通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法
【专利摘要】针对拼接式伺服电机存在较大的力矩波动的问题，本发明提供一种通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法：1、测量拼接式伺服电机在旋转一周的过程中的所受的磁阻力矩Tc。2、构建磁阻力矩与旋转位置的表达式。3获取电机的直轴电流值Id和交轴电流值Iq。4、将与电机力矩系数相除，获得随位置变化的补偿电流。5、由Id和Iq获得电机的理论参考电流I*qv。将理论参考电流I*qv与随位置变化的补偿电流Iqr相减，获得实际交轴参考电流I*q并输入PWM对电机进行驱动。有益的技术效果：采用本方法后拼接式伺服电机的力矩波动比使用前的波动平均降低40%。
【专利说明】通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机电控制领域，特别涉及一种用于大型转台的多定子的拼接式伺服电机控制方法，具体为通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，机床、雷达、望远镜等设备的尺寸越来越大，需要的转台尺寸也越来越大。如国外最新型的天文望远镜尺寸已经达到30至50米U)。以往的传动系统已经不能满足这些设备所需要的转动惯量和机械刚度的要求——如果按照传统传动设计方案，需要采用的直接驱动的力矩电机直径将达到IOm以上。这将给电机的加工、运输带来很大的麻烦。
[0003]采用多定子结构的拼接式伺服电机对上述大型转台进行驱动的解决方法被提出并得到了广泛的应用。所述的拼接式伺服电机由多块弧形定子组成，拼接式伺服电机的每块定子和拼接式伺服电机的动子之间都相当于一台单元电机，整台拼接式伺服电机可以看成是由多台单元电机构成的大电机。该拼接式伺服电机和大型转台之间再采用机电一体化的设计，可以形成刚度很强的连接关系，从而大幅度提高大型转台的动态响应。此外，当拼接式伺服电机内的一块定子出现故障的时候，可以随时拆除维修，并不影响整台拼接式伺服电机的工作。
[0004]但是该种拼接式伺服电机存在力矩波动较大的问题。拼接式伺服电机产生的力矩波动较大，将导致拼接式伺服电机无法平稳地旋转。力矩波动造成的原因有很多种，其中最主要的原因就是该种拼接式伺服电机存在较大的边端力和齿槽力，二者可以统称为拼接式伺服电机的磁阻力。
[0005]目前降低拼接式伺服电机产生的力矩波动的方法是对拼接式伺服电机的机械结构进行专门的结构优化，降低拼接式伺服电机的磁阻力。但是该方法重复性低，且成本高，周期长。
【发明内容】
[0006]针对拼接式伺服电机存在较大的力矩波动的问题，本发明提供一种通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法。
[0007]具体的步骤如下:通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法，在拼接式伺服电机的转子上安装有一个位置传感器，在拼接式伺服电机的驱动模块上安装有一个电流传感器，所述拼接式伺服电机的驱动模块与拼接式伺服电机的定子组相连接；在拼接式伺服电机旁配置一台数字信号处理器DSP，所述数字信号处理器DSP内含串行通信接口模块SC1、模数转换模块AD、脉冲宽度调制模块PWM和正交编码脉冲模块QEP ;其中，数字信号处理器DSP内的模数转换模块AD与电流传感器相连接；通过模数转换模块AD将电流传感器所输出的模拟值转换为数字量值；数字信号处理器DSP内的串行通信接口模块SCI与一台工控机相连接，；数字信号处理器DSP内的脉冲宽度调制模块PWM经光耦合器OC与拼接式伺服电机的驱动模块相连接，由脉冲宽度调制模块PWM对拼接式伺服电机的驱动模块进行控制；数字信号处理器DSP内的正交编码脉冲模块QEP与位置传感器相连接，通过正交编码脉冲模块QEP将位置传感器发出的信号转换成拼接式伺服电机当前的机械角度Φ。并按以下步骤对拼接式伺服电机进行监测与控制:
步骤1:用一台标准电机带动拼接式伺服电机旋转，测量拼接式伺服电机在旋转一周的过程中每旋转I度时所受的磁阻力矩T。，一共获得360个离散的磁阻力矩T。值；
步骤2:由数字信号处理器DSP通过傅里叶级数将步骤I获得的360个离散的磁阻力矩T。值拟合且构建成拼接式伺服电机的磁阻力矩与旋转位置的线性函数表达式
【权利要求】
1.通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法，其特征在于，在拼接式伺服电机的转子上安装有一个位置传感器，在拼接式伺服电机的驱动模块上安装有一个电流传感器；在拼接式伺服电机旁配置一台数字信号处理器DSP，所述数字信号处理器DSP内含串行通信接口模块SC1、模数转换模块AD、脉冲宽度调制模块PWM和正交编码脉冲模块QEP ；其中，数字信号处理器DSP内的模数转换模块AD与电流传感器相连接；通过模数转换模块AD将电流传感器所输出的模拟值转换为数字量值；数字信号处理器DSP内的脉冲宽度调制模块PWM经光耦合器OC与拼接式伺服电机的驱动模块相连接，由脉冲宽度调制模块PWM对拼接式伺服电机的驱动模块进行控制；数字信号处理器DSP内的正交编码脉冲模块QEP与位置传感器相连接，通过正交编码脉冲模块QEP将位置传感器发出的信号转换成拼接式伺服电机当前的机械角度Φ ;并按以下步骤对拼接式伺服电机进行监测与控制: 步骤1:用一台标准电机带动拼接式伺服电机旋转，测量拼接式伺服电机在旋转一周的过程中每旋转I度时所受的磁阻力矩T。，一共获得360个离散的磁阻力矩T。值； 步骤2:由数字信号处理器DSP通过傅里叶级数将步骤I获得的360个离散的磁阻力矩T。值拟合且构建成拼接式伺服电机的磁阻力矩与旋转位置的线性函数表达式
2.根据权利要求1所述的通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法，其特征在于，将一台标准电机和一台待测的拼接式伺服电机共同放在检测台上；在标准电机的转子上安装有驱动电机绕线盘(I )，在待测的拼接式伺服电机的转子上安装有伺服电机绕线盘(6)，驱动电机绕线盘(I)的边缘与第一连接线(81)的一端相连接，第一连接线(81)的另一端与测力计(4)的一端相连接，测力计(4)的另一端与伺服电机绕线盘(6)的边缘相连接；第三连接线(83)的一端与伺服电机绕线盘(6)的边缘相连接，第三连接线(83)的另一端连接有重块(9);在检测台的边缘设有一个滑轮组(10)，与重块(9)相连的第三连接线(83)绕过滑轮组(10)后自然下垂； 测量拼接式伺服电机的磁阻力矩T。的步骤如下: 步骤1.1:在被测样机不通电的情况下，由标准电机带动拼接式伺服电机匀速旋转一周；由数字信号处理器DSP将位置传感器的信号转换成拼接式伺服电机实时的正向旋转角度，通过测力计(4)获取拼接式伺服电机每旋转1°时的正向旋转的负载力矩值TL1，一共获得360个正向旋转的负载力矩值TL1 ； 步骤1.2:令标准电机带动拼接式伺服电机匀速反向旋转一周，通过测力计(4)获取拼接式伺服电机每反向旋转1°时的反向旋转的负载力矩值TL2，一共获得360个反向旋转的负载力矩值TL2 ； 步骤1.3:将旋转相同角度值的正向旋转的负载力矩值TL1和反向旋转的负载力矩值TL2取算术平均值后与负载力矩Tg做差，得到磁阻力矩T。:
3.根据权利要求1所述的通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法，其特征在于，数字信号处理器DSP采用5阶以上的傅里叶级数对磁阻力矩T。值进行非线性回归计算。
4.根据权利要求1所述的通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法，其特征在于，数字信号处理器DSP对A相电流值ia、B相电流值ib和C相电流值i。进行PARK矢量变换时需要得到拼接式伺服电机的当前电角度Θ是通过函数式Θ=2ΡΦ得到的，其中，Φ为拼接式伺服电机当前的机械角度，拼接式伺服电机当前的机械角度Φ是通过与伺服电机同轴安装的位置传感器采集得到的，P为拼接式伺服电机的极对数。
5.根据权利要求1所述的通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法，其特征在于，所述理论参考电流Ι\ν是由数字信号处理器DSP利用电机速度闭环PI运算得到的。
6.根据权利要求2所述的通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法，其特征在于，标准电机为低力矩波动的电机，其力矩波动在5%以内。
【文档编号】H02P21/05GK104022705SQ201410228761
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】常九健, 倪田荣, 梅亮 申请人:中国电子科技集团公司第三十八研究所