弧線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機(jī)裝置，具體涉及一種弧線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]大多數(shù)的機(jī)械都需要在動(dòng)力機(jī)的帶動(dòng)下進(jìn)行工作。最常用的動(dòng)力機(jī)是電動(dòng)機(jī)。最常見(jiàn)的電動(dòng)機(jī)都是做圓周運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。但是也有很多工作機(jī)械不是做圓周運(yùn)動(dòng)的，例如，紡織機(jī)的主要部件是做左右方向的直線運(yùn)動(dòng)，牛頭刨、機(jī)械篩選機(jī)等也是做直線運(yùn)動(dòng)。還有一些機(jī)械是做一定弧度的搖擺運(yùn)動(dòng)，例如，搖擺式離心機(jī)，部分蛤蟆夯的搖擺錘等，都是只做一定幅度的弧線運(yùn)動(dòng)。更重要的以搖擺運(yùn)動(dòng)方式工作的是問(wèn)題望遠(yuǎn)鏡。天文望遠(yuǎn)鏡的主鏡筒為了始終對(duì)準(zhǔn)天空中的目標(biāo)，需要隨著地球的自傳而做相反的運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)觀測(cè)周期(一夜)只做一定弧度的搖擺運(yùn)動(dòng)。這種長(zhǎng)時(shí)間、超低速、寬調(diào)速、高精度一定弧度的搖擺運(yùn)動(dòng)，非常難于實(shí)施，并且還要求在這種低速運(yùn)動(dòng)中無(wú)爬行現(xiàn)象。
[0003]做直線運(yùn)動(dòng)與弧線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，采用一般電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)時(shí)，需要增加運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換裝置，不僅增加了成本，而且降低了機(jī)械效率?，F(xiàn)在已經(jīng)有直線電機(jī)用于帶動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)械，也已經(jīng)出現(xiàn)弧線電機(jī)，用于帶動(dòng)做弧線運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)械。但是弧線電機(jī)，用于帶動(dòng)做弧線運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)械一般采用的驅(qū)動(dòng)技術(shù)大都是摩擦驅(qū)動(dòng)或齒輪傳動(dòng)，只有個(gè)別設(shè)計(jì)采用了直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種弧線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，能夠以比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，滿足做弧線運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)械的高效率工作需要，特別是能夠滿足天文望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)時(shí)間、超低速、寬調(diào)速、高精度的一定弧度的搖擺運(yùn)動(dòng)，并且還無(wú)爬行現(xiàn)象。
[0005]完成上述發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是，一種弧線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述的弧線電機(jī)是大力矩交流稀土永磁同步伺服電機(jī)，其特征在于；本系統(tǒng)包括上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和下位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)弧線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的在線集中監(jiān)控、綜合管理、性能檢測(cè)和安全保護(hù)功能；下位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括DSP模塊，執(zhí)行電機(jī)，信號(hào)采集與比較模塊，位置數(shù)據(jù)處理單片機(jī)；所述執(zhí)行電機(jī)為弧線電機(jī)，該弧線電機(jī)是大轉(zhuǎn)矩、60對(duì)極的單元組合交流永磁同步伺服電機(jī)；在下位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中:設(shè)有DSP事件管理器、CPLD芯片和高精度的增量式編碼器。
[0006]進(jìn)一步的改進(jìn)，本發(fā)明的優(yōu)化方案是:
所述的弧線電機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘貼有永磁體，電機(jī)采用表貼式結(jié)構(gòu)；
所述的DSP事件管理器經(jīng)光耦隔離后輸出到智能功率模塊；該智能功率模塊輸出的UVW三路電壓信號(hào)加到所述的弧線電機(jī)上；該弧線電機(jī)上設(shè)有測(cè)量每路電流的電流互感器，各電流互感器經(jīng)高精度的A/D轉(zhuǎn)換后輸入到DSP的緩沖串口進(jìn)行處理；
所述的CPLD用于處理編碼器產(chǎn)生的增量位置信號(hào)，并完成鍵盤(pán)顯示等電路的接口 ；
粗、精結(jié)合的旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)出的電機(jī)的機(jī)械角度經(jīng)數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出到DSP處理后，實(shí)現(xiàn)弧線電機(jī)定子三相電流的換相，并且不需要測(cè)出電機(jī)的零位置信號(hào)。
[0007]所述的增量式編碼在電機(jī)旋轉(zhuǎn)后與旋轉(zhuǎn)變壓器的絕對(duì)位置相結(jié)合，精確的檢測(cè)出轉(zhuǎn)子的位置，在DSP內(nèi)部與轉(zhuǎn)換后的電流信號(hào)經(jīng)自適應(yīng)電流控制器處理，然后再輸出到DSP的事件管理器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0008]換言之，本發(fā)明的該控制系統(tǒng)是DSP和CPLD結(jié)合，由數(shù)字化智能功率模塊以及粗、精結(jié)合的旋轉(zhuǎn)變壓器及其數(shù)字轉(zhuǎn)換器、高精度的增量式編碼器組成；
所述的弧線電機(jī)是大轉(zhuǎn)矩、現(xiàn)采用的是60對(duì)極的單元組合交流永磁同步伺服電機(jī)，電機(jī)的采用減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的設(shè)計(jì)方法，若驅(qū)動(dòng)更大口徑的毫米波望遠(yuǎn)鏡可以在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上增加電機(jī)的極對(duì)數(shù)并可組成更多小電機(jī)以提高輸出轉(zhuǎn)矩跟蹤精度；
所述的DSP的事件管理器輸出六路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)光耦隔離后輸出到智能功率模塊，使智能功率模塊輸出近似圓形磁場(chǎng)的UVW三路電壓信號(hào)；該電壓信號(hào)加到弧線電機(jī)上，用電流互感器測(cè)出每路電流，經(jīng)高精度的A/D轉(zhuǎn)換后輸入到DSP的緩沖串口進(jìn)行處理；
所述的CPLD用于處理編碼器產(chǎn)生的增量位置信號(hào)，并完成鍵盤(pán)顯示等電路的接口 ；
粗、精結(jié)合的旋轉(zhuǎn)變壓的輸出信號(hào)經(jīng)DSP處理后轉(zhuǎn)換為弧線電機(jī)的絕對(duì)位置信號(hào)，實(shí)現(xiàn)弧線電機(jī)定子三相電流的換相，并且不需要測(cè)出電機(jī)的零位置信號(hào)。；
高精度的增量式編碼器在電機(jī)旋轉(zhuǎn)后與旋轉(zhuǎn)變壓器的絕對(duì)位置相結(jié)合，可以精確的檢測(cè)出轉(zhuǎn)子的位置，在DSP內(nèi)部與轉(zhuǎn)換后的電流信號(hào)經(jīng)自適應(yīng)電流控制器處理，然后再輸出到DSP的事件管理器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
故障發(fā)生時(shí)，智能功率模塊的故障端輸出故障信號(hào)經(jīng)光耦隔離后由DSP的故障中斷封鎖事件管理器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0009]所述的TMS320F2812的事件管理器的輸出采用空間矢量算法，在相對(duì)低速時(shí)對(duì)定子施加一定電壓進(jìn)行補(bǔ)償形成圓形磁場(chǎng)；在處理ADS8361采用后的信號(hào)后在TMS320F2812中實(shí)現(xiàn)3s/2s坐標(biāo)變換，結(jié)合所述的粗、精旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的角度信號(hào)及高精度的增量式編碼器通過(guò)EMP7256S計(jì)算出轉(zhuǎn)子的精確位置，從而實(shí)現(xiàn)2s/2r坐標(biāo)變換，最后采用自適應(yīng)控制方法實(shí)現(xiàn)電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)控制器的設(shè)計(jì)。
[0010]本發(fā)明的弧線電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠滿足大型射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)超低速弧線電機(jī)的需要，能夠大實(shí)現(xiàn)口徑毫米波/亞毫米望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)時(shí)間、超低速、寬調(diào)速、高精度跟蹤天體，并在低速時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ] 實(shí)施例1，弧線電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，弧線電機(jī)是自主研制的多對(duì)極交流永磁同步弧線電機(jī)，是單元組合式的，本發(fā)明是設(shè)計(jì)該弧線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，要求能實(shí)現(xiàn)寬調(diào)速、超低速、并在低速時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象。該驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是DSP處理器和數(shù)字化智能功率模塊組成，主要由以下部分組成。
[0012] 1.變頻逆變
變頻逆變部分用智能功率模塊是PMS25RLA120，承受的高電壓可達(dá)1200V，并有故障輸出端；TMS320F2812的事件管理器A或B根據(jù)控制器的調(diào)節(jié)算法，利用空間電壓矢量算法，在TMS320F2812事件管理器的定時(shí)器的作用下中斷產(chǎn)生智能功率模塊所需的六路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使逆變器輸出近似圓形磁場(chǎng)的UVW三路信號(hào)施加給弧線電機(jī)。該算法不僅顧及了變頻逆變部分的三相輸出電壓接近正弦信號(hào)，也顧及了三相輸出電流的正弦性，從而產(chǎn)生了恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，使變頻逆變器與弧線交流永磁同步電機(jī)一體化，簡(jiǎn)化了控制策略。
[0013]2.電流檢測(cè)
電流檢測(cè)采用電流傳感TBC1OTS3.3，與ADS8361的工作電壓及DSP的工作電壓3.3V互相兼容，檢測(cè)電路用單電源供電的運(yùn)放組成；模擬電流到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換是用16位A/D轉(zhuǎn)換器ADS8361，是一個(gè)四通道串行輸出的500k的A/D轉(zhuǎn)換器件，該器件可與TMS320F2812的緩沖串口進(jìn)行通信。電流采樣濾波采用擴(kuò)展的卡爾曼濾波方法估算實(shí)時(shí)電流最優(yōu)化，以提高瞬間電流測(cè)試的精度，以獲得正弦特性的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使永磁同步電機(jī)在超低速運(yùn)行時(shí)更平穩(wěn)。
[0014]3.位置和速度檢測(cè)
所述的粗、精結(jié)合的旋轉(zhuǎn)變壓器的速比是1:64，即由粗機(jī)確定軸角的粗略位置，由精機(jī)來(lái)得到軸角的精確位置；粗通道的旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)一周，精通道的旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)64周(5.625° );該旋轉(zhuǎn)變壓的粗通道用10位數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，精通道用16位轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由于旋轉(zhuǎn)變壓器的速比是1:64，粗通道后4位所表示的數(shù)據(jù)的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于精通道表示的精度，因此用粗通道的前6位和精通道的16位可實(shí)現(xiàn)22位的數(shù)字轉(zhuǎn)換；
粗、精結(jié)合的轉(zhuǎn)換器的糾錯(cuò)采用軟件處理，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電路，并且轉(zhuǎn)換器的輸出直接與DSP連接，通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算可以直接計(jì)算出轉(zhuǎn)子的機(jī)械角度，并根據(jù)條件判斷是否需要糾錯(cuò)，如果需要糾錯(cuò)直接加或減一個(gè)精通道對(duì)應(yīng)的機(jī)械角度即可，用于實(shí)現(xiàn)永磁伺服同步電機(jī)三相信號(hào)的換相并得出增量式編碼器的絕對(duì)角度。
[0015]4.控制器
所述的TMS320F2812的事件管理器的輸出采用空間矢量算法，在相對(duì)低速時(shí)對(duì)定子施加一定電壓進(jìn)行補(bǔ)償形成圓形磁場(chǎng)；在處理ADS8361采用后的信號(hào)后在TMS320F2812中實(shí)現(xiàn)3s/2s坐標(biāo)變換，結(jié)合所述的粗、精旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的角度信號(hào)及高精度的增量式編碼器通過(guò)EPM7256S計(jì)算出轉(zhuǎn)子的精確位置，從而實(shí)現(xiàn)2s/2r坐標(biāo)變換，最后采用自適應(yīng)控制方法實(shí)現(xiàn)電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)控制器的設(shè)計(jì)。
[0016]5.保護(hù)電路
故障發(fā)生時(shí)，智能功率模塊的故障端輸出的故障信號(hào)經(jīng)光耦隔離后由DSP封鎖事件管理器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。ADS8361采樣后擴(kuò)展卡爾曼濾波、3s/2s、2s/2r、2r/2s坐標(biāo)變換、自適應(yīng)控制器及電壓空間矢量算法都在控制器里用軟件實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種弧線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述的弧線電機(jī)是大力矩交流稀土永磁同步伺服電機(jī)，其特征在于；本系統(tǒng)包括上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和下位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)弧線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的在線集中監(jiān)控、綜合管理、性能檢測(cè)和安全保護(hù)功能；下位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括DSP模塊，執(zhí)行電機(jī)，信號(hào)采集與比較模塊，位置數(shù)據(jù)處理單片機(jī)；所述執(zhí)行電機(jī)為弧線電機(jī)，該弧線電機(jī)是大轉(zhuǎn)矩、60對(duì)極的單元組合交流永磁同步伺服電機(jī)；在下位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中:設(shè)有DSP事件管理器、CPLD芯片和高精度的增量式編碼器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弧線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的弧線電機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘貼有永磁體，電機(jī)采用表貼式結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弧線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的DSP事件管理器經(jīng)光耦隔離后輸出到智能功率模塊；該智能功率模塊輸出的UVW三路電壓信號(hào)加到所述的弧線電機(jī)上；該弧線電機(jī)上設(shè)有測(cè)量每路電流的電流互感器，各電流互感器經(jīng)高精度的A/D轉(zhuǎn)換后輸入到DSP的緩沖串口進(jìn)行處理。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弧線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的CPLD用于處理編碼器產(chǎn)生的增量位置信號(hào)，并完成鍵盤(pán)顯示等電路的接口 ；粗、精結(jié)合的旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)出的電機(jī)的機(jī)械角度經(jīng)數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出到DSP處理后，實(shí)現(xiàn)弧線電機(jī)定子三相電流的換相，并且不需要測(cè)出電機(jī)的零位置信號(hào)。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的弧線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的增量式編碼在電機(jī)旋轉(zhuǎn)后與旋轉(zhuǎn)變壓器的絕對(duì)位置相結(jié)合，精確的檢測(cè)出轉(zhuǎn)子的位置，在DSP內(nèi)部與轉(zhuǎn)換后的電流信號(hào)經(jīng)自適應(yīng)電流控制器處理，然后再輸出到DSP的事件管理器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
【專利摘要】弧線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述的弧線電機(jī)是大力矩交流稀土永磁同步伺服電機(jī)，其特征在于；本系統(tǒng)包括上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和下位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)弧線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的在線集中監(jiān)控、綜合管理、性能檢測(cè)和安全保護(hù)功能;下位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括DSP模塊，執(zhí)行電機(jī)，信號(hào)采集與比較模塊，位置數(shù)據(jù)處理單片機(jī)；所述執(zhí)行電機(jī)為弧線電機(jī)，該弧線電機(jī)是大轉(zhuǎn)矩、60對(duì)極的單元組合交流永磁同步伺服電機(jī)；在下位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中：設(shè)有DSP事件管理器、CPLD芯片和高精度的增量式編碼器。本發(fā)明能夠滿足大型射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)超低速弧線電機(jī)的需要，能夠大實(shí)現(xiàn)口徑毫米波/亞毫米望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)時(shí)間、超低速、寬調(diào)速、高精度跟蹤天體，并在低速時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象。
【IPC分類】H02P6/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105245137
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510724475
【發(fā)明人】顧海兵
【申請(qǐng)人】顧海兵
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年10月29日