专利名称：一种开关磁阻电动机伺服系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关磁阻电动机中的伺服系统，具体地说，涉及开关磁阻电动机中电 磁转矩的产生和控制方法。
背景技术：
通常，伺服系统是以工作台的位移和速度作为控制量的自动控制系统，在各种行业中得到广泛应用，特别是在机械制造行业中，应用得最多、最广泛。伺服系统种类很多，组成和工作状况也多种多样，简单说来，比较元件将输入的给 定值和检测到的输出量比较，调节器将偏差量放大，判断其变化趋势和调节过程的快慢，由 执行元件对工作台进行控制，使输出量趋于给定值，并消除外界因素所产生的干扰。伺服系统的性能主要包括系统的稳定性，快速性和准确性。响应要快，调节过程要 短，并且有良好的控制精度，稳态误差小。开关磁阻电动机的转子结构简单，输出转矩大，效率高，在调速电动机中已确立了 重要地位。但其输出转矩脉动比较大，在运行转速太低时，会有显著的转速波动，因此至今 没有开关磁阻电动机伺服系统。与伺服系统接近的是定位控制系统，不久前本公司已申请了开关磁阻电动机定位 控制系统的专利，图1示为开环时定位控制系统的方框图。最后，转矩给定器输出各相复位 转矩幅值的给定值，用来对定子绕组电流进行分相的闭环控制。图1中被可逆计数器累计的脉冲列亦即输入到转矩给定器的脉冲列，如果开关磁 阻电动机带有编码器做的角位移传感器，用这编码器输出的脉冲列作为可逆计数器的输 入，然后与转角给定比较并放大，就得到闭环时的定位控制系统。上述定位控制系统，输出转角跟随给定的转速由脉冲源的脉冲频率决定，该频率 不能太高，否则电动机转子会失步，所以转角给定的变化也不能太快。
发明内容
本发明正是为了解决上述技术问题而设计的一种开关磁阻电动机伺服系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种开关磁阻电动机伺服系统，包括开关磁阻电动机、控制器和编码器；开关磁阻 电动机是转子可以定位在任意设定转角的电动机；电动机电磁转矩的脉动很小，能输出极 低的转速；在启动信号作用下，开关把转角给定值接通；经过调节器一路输出给比较电路， 另一路输出给绝对值变换器；比较电路获得的正/反向运行信号和绝对值变换器输出同时 送到转矩给定器上，转矩给定器产生相应的转矩量，最后作用到给电动机的相绕组，从而控 制开关磁阻电动机转速；角位移传感器上带有编码器，将角位移量编码后分别送给转矩给 定器、D触发器和可逆计数器，可逆计数器在置零信号和D触发器共同控制下，输出反馈信 号经数模转换后作为调节器的另一路控制输入；对输出的转角或位移进行闭环控制。所述一种开关磁阻电动机伺服系统，其电动机相数大于2，各相的磁路独立，可分相控制绕组中电流；电动机转子凸极的结构特殊，在一个绕组中通以电流时，转子复位转矩 的矩角特性近似地符合正弦波规律。 所述一种开关磁阻电动机伺服系统，由于两相邻相产生的复位转矩的幅值适当， 对于任意设定的转角，转子上总复位转矩的矩角特性仍近似地符合正弦波规律，且总复位 转矩的幅值基本不变；两相邻相同时通电的临界点是一相通电，接着换到新的两相邻相同 时通电。所述一种开关磁阻电动机伺服系统，表示转角间隔的脉冲列来自电动机的角位移 传感器；当使得共磁能增大的转子凸极的边对齐通电相定子凸极中心线时，两相邻相同时 通电换相，转子上获得大小为总复位转矩幅值的电磁转矩；在转子转到其它方位角时，也获 得这样大小的电磁转矩。所述一种开关磁阻电动机伺服系统，其反馈信号是用电流传感器测得的相电流， 各相的电磁转矩幅值由转矩给定器给出后，经过M/I转换，构成电流闭环。所述一种开关磁阻电动机伺服系统，其反馈信号是用电流传感器测得的相电流， 各相的电磁转矩幅值由转矩给定器给出后，把相电流信号进行I/M转换，直接构成转矩闭 环。所述一种开关磁阻电动机伺服系统，其电动机驱动的工作台与另一个编码器A相 连，输出位移量给D触发器经可逆计数器和数模转换后作为调节器的输入，给定和反馈量 为位移，调节器也是位移调节器。由于用了编码器A采集工作台的位移，这时控制精度高， 可消除掉减速器中间隙的影响。所述一种开关磁阻电动机伺服系统，系统的输入和输出仍是转角或位移的给定和 实际量；内部工作过程是先把转角或位移经过调节器转换成转速给定，通过转速环输出转 矩去控制转速给定器，最后通过开关磁阻电动机实现实际转角或位移控制。弓I入转速环后， 保证了系统的稳定性和良好的动态品质。本发明的有益效果是该开关磁阻电动机伺服系统在低速运行时，转速波动小； 定位用脉冲源频率是由电动机上编码器提供的，即使转速既使在很高时，电动机转子也不 会失步；内部引入转速环后，保证了系统的稳定性和良好的动态品质；其设计合理、实现简 单且运行稳定。
图1已公开的一种开环型开关磁阻电动机定位控制系统图2本发明以电动机转角作反馈量的伺服系统。图3本发明以工作台位移作反馈量的伺服系统。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图2所示，一种开关磁阻电动机伺服系统，包括开关磁阻电动机、控制器和编码 器；开关磁阻电动机是转子可以定位在任意设定转角的电动机；电动机电磁转矩的脉动很 小，能输出极低的转速；在启动信号作用下，开关把转角给定值接通；经过调节器一路输出 给比较电路，另一路输出给绝对值变换器；比较电路获得的正/反向运行信号和绝对值变换器输出同时送到转矩给定器上，转矩给定器产生相应的转矩量，最后作用到并输出给电动机的相绕组，从而控制开关磁阻电动机转速；角位移传感器上带有编码器，将角位移量编 码后分别送给转矩给定器、D触发器和可逆计数器，可逆计数器在置零信号和D触发器共同控制下，输出反馈信号经数模转换后作为调节器的另一路控制输入；对输出的转角或位移进行闭环控制。所述一种开关磁阻电动机伺服系统，其电动机相数大于2，各相的磁路独立，可分相控制绕组中电流；电动机转子凸极的结构特殊，在一个绕组中通以电流时，转子复位转矩的矩角特性近似地符合正弦波规律。所述一种开关磁阻电动机伺服系统，由于两相邻相产生的复位转矩的幅值适当， 对于任意设定的转角，转子上总复位转矩的矩角特性仍近似地符合正弦波规律，且总复位转矩的幅值基本不变；两相邻相同时通电的临界点是一相通电，接着换到新的两相邻相同时通电。所述一种开关磁阻电动机伺服系统，表示转角间隔的脉冲列来自电动机的角位移传感器；当使得共磁能增大的转子凸极的边对齐通电相定子凸极中心线时，两相邻相同时通电换相，转子上获得大小为总复位转矩幅值的电磁转矩；在转子转到其它方位角时，也获得这样大小的电磁转矩。所述一种开关磁阻电动机伺服系统，其反馈信号是用电流传感器测得的相电流， 各相的电磁转矩幅值由转矩给定器给出后，经过M/I转换，构成电流闭环。所述一种开关磁阻电动机伺服系统，其反馈信号是用电流传感器测得的相电流， 各相的电磁转矩幅值由转矩给定器给出后，把相电流信号进行I/M转换，直接构成转矩闭 环。一般来说，伺服系统中，电动机经过减速器后则驱动工作台，要求工作台有精确的位移。为了消除减速器中间隙的影响，应当采用图3方框图示伺服系统，其工作台连动检测与另一个编码器A相连，输出位移量给D触发器经可逆计数器和数模转换后作为调节器 的输入，给定和反馈量为位移，调节器也是位移调节器。由于用了编码器A采集工作台的位移，这时控制精度高，可消除掉减速器中间隙的影响。所述一种开关磁阻电动机伺服系统，系统的输入和输出仍是转角或位移的给定和实际量；内部工作过程是先把转角或位移经过调节器转换成转速给定，通过转速环输出转矩去控制转速给定器，最后通过开关磁阻电动机实现实际转角或位移控制。弓I入转速环后， 保证了系统的稳定性和良好的动态品质。本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种开关磁阻电动机伺服系统，包括开关磁阻电动机、控制器和编码器；其特征在于开关磁阻电动机是转子可以定位在任意设定转角的电动机；电动机电磁转矩的脉动很小，能输出极低的转速；在启动信号作用下，开关把转角给定值接通；经过调节器一路输出给比较电路，另一路输出给绝对值变换器；比较电路获得的正/反向运行信号和绝对值变换器输出同时送到转矩给定器上，转矩给定器产生相应的转矩量，最后作用到电动机的相绕组上，从而控制开关磁阻电动机转速；角位移传感器上带有编码器，将角位移量编码后分别送给转矩给定器、D触发器和可逆计数器，可逆计数器在置零信号和D触发器共同控制下，输出反馈信号经数模转换后作为调节器的另一路控制输入；对输出的转角或位移进行闭环控制。
2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机伺服系统，其特征在于电动机相数大 于2，各相的磁路独立，可分相控制绕组中电流；电动机转子凸极的结构特殊，在一个绕组 中通以电流时，转子复位转矩的矩角特性近似地符合正弦波规律。
3.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机伺服系统，其特征在于由于两相邻相 产生的复位转矩的幅值适当，对于任意设定的转角，转子上总复位转矩的矩角特性仍近似 地符合正弦波规律，且总复位转矩的幅值基本不变；两相邻相同时通电的临界点是一相通 电，接着换到新的两相邻相同时通电。
4.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机伺服系统，其特征在于表示转角间隔 的脉冲列来自电动机的角位移传感器；当使得共磁能增大的转子凸极的边对齐通电相定子 凸极中心线时，两相邻相同时通电换相，转子上获得大小为总复位转矩幅值的电磁转矩；在 转子转到其它方位角时，也获得这样大小的电磁转矩。
5.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机伺服系统，其特征在于反馈信号是用 电流传感器测得的相电流，各相的电磁转矩幅值由转矩给定器给出后，经过M/I转换，构成 电流闭环。
6.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机伺服系统，其特征在于反馈信号是用 电流传感器测得的相电流，各相的电磁转矩幅值由转矩给定器给出后，把相电流信号进行 I/M转换，直接构成转矩闭环。
7.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机伺服系统，其特征在于电动机驱动的 工作台与另一个编码器A相连，输出位移量给D触发器经可逆计数器和数模转换后作为调 节器的输入，给定和反馈量为位移，调节器也是位移调节器。
8.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机伺服系统，其特征在于系统的输入和 输出仍是转角或位移的给定和实际量；内部工作过程是先把转角或位移经过调节器转换成 转速给定，通过转速环输出转矩去控制转速给定器，最后通过开关磁阻电动机实现实际转 角或位移控制。
全文摘要
本发明公开了一种开关磁阻电动机伺服系统，采用优良的开关磁阻电动机；在启动信号作用下，开关把转角给定值接通；经过调节器一路输出给比较电路，另一路输出给绝对值变换器；比较电路获得的正/反向运行信号和绝对值变换器输出同时送到转矩给定器上，转矩给定器产生相应的转矩量，最后作用到电动机的相绕组上，从而控制开关磁阻电动机转速；角位移传感器上带有编码器，将角位移量作为反馈量，对输出的转角或位移进行闭环控制。该开关磁阻电动机伺服系统在低速运行时，转速波动小；定位用脉冲源频率是由电动机上编码器提供的，即使转速很高，时电动机转子也不会失步；内部引入转速环后，保证了系统的稳定性和良好的动态品质；其设计合理、实现简单且运行稳定。
文档编号H02P23/14GK101800506SQ20091007801
公开日2010年8月11日 申请日期2009年2月9日 优先权日2009年2月9日
发明者裘锦灼, 高超 申请人:北京中纺锐力机电有限公司