专利名称：交流伺服电机力矩扰动的补偿控制方法
技术领域：
本发明涉及一种交流伺服电机的控制方法，具体为一种交流伺服电机力矩扰动的补偿控制方法。
(二)技术背景在交流伺服电机中，存在多种对输出力矩进行周期性扰动的因素如转子磁极机械结构的不对称、定转子齿槽的分布存在、定转子安装不同心带来的单边磁拉力等，这些一般称之为磁阻应力。磁阻应力与转子所处位置相关，所以随转子的转动呈现周期变化。此外还有轴上负载可能带来的周期性力矩波动。伺服驱动器一般是控制三相电流矢量或定转子磁场矢量的夹角以保持电机输出的力矩处于最佳工作状态。由于磁阻应力等扰动的存在，当输出控制量不变时，电机的输出力矩会发生有规律的周期性变化。这种变化造成控制误差加大，如体现为加速度、速度和位置的调节误差加大、调节频度提高等。通过加大控制系统的增益，提高系统响应速度可以一定程度上抑制力矩扰动带来的控制误差。但由于几乎所有的伺服控制系统都是在误差的出现后，伺服驱动器才根据反馈信号才实施控制的，因此，虽然可以抑制误差，但误差毕竟已经出现了。当我们按常规以速度、力矩双环对电机进行速度伺服控制时，由于磁阻应力等扰动力矩的变化，速度闭环的伺服控制须时时根据力矩扰动的变化进行调节，才能保持电机进行匀速运转。由于反馈控制的滞后，速度不可避免地受力矩扰动的影响呈现一定的上下浮动。
发明内容本发明目的是设计一种交流伺服电机力矩扰动的补偿控制方法，在系统控制误差尚未发生时，对交流伺服电机预期的磁阻应力及轴上其他周期性扰动力矩的变化进行前馈控制，减小控制误差，从而对交流伺服电机实现更好的力矩、速度及位置控制。
本发明交流伺服电机力矩扰动的补偿控制方法中，伺服驱动器采用速度、力矩双环控制，通过控制三相电流矢量对电机进行速度伺服控制，但在补偿控制前首先找出力矩扰动变化的规律，即找到电机转子在不同位置时受磁阻应力或其他周期性力矩扰动的规律，将此规律信息存入伺服驱动器中。伺服驱动器在进行控制时，则按照存贮的数据，根据转子所处的位置，将对应该点的控制量信号直接送入力矩环的设定端口。即在磁阻应力等扰动发生之前进行前馈控制，预先消除因规则性的力矩扰动即将产生的误差，同时速度闭环对其它无规则的扰动进行控制，从而使电机速度保持匀速，更加稳定地运行。
本发明交流伺服电机的补偿控制方法的优点为1、由于本补偿控制方法在磁阻应力等周期性力矩波动的影响产生之前，就进行了前馈控制，有效地抑制了误差的形成，使误差消除在产生之前，减轻控制指标对速度环、位置环的压力。本方法克服了转子在不同位置时所受的电磁力矩变化或负载力矩周期性变化的影响，提高了系统的稳定精度；2、本方法实施简单有效。
图1为本发明交流伺服电机力矩扰动的补偿控制方法的控制原理示意图；图2为某电机实验所测转子位置角θ与驱动器的速度环输出控制量幅度T之间的关系曲线图。
具体实施方式
本发明交流伺服电机力矩扰动的补偿控制方法的具体实施例中，采用伺服驱动器和速度、力矩双环控制，通过控制三相电流矢量对电机进行速度伺服控制，原理框图如图1所示。
第1步，在补偿控制前获得磁阻应力变化的规律，即找到电机转子在不同位置所受的磁阻应力以及电机轴上受到的其它周期性扰动力矩变化的规律。
获得磁阻应力变化的规律的方法为对伺服驱动器不加以周期性扰动力矩补偿，控制电机以匀速缓慢转动一周，记录驱动器速度环输出的控制量幅度，得到如图2所示的转子位置角与驱动器速度环输出控制量幅度之间的关系规律。由于速度闭环必须克服磁阻应力等周期性扰动力矩的变化才能控制电机进行匀速运转，所以控制量的幅度直接与扰动力矩的大小相关，即该控制量的规律即为扰动力矩的变化规律。为滤除不规则的数据，获得更为准确的扰动力矩变化规律，在不同速度下驱动电机，多次测量该控制量的变化规律，用多次平均的方法滤除偶然因素带来的测量误差。
在电机及负载结构设计时还可以直接计算出电机转子在不同位置时受到的周期性扰动力矩的大小。或通过直接测量力矩的办法获得力矩随转子位置的变化规律。
将此规律信息存入伺服驱动器中。
第2步，伺服驱动器在进行控制时，则按照存贮的数据，根据转子所处的位置，将对应该点的力矩控制量信号直接送入力矩环的设定端口，对力矩进行前馈控制，抵消扰动力矩周期性变化的影响，同时速度闭环仍对其它因素造成的扰动进行反馈控制，使电机更加平稳地运行。
权利要求
1一种交流伺服电机力矩扰动的补偿控制方法，伺服驱动器采用速度、力矩双环控制，通过控制三相电流矢量对电机进行速度伺服控制，其特征为第1步，在补偿控制前获得磁阻应力等力矩扰动变化的规律，将此规律信息存入伺服驱动器中；第2步，伺服驱动器在进行控制时，则按照存贮的数据，根据转子所处的位置，将对应该点的力矩控制量信号直接送入力矩环的设定端口，对力矩进行前馈控制，同时速度闭环仍对其它因素造成的随机扰动进行反馈控制。
2根据权利要求1所述的交流伺服电机力矩扰动的补偿控制方法，其特征为获得力矩扰动变化规律的方法为，对伺服驱动器不加以力矩扰动补偿控制，控制电机以匀速缓慢转动一周，记录为了保持速度均匀，驱动器的速度环输出控制量的幅度，得到转子位置角与速度环输出控制量幅度之间的关系规律，即力矩扰动变化的规律。
3根据权利要求2所述的交流伺服电机力矩扰动的补偿控制方法，其特征为获得力矩扰动变化的规律时，不同速度下闭环驱动电机，多次测量速度环输出控制量的变化规律，用多次平均的方法滤除偶然因素带来的测量误差。
4根据权利要求1所述的交流伺服电机力矩扰动的补偿控制方法，其特征为获得力矩扰动变化规律的方法为在电机及负载结构设计时直接计算出电机转子在不同位置时受到的周期性扰动力矩的大小。
5根据权利要求1所述的交流伺服电机力矩扰动的补偿控制方法，其特征为获得力矩扰动变化的规律的方法为直接测量力矩随转子位置的变化规律。
全文摘要
本交流伺服电机力矩扰动的补偿控制方法的伺服驱动器采用速度、力矩双环控制，在补偿控制前找出力矩扰动变化的规律，将此规律信息存入伺服驱动器中。伺服驱动器在进行控制时，按照存贮的数据，根据转子所处的位置，将对应该点的控制量信号直接送入力矩环的设定端口。即力矩扰动发生之前进行前馈控制，预先消除因规则性的力矩扰动即将产生的误差，同时速度闭环对其它无规则的扰动进行控制，从而使电机速度保持匀速，更加稳定地运行。前馈控制有效地抑制了误差的形成，使误差消除在产生之前，减轻控制指标对速度环、位置环的压力。本方法克服了转子在不同位置时所受的力矩扰动变化的影响，提高了系统的稳定精度；本方法实施简单有效。
文档编号H02P5/00GK1558545SQ20041002175
公开日2004年12月29日 申请日期2004年1月18日 优先权日2004年1月18日
发明者吕虹, 吕 虹 申请人:桂林星辰电力电子有限公司