专利名称：一种新的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，涉及双N拍运行方式的N相 开关磁阻电动机伺服系统。
背景技术：
通常，伺服系统是以电动机转角或工作台位移为控制量的自动控制系统，在各种 行业中得到了广泛的应用，尤其是机械制造行业，伺服系统的响应要快，调节过程要短，并 且要具有良好的控制精度。开关磁阻电动机有其独特的优点，已在调速领域确立了重要的地位，但其输出转 矩的形式比较复杂，脉动比较大，在运行转速很低时，存在着显著的转速波动，所以至今没 有开关磁阻电动机伺服系统的产品。在开关磁阻电动机定位系统和宽范围调速装置专利的基础上，不久前本公司又申 请了“一种开关磁阻电动机伺服系统”的专利。反馈量可以是电动机转角或工作台位移，需 要时还可引进转速调节作内环。这一系统所用的开关磁阻电动机是特殊的，其转子凸极的齿形经过特殊设计在一 个相绕组中通以电流时，转子复位转矩的特性近似地符合正弦波规律，同时利用测得的相 电流，对各相的转矩幅值实行直接或间接的闭环分相控制。
3π这一系统各相间采用两相邻相同时通电的运行方式，当失调角等于y，通电相共
磁能增加最快时，同时通电的相邻相换相，亦即两相邻相同时通电的组合改变，而转子得到 通电相所产生的最大转矩，也就是复位转矩的幅值。当失调角为别的值时，由于两相邻相产生的复位转矩的幅值适当，转子总复位转 矩的矩角特性仍近似地符合正弦波规律，且幅值基本不变。而这一幅值也就是这时输出的 电磁转矩。两相邻相同时通电的运行方式，确实可做成宽范围的调速装置和伺服系统，但仔
4π
细观察，其每一相的总导通角为；。这样大的角度，会使功率电路中功率元件及电动机绕
组的功耗较大，有待进一步改进。
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新的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新的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；电动 机是转子可以定位在任意设定转角的N相开关磁阻电动机，N > 2 ；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/反向运行信号和控制电 路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，并输出给电动机的相绕组，从而控制开关磁阻电动机转速；电动机上装有编码器做的角位移传感器，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；各相绕组采用双N拍运 行方式，对电动机转角或工作台位移进行闭环控制。所述一种新的开关磁阻电动机伺服系统，电动机各相磁路独立，可分相控制绕组 中电流；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。
所述一种新的开关磁阻电动机伺服系统，送给转矩给定器传递转角间隔的脉冲列
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来自电动机上的编码器，电气上每相的总导通角为$,两相邻相间有7导通角重叠，亦即 单相导电和两相邻相同时导电进行，导通角都是g ；每相导通的相位角位于正中处，其时电 气失调角等于f ,转子上获得大小为复位转矩幅值的最大转矩。所述一种新的开关磁阻电动机伺服系统，先假定单相导电时相转矩的幅值给定为
Mk
Mk,而两相邻相同时导电时，相转矩的幅值给定都为，则N相电动机转子总转矩是脉 动的，幅值一直为Μκ，波形是2N个正弦波正波顶的包络线；设K为总转矩与Mk之比，显然K 在1 ~ CQSi范围内变化；然后把上述相转矩幅值给定除以K，使相转矩幅值给定随着失 调角周期性地变化，就可消掉转子总转矩的脉动。所述一种新的开关磁阻电动机伺服系统，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，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。所述一种新的开关磁阻电动机伺服系统，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，由比较电路制 定转向和绝对值变换器获得大小，送到转矩给定器后，决定了输出的Mk大小和绕组的通电 顺序；给定和反馈量为位移，调节器也是位移调节器。所述一种新的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。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，其每一相的总 导通角小，功率电路中功率元件及电动机绕组的功耗进一步减小，转速波动小；系统具有良 好的稳定性和动态品质；其设计合理、实现简单。
图1为本发明以工作台位移作反馈量的伺服系统功能框图。图2为本发明以工作台位移作反馈量的伺服系统功能框图。
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1所示，本发明为一种新的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；电动机是转子可以定位在任意设定转角的N相开关磁阻电动机，N> 2 ； 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 向运行信号和控制电路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，并输 出给电动机的相绕组，从而控制开关磁阻电动机转速；电动机上装有编码器做的角位移传 感器，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； 各相绕组采用双N拍运行方式，对电动机转角或工作台位移进行闭环控制。所述一种新的开关磁阻电动机伺服系统，电动机各相磁路独立，可分相控制绕组 中电流；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。所述一种新的开关磁阻电动机伺服系统，送给转矩给定器传递转角间隔的脉冲列
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来自电动机上的编码器，电气上每相的总导通角为，两相邻相间有&导通角重叠，亦即
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单相导电和两相邻相同时导电进行，导通角都是g ；每相导通的相位角位于正中处，其时电 3,π
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Μκ，而两相邻相同时导电时，相转矩的幅值给定都为，则N相电动机转子总转矩是脉 动的，幅值一直为Μκ，波形是2N个正弦波正波顶的包络线；设K为总转矩与Mk之比，显然K 在1 ~范围内变化；然后把上述相转矩幅值给定除以K，使相转矩幅值给定随着失
调角周期性地变化，就可消掉转子总转矩的脉动。所述一种新的开关磁阻电动机伺服系统，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，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。所述一种新的开关磁阻电动机伺服系统，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，由比较电路制 定转向和绝对值变换器获得大小，送到转矩给定器后，决定了输出的Mk大小和绕组的通电 顺序；给定和反馈量为位移，调节器也是位移调节器。所述一种新的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。图1示为本发明工作台位移作反馈量时方框图，工作台位移专门用编码器A检测。 如果把编码器A去掉，如图2所示，供给D触发器和可逆计数器的脉冲列也电动机上编码器供给，那么就简化为用电动机转角作反馈量。
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
一种新的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；其特征在于电动机是转子可以定位在任意设定转角的N相开关磁阻电动机，N＞2；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/反向运行信号和控制电路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，并输出给电动机的相绕组，从而控制开关磁阻电动机转速；电动机上装有编码器做的角位移传感器，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；各相绕组采用双N拍运行方式，对电动机转角或工作台位移进行闭环控制。
2.根据权利要求1所述的一种新的开关磁阻电动机伺服系统，其特征在于电动机各 相磁路独立，可分相控制绕组中电流；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所述的一种新的开关磁阻电动机伺服系统，其特征在于送给转矩3π给定器传递转角间隔的脉冲列来自电动机上的编码器，电气上每相的总导通角为,两相N邻相间有&导通角重叠，亦即单相导电和两相邻相同时导电进行，导通角都是每相导通的相位角位于正中处，其时电气失调角等于f，转子上获得大小为复位转矩幅值的最大转矩。
4.根据权利要求1所述的一种新的开关磁阻电动机伺服系统，其特征在于先假定单Mk相导电时相转矩的幅值给定为Μκ，而两相邻相同时导电时，相转矩的幅值给定都为，贝U N相电动机转子总转矩是脉动的，幅值一直为Μκ，波形是2N个正弦波正波顶的包络线；设 K为总转矩与Mk之比，显然K在1 ~ cos ^^范围内变化；然后把上述相转矩幅值给定除以K，使相转矩幅值给定随着失调角周期性地变化，就可消掉转子总转矩的脉动。
5.根据权利要求1所述的一种新的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所述的一种新的开关磁阻电动机伺服系统，其特征在于工作台连 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，由比较电路制定转向和绝对值变换器获得大小，送到转矩给定器后，决定了输 出的Mk大小和绕组的通电顺序；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所述的一种新的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
本发明公开了一种新的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；电动机是转子可以定位在任意设定转角的N相开关磁阻电动机，N＞2，电动机上装有编码器做的角位移传感器；各相绕组采用双N拍运行方式，对电动机转角或工作台位移进行闭环控制，伺服性能良好。该开关磁阻电动机伺服系统在低速运行时，其每一相的总导通角小，功率电路中功率元件及电动机绕组的功耗进一步减小，转速波动小；系统具有良好的稳定性和动态品质；其设计合理、实现简单。
文档编号H02P6/08GK101847960SQ200910080139
公开日2010年9月29日 申请日期2009年3月24日 优先权日2009年3月24日
发明者裘锦灼 申请人:北京中纺锐力机电有限公司