一种电磁驱动控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电磁驱动控制系统，其包括连接于受控电磁单元的H形全桥驱动电路，其包括串联连接的第一场效应管和第四场效应管构成了该H形全桥驱动电路的左桥臂，串联连接的第二场场效应管和第三场效应管构成了该H形全桥驱动电路的右桥臂；PWM控制单元，用于向左桥臂、右桥臂的场效应管提供控制信号；其特征在于：所述左桥臂包括与第一场效应管的漏极串联的第一直流电压源，所述右桥臂还包括与第二场效应管的漏极串联的第二直流电压源；其中，所述第一直流电压源和第二直流电压源被适当配置以极大削弱电磁驱动控制系统的输出电流波动，并且能够使得系统在较低的开关频率下实现对电磁驱动控制系统超高精度控制，提高了系统的稳定性，减小了系统的损耗，并且大大降低了驱动控制器的成本。
【专利说明】—种电磁驱动控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电磁驱动控制领域，尤其涉及一种可削弱电磁驱动领域中电流波动的控制系统。
【背景技术】
[0002]目前在电磁驱动领域中，主要的技术手段是应用法拉第电磁感应通过磁场为媒介将电流转换为力或者力矩的物理效应。所以，驱动控制电流的输出特性严重影响着电磁驱动系统的工作特性。故超高精度控制领域中，如音圈电机超高精度伺服驱动系统、磁悬浮轴承悬浮驱动系统、磁悬浮导轨悬浮驱动系统等等，电磁驱动系统输出电流的快速性，稳定性和高频操控特性成为了科学界的研究热点。
[0003]目前在超高精度电磁驱动控制领域中电磁驱动控制器的设计方案主要可以分为线性功率放大器方案和PWM功率变换器方案。当超高精度电磁驱动系统采用线性功率放大器方案进行设计时，具有电流响应快，消除了系统由于开关器件开关斩波所产生的电流纹波，提高了输出电流的稳定性。但是当采用线性功率放大器方案时，首先存在着电流响应存在超调，同时存在电流跃变时的非线性区。其次控制器的设计受到的限制较大，高性能控制的难度较高。并且当超高精度伺电磁驱动系统采用线性功率放大器方案进行设计时，系统器件发热量大，能量损耗较多。超精电磁驱动系统的一重要发展方向是高过载、高加速度，无疑对元器件的功率等级要求更高，线性功率放大器方案已经愈来愈难以满足超高精度电磁驱动控制系统功率的需求。
[0004]而当超高精度电磁驱动控制系统采用PWM功率变换器方案进行设计时，由于采用数字处理器对电磁驱动系统的控制信号进行控制，使得电磁驱动控制系统的控制器设计更加的灵活，可以采用更多更复杂的控制方式对系统的驱动性能进行控制，同时系统具有响应速度快，效率高的优点。但是采用PWM功率变换器方案也存在着一定的不足。首先由于开关器件开关斩波不可避免的在系统中会产生电流纹波(由开关器件开关斩波在系统中所产生的电流波动在下文中统称电流波动)，从而电流波动所引起的推力(或力矩)波动会对超高精度电磁驱动控制系统的控制性能产生较大的影响。其次采用PWM功率变换器方案时为防止开关电路上下桥臂的直通而设置的死区时间也会在驱动系统中引起不稳定现象。
[0005]目前，为了减小PWM功率变换器方案在电磁驱动控制系统中产生的电流波动，往往采用高开关频率的驱动方式。例如，设计者为了减小电流波动将开关器件的开关频率提升到200kHz，此时，相比于传统电磁驱动控制系统所采用的IOkHz的开关频率，系统的电流波动减小为原来的5%，但是与此同时，由于开关器件的开关频率提升到了原来的20倍，开关器件的开关损耗也将提升到了原来的20倍，同时由于开关器件的开关频率上升，对开关器件的要求也将提升，驱动系统的成本加大。并且，提升开关频率也将提高控制系统的控制难度和驱动系统驱动电路的设计难度，大大降低了系统的稳定性。
[0006]作为【背景技术】，现在对一种现有的PWM功率变换器方案下的电磁驱动控制系统进行说明，以进行对比分析。参照图1，该电磁驱动控制系统包括H形全桥驱动电路，串联连接的第一场效应管和第四场效应管构成了该H形全桥驱动电路的左桥臂，串联连接的第二场场效应管和第三场效应管构成了该H形全桥驱动电路的右桥臂；所述第一场效应管的漏极和源极之间连接一第一寄生二极管，所述第二场效应管的漏极和源极之间连接一第二寄生二极管，所述第三场效应管的漏极和源极之间连接一第三寄生二极管，所述第四场效应管的漏极和源极之间连接一第四寄生二极管。重要的是，该H形全桥驱动电路仅包括一个直流电压源，该直流电压源的两端分别与H形全桥驱动电路的左桥臂和右桥臂并联连接。
【发明内容】
[0007]为了克服现有的超高精度电磁驱动控制领域采用PWM功率变换器方案时所产生的电流波动对系统伺服性能所产生的影响，本发明提出了一种电磁驱动控制系统，该方案不仅能够极大的削弱了驱动控制器的电流波动，并且能够使得系统在较低的开关频率下实现对电磁驱动控制系统的输出电流超高精度控制，提高了系统的稳定性，减小了系统的损耗，并且大大降低了驱动控制器的成本。
[0008]为实现上述目的，所述电磁驱动控制系统，包括H形全桥驱动电路，串联连接的第一场效应管和第四场效应管构成了该H形全桥驱动电路的左桥臂，串联连接的第二场场效应管和第三场效应管构成了该H形全桥驱动电路的右桥臂；所述第一场效应管的漏极和源极之间连接一第一寄生二极管，所述第二场效应管的漏极和源极之间连接一第二寄生二极管，所述第三场效应管的漏极和源极之间连接一第三寄生二极管，所述第四场效应管的漏极和源极之间连接一第四寄生二极管；其特点是，
[0009]所述左桥臂还包括与第一场效应管的漏极串联的第一直流电压源，所述右桥臂还包括与第二场效应管的漏极串联的第二直流电压源；其中，所述第一直流电压源和第二直流电压源满足:
【权利要求】
1.一种电磁驱动控制系统,包括 连接于受控电磁单元的H形全桥驱动电路，其包括串联连接的第一场效应管和第四场效应管构成了该H形全桥驱动电路的左桥臂，串联连接的第二场场效应管和第三场效应管构成了该H形全桥驱动电路的右桥臂； PWM控制单元，用于向左桥臂、右桥臂的场效应管提供控制信号； 其特征在于:所述左桥臂包括与第一场效应管的漏极串联的第一直流电压源，所述右桥臂还包括与第二场效应管的漏极串联的第二直流电压源；其中，所述第一直流电压源和第二直流电压源被配置为满足以下关系:
2.根据权利要求1的电磁驱动控制系统，其特征在于:所述第一场效应管的漏极和源极之间连接一第一寄生二极管，所述第二场效应管的漏极和源极之间连接一第二寄生二极管，所述第三场效应管的漏极和源极之间连接一第三寄生二极管，所述第四场效应管的漏极和源极之间连接一第四寄生二极管。
3.—种电磁驱动控制系统的控制方法，该电磁驱动控制系统包括H形全桥驱动电路，串联连接的第一场效应管和第四场效应管构成了该H形全桥驱动电路的左桥臂，串联连接的第二场场效应管和第三场效应管构成了该H形全桥驱动电路的右桥臂；所述第一场效应管的漏极和源极之间连接一第一寄生二极管，所述第二场效应管的漏极和源极之间连接一第二寄生二极管，所述第三场效应管的漏极和源极之间连接一第三寄生二极管，所述第四场效应管的漏极和源极之间连接一第四寄生二极管；其特征在于: 所述左桥臂还包括与第一场效应管的漏极串联的第一直流电压源，所述右桥臂还包括与第二场效应管的漏极串联的第二直流电压源；其中，调整电磁驱动控制系统的参数进行配置以使得所述第一直流电压源和第二直流电压源保持以下关系:
【文档编号】G05B19/04GK103488103SQ201310460561
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】李立毅, 郭庆波, 潘东华, 洪俊杰 申请人:哈尔滨工业大学