺服初始位置與電機轉(zhuǎn)過角度對應(yīng)脈沖數(shù)的誤差。

所述處理單元用于通過位置環(huán)對所述誤差進行處理后獲取所述調(diào)節(jié)頻率。

上述張力卷曲零伺服應(yīng)用的電機控制方法和系統(tǒng)通過獲取驅(qū)動器投入零伺服前的給定轉(zhuǎn)矩，并使所述驅(qū)動器的轉(zhuǎn)矩恒定為該給定轉(zhuǎn)矩，從而維持張力恒定，驅(qū)動器投入零伺服邏輯后，通過控制電機輸出扭矩恒定實現(xiàn)系統(tǒng)張力平穩(wěn)過渡。具體的，在獲取電機的反饋勵磁電流、反饋轉(zhuǎn)矩電流后，進一步獲取電機空載電流和鐵芯飽和系數(shù)，計算給定勵磁電流，將給定勵磁電流與反饋勵磁電流之間的偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得M軸的偏差電壓，同時，將調(diào)節(jié)頻率和反饋頻率的偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得給定轉(zhuǎn)矩電流。將給定轉(zhuǎn)矩電流與反饋轉(zhuǎn)矩電流之間偏差信號進行PI調(diào)節(jié)，獲得T軸的偏差電壓。M軸的偏差電壓與T軸的偏差電壓經(jīng)過一系列變換后可獲得驅(qū)動信號并作用于電機上，從而達到零伺服電機控制。

以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。