一种低速直驱式交流伺服系统的控制方法
【专利摘要】本发明公开一种低速直驱式交流伺服系统的控制方法，本低速直驱式交流伺服系统的控制结构包括位置闭环、速度闭环、交轴电流闭环和直轴电流闭环；采用间接观测交流伺服电机转角和转速的方法，提高转角和转速的检测精度；间接观测得到的转角观测值用于旋转变换和位置反馈，速度观测值用于速度反馈；通过对交流伺服电机绕组电流的检测和旋转变换，分别得到交轴电流反馈信号和直轴电流反馈信号。引入转矩抖动信号，使交流伺服电机在低速或静止时处于“微抖动”状态，改善低速死区和滞后特性。根据本发明提供的方法，仅采用普通的交流伺服电机和普通增量式光电脉冲编码器，可以实现高精度的低速直接驱动。
【专利说明】一种低速直驱式交流伺服系统的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工业领域中的交流伺服系统，尤其是一种用于实现高精度位置控制的低速直驱式交流伺服系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]交流伺服系统以稀土永磁同步电动机(PMSM)为驱动对象，交流伺服系统是制造业实现自动化和信息化的基础构件，多用于涉及轮廓轨迹跟踪控制的【技术领域】，其在低速运行状况下的工作性能是最重要的性能之一。常规的交流伺服系统须通过减速机构与机械负载相连。直接驱动交流伺服系统简称直驱式交流伺服系统，可以不使用减速机构，与机械负载直接耦合驱动，直接驱动的好处是显而易见的，由于省去了传动减速机构，可以实现更高的控制精度，更快的响应速度，更高的效率，更低的工作噪声等。
[0003]应用环境 对直接驱动式交流伺服系统的性能有很高的要求，主要是低速运行时的转速和转矩性能，要求速度平稳，输出转矩接近额定值。
[0004]提高交流伺服系统的低速运行性能，从而满足直接驱动的要求，可以从两方面入手，第一是提高低速运行时的测速精度和带宽；第二是克服低速运行时的干摩擦死区、机械间隙等非线性因素的影响。
[0005]在通用的交流伺服系统中，一般采用增量式光电脉冲编码器作为反馈元件。从增量式光电脉冲编码器的输出信号来获取电动机的速度反馈信息，目前常用的测速方法有M法、T法和Μ/T法。
[0006]M法测速是在设定的采样周期T内记录反馈脉冲的个数由此求出电动机的转速η为
[0007]
【权利要求】
1.一种低速直驱式交流伺服系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤一:对交流伺服系统的输出电流ia、ib进行检测，并通过旋转变换得到交轴电流i,和直轴电流id;以交流伺服电机的转角观测值为旋转变换角度，所述转角观测值的获取包括如下步骤: (11)在交流伺服电机轴上安装光电脉冲编码器，并采集该光电脉冲编码器的输出脉冲计数，得到第k个控制周期的实测角度信号Θ (k)，k=l，2，3，..?，以此实测角度信号Θ (k)作为间接观测的参考信号； (12)计算第k个控制周期的间接观测偏差Δ6^)=?^)-6^)，其中，幻表示第k个控制周期的转角观测值； (13)将步骤(12)得到的△Θ (k)输入转矩补偿控制器，得到第k个控制周期的转矩补偿信号AM(k); (14)计算交流伺服电机在第k个控制周期输出转矩的估算值M⑷=r(k)-Kr -AM(k)，其中，i(k)为第k个控制周期的交轴电流给定信号，Kt为交流伺服电机的转矩系数； (15)交流伺服系统的动力学模型的拉氏变换为丨:-1f交流伺服系统的动力学模
型离散化，得到交流伺服电机的速度观测值命& + 1)和转角观测值决A + 1)的递推算式:
0j(k + \) = {\-B- A)cb{k) + 义 M (k)
0(k + l) = e{k) + (b(k + l)-A
k=l, 2, 3,......其中，s为拉氏算子，J为转动惯量，B为粘性摩擦系数，Δ是采样周期，λ=Λ/.Τ;步骤二:以转角观测值A为位置反馈信号，将转角位置给定信号Θ*和转角观测值沒相比较，得到位置跟随偏差，此位置跟随偏差经过位置控制器的调节运算，得到速度给定信号氺ω ； 步骤三:以速度给定信号ω*和前述速度观测值?相比较，得到速度偏差，此速度偏差经过速度控制器的调节运算得到前述交轴电流给定信号G ; 步骤四:将交轴电流给定信号;,与前述交轴电流进行比较，得到交轴电流偏差，此交轴电流偏差经过交轴电流控制器的调节运算，得到交轴电压Uq ； 步骤五:设定直轴电流给定信号为O，将该直轴电流给定信号与前述直轴电流id进行比较，得到直轴电流偏差，此直轴电流偏差经过直轴电流控制器的调节运算，得到直轴电压Ud ; 步骤六:以转角观测值§为旋转角度，对前述交轴电压Uq和直轴电压Ud进行逆旋转变换，得到三相交流电压参考信号Ua、ub、U。，再对前述三相交流电压参考信号ua、Ub、Uc进行空间矢量脉宽调制，得到的脉宽调制信号用于控制逆变器，驱动交流伺服电机。
2.如权利要求1所述的一种低速直驱式交流伺服系统的控制方法，其特征在于:所述步骤四中，还将转矩抖动信号ζ与交轴电流给定信号ζ相叠加；所述转矩抖动信号/丨通过如下步骤得到:将前 述步骤二中的速度给定信号ω*经过窗口函数处理，得到抖动幅值控制信号，前述抖动幅值控制信号与给定的振荡信号相乘，得到转矩抖动信号?。
【文档编号】H02P21/14GK103986392SQ201410143359
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】李宁, 王木兰, 左健民, 王保升 申请人:南京工程学院