稳定核聚变装置中新经典撕裂模的电机运动控制机构及方法

文档序号:25541022发布日期:2021-06-18 20:36阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种稳定核聚变装置中新经典撕裂模的电机运动控制机构,其特征包括:控制对象、执行单元、控制单元和通讯网络;

所述控制对象为电子回旋波可转动镜面机械组件中的可转动镜面;

所述执行单元包括:零背隙电机、电机传感器;

所述控制单元包括:上位机、运动控制器和伺服驱动器;

所述通讯网络包括:局域千兆以太网、工业实时以太网;

所述通讯网络中的局域千兆以太网用于上位机和运动控制器之间的通讯,工业实时以太网用于运动控制器和伺服驱动器之间的通讯;

所述上位机将对电子回旋波束可转动镜面的角度需求和控制策略转化为所述零背隙电机的运动参数和控制命令,并通过局域千兆以太网发送给运动控制器;同时,通过局域千兆以太网获取电机实时运动数据;并通过上位机串口获取角度传感器检测到的可转动镜面的极向角,以标定控制机构的精度;

所述运动控制器通过局域千兆以太网接收所述上位机发送来的电机运动参数和控制命令,同时,通过工业实时以太网向所述伺服驱动器发送电机运动参数和控制命令,并获取所述伺服驱动器发布的电机实时运动数据;

所述伺服驱动器根据所述电机运动参数和控制命令,结合所述电机传感器信号和本地参数实时输出所述零背隙电机运动所需的电流,从而控制所述零背隙电机驱动所述电子回旋波可转动镜面机械组件转动其可转动镜面;同时,所述伺服驱动器通过工业实时以太网向运动控制器发布电机实时运动数据;

所述零背隙电机是零背隙铁芯磁悬浮线性伺服电动机,用于实现带载高速位移和精密定位。

2.根据权利要求1所述的一种稳定核聚变装置中新经典撕裂模的电机运动控制机构,其特征是:所述控制单元设置有三种控制策略,所述控制策略包括:连续扫描模式、步进扫描模式、实时反馈模式;

所述连续扫描模式是控制所述可转动镜面在指定的初始角度处,以设定的运动速度在设定的扫描范围内做连续往返运动;

所述步进扫描模式是控制所述可转动镜面在指定的初始角度处,在设定的扫描范围内以设定的步长做单步运动,并根据设定的停留时间在单步运动的每一步做停留后再移至下一步;

所述实时反馈模式是控制所述可转动镜面的角度根据实时测量到的新经典撕裂模的位置做任意步长的实时调节;所调节的步长大小是根据所述可转动镜面的当前位置和期望位置,并由反馈控制算法决定的。

3.根据权利要求2所述一种稳定核聚变装置中新经典撕裂模的电机运动控制机构,其特征是,在执行所述实时反馈模式时,令所述电机运动控制机构的响应时间小于新经典撕裂模的增长时间;所述响应时间是从所述上位机发出控制命令,到所述零背隙电机接收到命令并执行指令,最后再将执行到位标识返回到所述上位机的总时长;

所述实时反馈模式是对所述零背隙电机采用如下过程的分段控制方法:

在核聚变装置的每炮等离子体放电前开始前,从所述上位机发送励磁命令使得所述零背隙电机进行励磁,励磁完毕后等待控制命令;

在每炮等离子体放电开始时,所述上位机在接收到控制命令中的角度指令后,将对应的运动参数发送至所述零背隙电机,使其仅执行从当前位置快速移动到指定位置的单步动作,并带动所述可转动镜面完成转动,在转动完成后再将所述零背隙电机的到位标识传送至所述上位机;同时,所述运动控制器实时记录电机运动数据,并在放电结束后,将电机运动数据包上传至所述上位机;

在每炮等离子体放电结束后,从所述上位机发送退磁命令使得所述零背隙电机进行退磁。

4.根据权利要求2所述一种稳定核聚变装置中新经典撕裂模的电机运动控制机构,其特征是,所述上位机包括:电机运动控制模块,并按照三种控制策略,分别执行所述运动控制器中对应的五种电机运动模式;所述电机运动模式:包括往返运动、步进运动和双模式步进运动、点到点运动和快速点到点运动;

所述电机运动控制模块首先通过所述电机传感器中的光电感应开关信号和非线性光栅传感器、确认所述零背隙电机当前的左右极限位置和全行程;然后,确认所述可转动镜面极向角的新原点和所述零背隙电机位移的新原点;接着,根据所选的电机运动模式,配置相应模式的运动参数和控制命令;最后,将所述可转动镜面极向角数据换算成所述零背隙电机位移数据,并向运动控制器发送所选电机运动模式的运动参数和控制命令;

所述运动控制器根据所述运动参数和控制命令,并行执行控制命令所要求的本地模块,从而通过所述伺服驱动器,最终实现控制所述零背隙电机根据所选的电机运动模式和运动参数进行运动;所述运动控制器的本地模块包括:遍历电机行程和获取极限位置模块、实时运动数据获取显示模块、实时运动数据打包模块、往返运动控制模块、步进运动控制模块、双模式步进运动控制模块、点到点运动控制模块、快速点到点运动控制模块。

5.一种稳定核聚变装置中新经典撕裂模的电机运动控制方法,其特征是通过控制单元和通讯网络,控制零背隙电机的运动,从而驱动电子回旋波束可转动镜面机械组件中的可转动镜面的转动,所述电机运动控制方法是按如下步骤进行:

步骤1、在上位机中配置控制单元的本地参数,包括:伺服驱动器的参数、控制目标性能参数、工业实时以太网和局域以太网的参数、电动机参数及其负载、电机所使用的电缸参数、电子回旋波可转动镜面机械组件的传动系数、电机所使用的传感器参数,优化电机的运动参数并确定pid控制系数;

步骤2、在所述零背隙电机的侧面安装有光电感应开关和非接触式线性光栅传感器,分别用于定位电机左右极限位置和实时电机位置反馈,从而得到零背隙电机的极限位置和全行程,并将零背隙电机定位到全行程范围内的任一位置处;

步骤3、移动所述零背隙电机,直到电子回旋波束沿水平方向入射到指定区域,并以所述可转动镜面所在位置的极向角为0°,作为所述可转动镜面极向角的新原点,同时,以所述零背隙电机的当前位置为0mm,作为所述零背隙电机位移的新原点;

步骤4、选择需要的电机运动模式并配置相应模式的运动参数和控制命令;

步骤5、将所述可转动镜面极向角数据换算成所述零背隙电机位移数据;

步骤6、通过局域以太网向运动控制器发送所配置的电机运动参数和控制命令;

步骤7、所述运动控制器并行执行电机控制命令所调用的本地模块,通过工业实时以太网向所述伺服驱动器发送电机运动参数和控制命令,并获取所述伺服驱动器发布的所述零背隙电机的实时运动数据;

步骤8、所述伺服驱动器根据所述电机运动参数和控制命令,结合所述电机传感器信号和本地参数,实时输出所述零背隙电机运动所需的电流,从而控制所述零背隙电机驱动所述电子回旋波可转动镜面机械组件去转动其可转动镜面;同时,所述伺服驱动器通过工业实时以太网,向所述运动控制器发布所述零背隙电机的实时运动数据;所述零背隙电机的实时运动数据包括电机运动位移、速度、加速度和位移偏差的实时数据;

步骤9、所述上位机通过局域千兆以太网获取所述运动控制器中的所述零背隙电机的实时运动数据,用于实时显示电机运动参数数据;

步骤10、等待所述零背隙电机的本次运动完毕,所述运动控制器将所述电机实时运动数据进行打包,并通过局域千兆以太网传递给上位机,用于本次电机运动的实时运动数据的文件保存和实时运动数据波形图的生成。


技术总结
本发明公开了一种稳定核聚变装置中新经典撕裂模的电机运动控制机构及方法;该机构包括:控制对象、零背隙电机、电机传感器、上位机、运动控制器、伺服驱动器和通讯网络;上位机将稳定新经典撕裂模对控制对象的角度需求转化为零背隙电机的运动参数和控制命令,通过局域以太网和运动控制器通讯;运动控制器通过工业实时以太网和伺服驱动器通讯,向伺服驱动器发送电机运动参数和控制命令,并获取电机实时运动数据;伺服驱动器根据电机运动参数和控制命令,结合电机传感器信号和本地参数,控制零背隙电机在微行程范围内的高速位移和精密定位,从而实现对控制对象的角度调节,以满足在核聚变装置中稳定新经典撕裂模这一物理研究的需求。

技术研发人员:张洋;钱静;张立元;李波;王晓洁;徐旵东;刘海庆;张晓东
受保护的技术使用者:中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日:2021.02.08
技术公布日:2021.06.18
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