专利名称:一种双通道交流永磁同步电机伺服系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供的双通道交流永磁同步电机伺服系统，包括控制模块，以及与所述控制模块连接的第一伺服执行机构和第二伺服执行机构；所述控制模块包括：数字信号处理器、第一位置解码电路、第二位置解码电路、通信模块、第一旋变激励电路、第二旋变激励电路、第一全桥逆变器、隔离驱动电路、第二全桥逆变器以及用于提供电源且与所述第一全桥逆变器和第二全桥逆变器连接的直流供电电源。本实用新型相对传动伺服系统省去了输出轴角度传感器的安装和使用，由于电机输出轴和滚珠丝杠是同轴一体成型，提高了系统电路集成度、减少了系统体积、提高了控制精度、节约了角度传感器件，具有高小型化、低成本、精度高的有益效果。
【专利说明】一种双通道交流永磁同步电机伺服系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于伺服【技术领域】，更具体地，涉及一种双通道交流永磁同步电机伺服系统。
【背景技术】
[0002]交流永磁无刷电机伺服系统是电机学、交流电动机变频调速理论、自动控制理论、电力电子技术、微电子技术、计算机等学科的有机结合与交叉应用。随着这些科学技术的日渐成熟，加之交流电机在体积、重量、维修量、可靠性、效率等方面优于直流电机，目前伺服系统正处在从传统电机向交流永磁同步电机的过渡阶段。
[0003]该电机伺服控制方案采用永磁同步电机矢量控制理论，它是以磁场定向为控制核心，即在转子磁场旋转坐标系中对励磁电流id和转矩电流iq分别进行解耦控制，通过PI线性控制器转换后按照经典的线性控制理论进行控制系统设计，电机控制量(Uf)经解调输出给逆变器开关，信号控制采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术，即通过快速交替输出逆变器的开关矢量从而引导定子磁链形成准圆形的磁链轨迹，从而推动电机永磁转子旋转。
[0004]由于电机在高速的旋转过程中，控制系统需要在极短的时间内实时地检测解调转子旋变位置信号，同时对检测的相电流信号进行一系列复杂的解耦转换运算，并综合以上运算数据再发出控制指令，输出SVPWM脉宽调制开关信号，再经隔离、放大后控制逆变器控制电机有规律地运转。此过程需要系统具备快速而且丰富的数据运算处理能力，而对于多路通道电机伺服系统而言，电路电磁环境相对复杂，对核心处理器芯片及其外围电路有更高的要求。
[0005]近年来，随着基础工业水平以及现代科技的不断进步，伺服系统正朝着长寿命、高效率、免维护、机电一体化设计方向发展，交流永磁同步伺服系统应运而生，相对于传统有刷电机和直流电机具有更优越的动态输出特性、电功率特性以及控制性能，成为主要的发展趋势。
实用新型内容
[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种双通道交流永磁同步电机伺服系统，其目的在于提高多通道系统的集成度，减少伺服机构体积，减少对传感器件依赖提高系统的精度和稳定性，由此解决集成化、小型化、高精度和低成本之间共存的技术问题。
[0007]本实用新型提供的双通道交流永磁同步电机伺服系统，包括控制模块，以及与所述控制模块连接的第一伺服执行机构和第二伺服执行机构；所述控制模块包括:数字信号处理器、第一位置解码电路、第二位置解码电路、通信模块、第一旋变激励电路、第二旋变激励电路、第一全桥逆变器、隔离驱动电路、第二全桥逆变器以及用于提供电源且与所述第一全桥逆变器和第二全桥逆变器连接的直流供电电源；所述通信模块的第一输入端用于接收第一位置输入信号UF1，所述通信模块的第二输入端用于接收第二位置输入信号UF2 ;所述数字信号处理器的第一控制输入端连接至所述通信模块的第一输出端，所述数字信号处理器的第二控制输入端连接至所述通信模块的第二输出端；所述数字信号处理器的第一输入端连接至所述第一位置解码电路的输出端，所述数字信号处理器的第二输入端连接至所述第二位置解码电路的输出端；所述第一位置解码电路的输入端连接至所述第一旋变激励电路的基准信号输出端，所述第二位置解码电路的输入端连接至所述第二旋变激励电路的基准信号输出端；所述隔离驱动电路的第一输入端和第二输入端分别连接至所述数字信号处理器的第一输出端和第二输出端；所述第一全桥逆变器的输入端连接至所述隔离驱动电路的第一输出端，所述第二全桥逆变器的输入端连接至所述隔离驱动电路的第二输出端；所述第一伺服执行机构包括依次连接在所述第一全桥逆变器的输出端的第一永磁同步电机、第一动力传输机构和第一输出轴；所述第一永磁同步电机的第一输入端与所述第一全桥逆变器的输出端连接，所述第一永磁同步电机的第二输入端连接至所述第一旋变激励电路的余弦激励信号输出端，所述第一永磁同步电机的第三输入端连接至所述第一旋变激励电路的正弦激励信号输出端，所述第一永磁同步电机的第一输出端与所述第一动力传输机构连接，所述第一永磁同步电机的第二输出端与所述数字信号处理器的第三输入端连接，所述第一永磁同步电机的第三输出端与所述第一位置解码电路的第一反馈端链连接，所述第一永磁同步电机的第四输出端与所述第一位置解码电路的第二反馈端链连接；所述第二伺服执行机构包括依次连接在所述第二全桥逆变器的输出端的第二永磁同步电机、第二动力传输机构和第二输出轴；所述第二永磁同步电机的第一输入端与所述第二全桥逆变器的输出端连接，所述第二永磁同步电机的第二输入端连接至所述第二旋变激励电路的余弦激励信号输出端，所述第二永磁同步电机的第三输入端连接至所述第二旋变激励电路的正弦激励信号输出端，所述第二永磁同步电机的第一输出端与所述第二动力传输机构连接，所述第二永磁同步电机的第二输出端与所述数字信号处理器的第四输入端连接，所述第二永磁同步电机的第三输出端与所述第二位置解码电路的第一反馈端链连接，所述第二永磁同步电机的第四输出端与所述第二位置解码电路的第二反馈端链连接。
[0008]更进一步地，所述数字信号处理器包括第一加法器G1、第二加法器G2、第三加法器G3、位置转换器、位置调节器、速度转换器、速度调节器、相电流解耦变换器、电流调节器、磁场定向控制器和空间矢量脉宽调制控制器；所述位置转换器的输入端用于接收转子角度信号Θ，所述第一加法器Gl的第一输入端用于接收位置输入信号，所述第一加法器Gl的第二输入端连接至所述位置转换器的输出端，所述位置调节器的输入端连接至所述第一加法器Gl的输出端；所述速度转换器的输入端用于连接转子角度信号Θ，所述第二加法器G2的第一输入端连接至所述位置调节器的输出端，所述第二加法器G2的第二输入端连接至所述速度转换器的输出端；所述速度调节器的输入端连接至所述第二加法器G2的输出端，所述相电流解耦变换器的输入端用于连接相电流检测信号，所述电流调节器的输入端连接至所述相电流解耦变换器的输出端，所述第三加法器G3的第一输入端连接至所述速度调节器的输出端，所述第三加法器G3的第二输入端连接至所述电流调节器的输出端；所述磁场定向控制器的第一输入端用于接收转子角度信号Θ，所述磁场定向控制器的第二输入端连接至所述第三加法器G3的输出端，所述空间矢量脉宽调制控制器的输入端连接至所述磁场定向控制器的输出端，所述空间矢量脉宽调制控制器的输出端用于输出6路SVPWM控制信号。
[0009]更进一步地，所述第一动力传输机构和所述第二动力传输机构的结构相同，包括:滚珠丝杠、滚动螺母、渐开摇臂和输出轴，电机输出轴和滚珠丝杠同轴一体输出，与丝杠同轴的滚动螺母通过滚珠丝杠的正反向旋转，带动螺母在丝杠上来回滑动，滚动螺母在滑动的过程中带动渐开摇臂做圆形弧线传动，确保摇臂到伺服输出轴力矩的平滑和位移转换关系的恒定，由于丝杠导程恒定、渐开摇臂传动力臂恒定，电机输出与伺服机构输出轴之间有固定的传动减速比。
[0010]更进一步地，所述第一输出轴与所述第一动力传输机构中的滚珠丝杠为一体化成型，所述第二输出轴与所述第二动力传输机构中的滚珠丝杠为一体化成型。
[0011]更进一步地，所述第一伺服执行机构和第二伺服执行机构，相对传动伺服系统省去了输出轴角度传感器的安装和使用，由于电机输出轴和滚珠丝杠是同轴一体成型，电机永磁转子位置即为当前丝杠位置，永磁转子的位置及位移累计量可由旋变解码电路解调完成，由于电机输出与伺服输出轴传动减速比关系恒定，只要检测电机转动方向、累计圈数及传动减速比就可以实时检测伺服执行机构输出轴的实际角度。
[0012]更进一步地，渐开摇臂内设置有一个滚动轴承。其中，滚动轴承的外端通过轴承盖紧固，所述滚动轴承的内端通过丝杠轴螺纹紧固。
[0013]总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于提高了系统电路集成度、减少了系统体积、提高了控制精度、节约了角度传感器件，具有高小型化、低成本、精度高有益效果。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型提供的双通道交流永磁同步电机伺服系统的原理框图；
[0015]图2是本实用新型提供的双通道交流永磁同步电机伺服系统中数字信号处理器的结构不意图；
[0016]图3是本实用新型提供的双通道交流永磁同步电机伺服系统中数字信号处理器的具体电路及其引脚配置示意图；
[0017]图4是本实用新型提供的双通道交流永磁同步电机伺服系统中旋变激励电路和位置解码电路的具体电路图；
[0018]图5是本实用新型提供的双通道交流永磁同步电机伺服系统中隔离驱动电路的具体电路图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0020]图1示出了本实用新型提供的双通道交流永磁同步电机伺服系统的原理框图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分，详述如下:
[0021]本实用新型提供的双通道交流永磁同步电机伺服系统包括控制模块1，以及与控制模块I连接的第一伺服执行机构2和第二伺服执行机构3 ;控制模块I包括:数字信号处理器11、第一位置解码电路12、第二位置解码电路13、通信模块14、第一旋变激励电路15、第二旋变激励电路16、第一全桥逆变器17、隔离驱动电路18、第二全桥逆变器19以及用于提供电源且与第一全桥逆变器17和第二全桥逆变器19连接的直流供电电源10 ;通信模块14的第一输入端用于接收第一位置输入信号UF1，通信模块14的第二输入端用于接收第二位置输入信号UF2 ;数字信号处理器11的第一控制输入端连接至通信模块14的第一输出端，数字信号处理器11的第二控制输入端连接至通信模块14的第二输出端；数字信号处理器11的第一输入端连接至第一位置解码电路12的输出端，数字信号处理器11的第二输入端连接至第二位置解码电路13的输出端；第一位置解码电路12的输入端连接至第一旋变激励电路15的基准信号输出端，第二位置解码电路13的输入端连接至第二旋变激励电路16的基准信号输出端；隔离驱动电路18的第一输入端和第二输入端分别连接至数字信号处理器11的第一输出端和第二输出端；第一全桥逆变器17的输入端连接至隔离驱动电路18的第一输出端，第二全桥逆变器19的输入端连接至隔离驱动电路18的第二输出端；第一伺服执行机构2包括依次连接在所述第一全桥逆变器17的输出端的第一永磁同步电机21、第一动力传输机构22和第一输出轴23 ;第一永磁同步电机21的第一输入端与第一全桥逆变器17的输出端连接，第一永磁同步电机21的第二输入端连接至第一旋变激励电路15的余弦激励信号输出端，第一永磁同步电机21的第三输入端连接至第一旋变激励电路15的正弦激励信号输出端，第一永磁同步电机21的第一输出端与第一动力传输机构22连接，第一永磁同步电机21的第二输出端与所述数字信号处理器11的第三输入端连接，第一永磁同步电机21的第三输出端与第一位置解码电路12的第一反馈端链连接，第一永磁同步电机21的第四输出端与第一位置解码电路12的第二反馈端链连接；第二伺服执行机构3包括依次连接在第二全桥逆变器19的输出端的第二永磁同步电机31、第二动力传输机构32和第二输出轴33 ;第二永磁同步电机31的第一输入端与第二全桥逆变器19的输出端连接，第二永磁同步电机31的第二输入端连接至第二旋变激励电路16的余弦激励信号输出端，第二永磁同步电机31的第三输入端连接至第二旋变激励电路16的正弦激励信号输出端，第二永磁同步电机31的第一输出端与第二动力传输机构32连接，第二永磁同步电机31的第二输出端与数字信号处理器11的第四输入端连接，第二永磁同步电机31的第三输出端与第二位置解码电路13的第一反馈端链连接，第二永磁同步电机31的第四输出端与第二位置解码电路13的第二反馈端链连接。
[0022]本实用新型提供的双通道交流永磁同步电机伺服系统可以同时接收两路伺服位置控制指令(Ufl，Uf2)作为输入，两路电机控制系统以共用的一个DSP芯片为核心，将接收的位置指令(β*)、转子角度(Θ)和相电流信号(i)经一系列控制策略和算法转换得出相应电机控制信号，最终以两通道各6路SVPWM脉宽调制波的形式输出，信号经隔离、驱动放大后驱动逆变器的功率开关，从而分别控制双电机有效运行
[0023]在本实用新型中，双通道交流永磁同步电机伺服系统的工作原理如下:伺服系统通过接收位置给定信号作为系统输入，检测来自于旋转变压器解码芯片的位置解调信号和电流传感器相电流信号，控制系统以数字信号处理器为核心，经运算输出控制信号，信号经隔离驱动等电路输送给逆变器开关，旋变解码芯片输出旋变激励，同时将反馈回的位置模拟信号解码传送数字信号处理器中闭环运算。
[0024]在本实用新型中，第一动力传输机构22和第二动力传输机构32的结构相同，包括:滚珠丝杠、滚动螺母和渐开摇臂，其中电机输出轴和滚珠丝杠同轴一体输出，与丝杠同轴的滚动螺母通过滚珠丝杠的正反向旋转，带动螺母在丝杠上来回滑动，滚动螺母在滑动的过程中带动渐开摇臂做圆形弧线传动，确保摇臂到伺服输出轴力矩的平滑和位移转换关系的恒定，由于丝杠导程恒定、渐开摇臂传动力臂恒定，电机输出与伺服机构输出轴之间有固定的传动减速比。
[0025]其中第一输出轴与第一动力传输机构中的滚珠丝杠为一体化成型，所述第二输出轴与所述第二动力传输机构中的滚珠丝杠为一体化成型，可以确保丝杠与电机轴、丝杠与滚动螺母同轴度。
[0026]执行机构中交流永磁同步电机、滚珠丝杠副、滚动螺母、渐开式摇臂输出轴设计时与控制电路融合在一个空间内，电机转动经过滚珠丝杠减速器后通过摇臂带动输出轴转动实现角度输出。滚珠丝杠与电机一体化设计可以实现电机输出转速及力矩对面进行直接的输出控制，同时避免了电机驱动减速机构带来的能量损失及过渡机构传动间隙对控制系统造成的影响。
[0027]由于伺服系统设计采用一体化设计，输出轴输出指标主要为转速、力矩及偏转角度，保证输出满足设计要求，减速器采用一级减速，电机输出轴和滚珠丝杠副一体化设计，确保丝杠与电机轴、丝杠与滚动螺母同轴度，滚动螺母与摇臂圆跳动要求，丝杠螺母通过钢套带动拨叉转动，使机械传动结构简单、安装方便。
[0028]本实用新型中提供的全数字化伺服机构具有体积小、效率高、可靠性好、精度高、抗干扰能力强的优点。
[0029]如图2所示，数字信号处理器11包括第一加法器G1、第二加法器G2、第三加法器G3、位置转换器111、位置调节器112、速度转换器113、速度调节器114、相电流解耦变换器115、电流调节器116、磁场定向控制器117和空间矢量脉宽调制控制器118 ;位置转换器111的输入端用于接收转子角度信号Θ，第一加法器Gl的第一输入端用于接收位置输入信号，第一加法器Gl的第二输入端连接至位置转换器111的输出端，位置调节器112的输入端连接至第一加法器Gl的输出端；速度转换器113的输入端用于连接转子角度信号Θ，第二加法器G2的第一输入端连接至位置调节器112的输出端，第二加法器G2的第二输入端连接至速度转换器113的输出端；速度调节器114的输入端连接至第二加法器G2的输出端，相电流解耦变换器115的输入端用于连接相电流检测信号，电流调节器116的输入端连接至相电流解耦变换器115的输出端，第三加法器G3的第一输入端连接至速度调节器114的输出端，第三加法器G3的第二输入端连接至电流调节器116的输出端；磁场定向控制器117的第一输入端用于接收转子角度信号Θ，磁场定向控制器117的第二输入端连接至第三加法器G3的输出端，空间矢量脉宽调制控制器118的输入端连接至磁场定向控制器117的输出端，空间矢量脉宽调制控制器118的输出端用于输出6路SVPWM控制信号。
[0030]数字信号处理器11生成的两通道各六路SVPWM波形经隔离、驱动等电路输送给逆变器实现对两个交流永磁同步电机的实时控制。数字信号处理器11中位置转换器111将接收的第一位置解码电路12和第二位置解码电路13输出的转子角度信号(θ )进行转换后获得输出轴角度反馈信号(β)，第一加法器Gl将位置输入信号(β*)与输出轴角度反馈信号(β)进行比较后输出，位置调节器112将第一加法器Gl的输出转换为速度输入信号(V*)，速度转换器113将转子角度信号(0 )转换为电机转速信号(V)，第二加法器G2将速度输入信号(V*)与电机转速信号(V)进行比较后输出，速度调节器114将第二加法器G2的输出转换为转矩电流输入信号(iq*)，相电流解耦变换器115将相电流检测信号转换为id (磁阻电流分量)、iq (转矩电流分量)，电流调节器116将id、iq转换为转矩电流检测信号(iqf)，第三加法器G3将转矩电流输入信号(iq*)与转矩电流检测信号(iqf)进行比较后输出，磁场定向控制器117根据第三加法器G3的输出以及转子角度信号(Θ)输出控制指令(Uf)，空间矢量脉宽调制控制器118将控制指令(Uf)转换为六路SVPWM脉宽调制信号发送出去。
[0031]旋转变压器位置信号经旋变解码芯片处理后输出为数字信号，并通过数据总线传输到数字信号处理器进行运算，提高了伺服系统的抗干扰能力，实现了全数字化伺服位置闭环控制。旋变解码芯片实现对电机转子角度解码及为输出轴位置的转换计算提供了可能，取消了传统角度传感器的使用，同时解码芯片还担负着旋变激励信号发生器的功能，为电机旋转变压器提供一对互补正弦激励信号，既提高了系统集成度也降低了器件消耗成本。
[0032]本实用新型提供的伺服系统是一种集交流永磁同步电机磁场定向控制策略、空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulat1n，SVPWM)、旋转变压器位置信号解调等于一体的双通道电机集成伺服系统，其特点是可以通过一个DSP主控芯片及两路旋转变压器解调芯片实现同时对两路交流永磁同步电机的伺服控制。检测伺服执行机构输出轴位置反馈信号(β )，先由旋转变压器位置解码得到永磁同步电机转子相对位置及其累积量，再根据执行机构减速比以及传动关系计算出最终伺服输出轴当前实际位置角度(β )，从而减少了传统伺服对角度传感器及其信号调理采样电路依赖，同时降低了在信号采样过程中受到其它信号干扰的风险，提高了对伺服系统控制精度。传动装置采用电机直接驱动滚珠丝杠副传动机构输出的传动方式。方案中将滚珠丝杠副螺母带动的摇臂输出轴采用渐开线滑槽结构，保证了传动机构在传动过程中传动比的恒定。滚珠丝杠副上的丝杠转动，转换为螺母的直线运动带动渐开线式摇臂输出轴旋转角度。
[0033]本实用新型主要是针对双通道数字交流永磁伺服系统电路设计，将数字化控制系统进行融合，同时将电机及其传动机构、控制器一体化设计，充分利用滚珠丝杠副、滚动螺母、渐开式摇臂输出轴紧凑精确的传动设计，在满足同类产品技术指标要求下，具有缩小了伺服系统的体积、降低元器件消耗成本、提高伺服系统集成度的特点。
[0034]在本实用新型中，由于大部分电路为高频信号处理电路，因此要特别注意器件的布局及信号间干扰问题的处理。数字信号处理器11可以采用32位定点DSP芯片，可在最高150ΜΗΖ主频下工作，利用其两个事件管理模块EVA和EVB，每个事件管理器包括通用定时器、全比较器PWM单元，EVA和EVB两个模块具有相同的外设，每个事件管理器可以独立地输出六路PWM波形控制一组三相全桥逆变器，图3示出了本实用新型提供的双通道交流永磁同步电机伺服系统中数字信号处理器的具体电路及其引脚配置。
[0035]图4示出了本实用新型提供的双通道交流永磁同步电机伺服系统中旋变激励电路和位置解码电路的具体电路；在本实用新型中，旋变激励电路和位置解码电路可以集成于一体。电机自带无刷旋转变压器的输出是包含电机转轴当前位置正弦和余弦信号的模拟信号。旋变数字解码电路采用了旋变数字转换芯片，它集成旋转变压器正余弦激励信号发生和电机旋转变压器位置信号解调于一体。跟踪速率最高可达到3125rps (1bit)，分辨率(10、12、14、16bit)，并口 /串口数据传送绝对位置信号和速度信号(可设置为单一输出)，内含故障检测电路，与DSP和SPI接口兼容，集成可编程振荡器可为旋转变压器提供两路差分励磁信号，其具体电路如图4所示。
[0036]图5示出了本实用新型提供的双通道交流永磁同步电机伺服系统中隔离驱动电路的具体电路；隔离驱动电路18可以采用集成驱动芯片进行驱动控制，芯片是用于电机驱动控制的高压集成芯片，具有完整的软停机的电机驱动保护，能够探测欠饱和状态或电源欠压，并向控制器发送故障信息，软过电流关闭避免了功率节点过高或过低，保护开关器件免遭损伤，还有专用引脚来设置开通、关断和软关闭开关时间，可以对开关器件起到很好的保护功能。
[0037]本实用新型提供的双通道交流永磁同步电机伺服系统中渐开线摇臂结构；为提高伺服系统工作的平稳性，以及系统控制规律呈线性变化，将伺服传动机构的摇臂输出轴上的滑道设计为呈渐开线变化规律，使伺服机构在运动至不同角度时的传动比保持恒定值。同时，为保证滚珠丝杠副螺母上的支耳在渐开线摇臂的滑道内灵活运转，在渐开线摇臂的滑道内安装一个滚动轴承。丝杠在运动过程中既有径向载荷又有轴向载荷，电机输出轴使用角接触轴承支撑，考虑到丝杠因受热伸长，对于角接触轴承，补偿间隙留在轴承内部。滚动轴承外端用轴承盖紧固，内端用丝杠轴螺纹紧固。
[0038]本实用新型中，伺服系统根据设定的控制策略，通过给定的位置信号和伺服机构反馈信号比较后形成位置环，产生位置偏差信号作为速度环的速度参考值，与无接触旋转变压器解调输出的速度信号综合后形成速度环，产生的速度偏差信号作为电流环的电流参考值，与电机电枢电流综合形成电流环，电流环产生电流偏差信号经数字信号处理器综合运算，输出SVPWM脉宽调制控制波形，作为控制功率管开关信号，通过驱动放大电路后驱动交流同步电机旋转，直接带动滚珠丝杠副转动，利用滚珠丝杠副运动转化的多样性，将电机的回转运动转化为丝杠螺母的直线运动，输出直线位移带动摇臂实现输出轴角度变化输出。角度偏转位置信号由旋转变压器累积得到并实时计算通过电机转子位置所得到的输出轴位置反馈信号，最终实现位置、速度、电流三闭环控制系统。
[0039]由于紧凑的传动设计保证传动机构在传动过程中传动比的恒定，电机转子角度位置经解码芯片解调并得到不断累积的数字量，通过实时计算得到当前输出轴的位置角度。
[0040]在伺服控制系统中，许多被控对象随着负载变化和干扰因素影响，其对象特性参数或机构发生改变。使控制系统不能保持在最精确范围内，极大的影响了控制性能。随着控制理论的发展，人们运用模糊数学的基本理论和方法，把模糊控制规则及有关信息存入控制器知识库中，然后控制器根据控制系统的实际响应情况，运用模糊推理，即可自动实现对PID参数的最佳调整。将位置参考与反馈进行综合控制放大，输出位置控制量，同时通过位置控制量换算为电机转速参考信号并传递到速度环。
[0041]转速的计算与调节，为提高伺服系统的动态性能，速度调节器采用了 P控制算法，位置环将计算得到的速度参考信号传递到速度环，与电机实际转速进行比较，经速度调节器输出速度控制量，同时计算交轴电流给定值并传递给电流环。
[0042]电流调节和空间矢量开关时间计算，电流环的计算是在CPU定时中断服务程序中进行，具体工作是:电流采样与变换、电流调节器的计算和电流控制量的输出到主程序中，进行SVPWM控制信号生成，从而完成对伺服控制系统的控制。
[0043]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种双通道交流永磁同步电机伺服系统，其特征在于，包括控制模块(I)，以及与所述控制模块连接的第一伺服执行机构(2)和第二伺服执行机构(3); 所述控制模块(I)包括:数字信号处理器(11)、第一位置解码电路(12)、第二位置解码电路(13)、通信模块(14)、第一旋变激励电路(15)、第二旋变激励电路(16)、第一全桥逆变器(17)、隔离驱动电路(18)、第二全桥逆变器(19)以及用于提供电源且与所述第一全桥逆变器(17)和第二全桥逆变器(19)连接的直流供电电源(10)； 所述通信模块(14)的第一输入端用于接收第一位置输入信号UF1，所述通信模块(14)的第二输入端用于接收第二位置输入信号UF2 ;所述数字信号处理器(11)的第一控制输入端连接至所述通信模块(14)的第一输出端，所述数字信号处理器(11)的第二控制输入端连接至所述通信模块(14)的第二输出端；所述数字信号处理器(11)的第一输入端连接至所述第一位置解码电路(12)的输出端，所述数字信号处理器(11)的第二输入端连接至所述第二位置解码电路(13)的输出端；所述第一位置解码电路(12)的输入端连接至所述第一旋变激励电路(15)的基准信号输出端，所述第二位置解码电路(13)的输入端连接至所述第二旋变激励电路(16)的基准信号输出端；所述隔离驱动电路(18)的第一输入端和第二输入端分别连接至所述数字信号处理器(11)的第一输出端和第二输出端；所述第一全桥逆变器(17)的输入端连接至所述隔离驱动电路(18)的第一输出端，所述第二全桥逆变器(19)的输入端连接至所述隔离驱动电路(18)的第二输出端； 所述第一伺服执行机构(2)包括依次连接在所述第一全桥逆变器(17)的输出端的第一永磁同步电机(21)、第一动力传输机构(22)和第一输出轴(23);所述第一永磁同步电机(21)的第一输入端与所述第一全桥逆变器(17)的输出端连接，所述第一永磁同步电机(21)的第二输入端连接至所述第一旋变激励电路(15)的余弦激励信号输出端，所述第一永磁同步电机(21)的第三输入端连接至所述第一旋变激励电路(15)的正弦激励信号输出端，所述第一永磁同步电机(21)的第一输出端与所述第一动力传输机构(22)连接，所述第一永磁同步电机(21)的第二输出端与所述数字信号处理器(11)的第三输入端连接，所述第一永磁同步电机(21)的第三输出端与所述第一位置解码电路(12)的第一反馈端链连接，所述第一永磁同步电机(21)的第四输出端与所述第一位置解码电路(12)的第二反馈端链连接； 所述第二伺服执行机构(3)包括依次连接在所述第二全桥逆变器(19)的输出端的第二永磁同步电机(31)、第二动力传输机构(32)和第二输出轴(33);所述第二永磁同步电机(31)的第一输入端与所述第二全桥逆变器(19)的输出端连接，所述第二永磁同步电机(31)的第二输入端连接至所述第二旋变激励电路(16)的余弦激励信号输出端，所述第二永磁同步电机(31)的第三输入端连接至所述第二旋变激励电路(16)的正弦激励信号输出端，所述第二永磁同步电机(31)的第一输出端与所述第二动力传输机构(32)连接，所述第二永磁同步电机(31)的第二输出端与所述数字信号处理器(11)的第四输入端连接，所述第二永磁同步电机(31)的第三输出端与所述第二位置解码电路(13)的第一反馈端链连接，所述第二永磁同步电机(31)的第四输出端与所述第二位置解码电路(13)的第二反馈端链连接。2.如权利要求1所述的伺服系统，其特征在于，所述数字信号处理器(11)包括第一加法器G1、第二加法器G2、第三加法器G3、位置转换器(111)、位置调节器(112)、速度转换器(113)、速度调节器(114)、相电流解耦变换器(115)、电流调节器(116)、磁场定向控制器(117)和空间矢量脉宽调制控制器(118); 所述位置转换器(111)的输入端用于接收转子角度信号Θ，所述第一加法器Gl的第一输入端用于接收位置输入信号，所述第一加法器Gl的第二输入端连接至所述位置转换器(111)的输出端，所述位置调节器(112)的输入端连接至所述第一加法器Gl的输出端； 所述速度转换器(113)的输入端用于连接转子角度信号Θ，所述第二加法器G2的第一输入端连接至所述位置调节器(112)的输出端，所述第二加法器G2的第二输入端连接至所述速度转换器(113)的输出端； 所述速度调节器(114)的输入端连接至所述第二加法器G2的输出端， 所述相电流解耦变换器(115)的输入端用于连接相电流检测信号，所述电流调节器(116)的输入端连接至所述相电流解耦变换器(115)的输出端，所述第三加法器G3的第一输入端连接至所述速度调节器(114)的输出端，所述第三加法器G3的第二输入端连接至所述电流调节器(116)的输出端； 所述磁场定向控制器(117)的第一输入端用于接收转子角度信号Θ，所述磁场定向控制器(117)的第二输入端连接至所述第三加法器G3的输出端，所述空间矢量脉宽调制控制器(118)的输入端连接至所述磁场定向控制器(117)的输出端，所述空间矢量脉宽调制控制器(118)的输出端用于输出6路SVPWM控制信号。3.如权利要求1所述的伺服系统，其特征在于，所述第一动力传输机构(22)和所述第二动力传输机构(32)的结构相同，包括:滚珠丝杠、滚动螺母、渐开摇臂和输出轴； 所述输出轴和所述滚珠丝杠同轴设置，与所述滚珠丝杠同轴设置的滚动螺母通过所述滚珠丝杠的正反向旋转，带动滚动螺母在滚珠丝杠上来回滑动，滚动螺母在滑动的过程中带动渐开摇臂做圆形弧线传动。4.如权利要求3所述的伺服系统，其特征在于，所述第一输出轴与所述第一动力传输机构中的滚珠丝杠为一体化成型，所述第二输出轴与所述第二动力传输机构中的滚珠丝杠为一体化成型。5.如权利要求3所述的伺服系统，其特征在于，所述渐开摇臂内设置有一个滚动轴承。6.如权利要求5所述的伺服系统，其特征在于，所述滚动轴承的外端通过轴承盖紧固，所述滚动轴承的内端通过丝杠轴螺纹紧固。
【文档编号】H02P25-02GK204271961SQ201420770731
【发明者】李杨声, 李福瑞, 陈娜, 白雷 [申请人]湖北三江航天红峰控制有限公司