弧线电机直接驱动系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电机装置，具体涉及一种弧线电机直接驱动系统。
【背景技术】
[0002]大多数的机械都需要在动力机的带动下进行工作。最常用的动力机是电动机。最常见的电动机都是做圆周运动的电动机。但是也有很多工作机械不是做圆周运动的，例如，纺织机的主要部件是做左右方向的直线运动，牛头刨、机械筛选机等也是做直线运动。还有一些机械是做一定弧度的摇摆运动，例如，摇摆式离心机，部分蛤蟆夯的摇摆锤等，都是只做一定幅度的弧线运动。更重要的以摇摆运动方式工作的是问题望远镜。天文望远镜的主镜筒为了始终对准天空中的目标，需要随着地球的自传而做相反的运动，每一个观测周期(一夜)只做一定弧度的摇摆运动。这种长时间、超低速、宽调速、高精度一定弧度的摇摆运动，非常难于实施，并且还要求在这种低速运动中无爬行现象。
[0003]做直线运动与弧线运动的机械，采用一般电动机带动时，需要增加运动的转换装置，不仅增加了成本，而且降低了机械效率。现在已经有直线电机用于带动直线运动的工作机械，也已经出现弧线电机，用于带动做弧线运动的工作机械。但是弧线电机，用于带动做弧线运动的工作机械一般采用的驱动技术大都是摩擦驱动或齿轮传动，只有个别设计采用了直接驱动技术。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种弧线电机直接驱动系统，本系统采用直接驱动技术，能够以比较简单的结构，满足做弧线运动的工作机械的高效率工作需要，特别是能够满足天文望远镜长时间、超低速、宽调速、高精度的一定弧度的摇摆运动，并且还无爬行现象。
[0005]完成上述发明任务的技术方案是，一种弧线电机直接驱动系统，所述的弧线电机是大力矩交流稀土永磁同步伺服电机，其特征在于；本系统包括上位计算机系统和下位计算机系统，上位计算机系统实现弧线运动控制系统的在线集中监控、综合管理、性能检测和安全保护功能；下位计算机系统包括DSP模块，执行电机，信号采集与比较模块，位置数据处理单片机；所述执行电机为弧线电机，该弧线电机是大转矩、60对极的单元组合交流永磁同步伺服电机；在下位计算机系统中:设有DSP事件管理器、CPLD芯片和高精度的增量式编码器。
[0006]进一步的改进，本发明的优化方案是:
所述的弧线电机的转子上粘贴有永磁体，电机采用表贴式结构；
所述的DSP事件管理器经光耦隔离后输出到智能功率模块；该智能功率模块输出的UVW三路电压信号加到所述的弧线电机上；该弧线电机上设有测量每路电流的电流互感器，各电流互感器经高精度的A/D转换后输入到DSP的缓冲串口进行处理；
所述的CPLD用于处理编码器产生的增量位置信号，并完成键盘显示等电路的接口 ；
粗、精结合的旋转变压器测出的电机的机械角度经数字转换器输出到DSP处理后，实现弧线电机定子三相电流的换相，并且不需要测出电机的零位置信号。
[0007]所述的增量式编码在电机旋转后与旋转变压器的绝对位置相结合，精确的检测出转子的位置，在DSP内部与转换后的电流信号经自适应电流控制器处理，然后再输出到DSP的事件管理器产生驱动信号。
[0008]换言之，本发明的该控制系统是DSP和CPLD结合，由数字化智能功率模块以及粗、精结合的旋转变压器及其数字转换器、高精度的增量式编码器组成；
所述的弧线电机是大转矩、现采用的是60对极的单元组合交流永磁同步伺服电机，电机的采用减小转矩波动的设计方法，若驱动更大口径的毫米波望远镜可以在此实验基础上增加电机的极对数并可组成更多小电机以提高输出转矩跟踪精度；
所述的DSP的事件管理器输出六路驱动信号，经光耦隔离后输出到智能功率模块，使智能功率模块输出近似圆形磁场的UVW三路电压信号；该电压信号加到弧线电机上，用电流互感器测出每路电流，经高精度的A/D转换后输入到DSP的缓冲串口进行处理；
所述的CPLD用于处理编码器产生的增量位置信号，并完成键盘显示等电路的接口 ；
粗、精结合的旋转变压的输出信号经DSP处理后转换为弧线电机的绝对位置信号，实现弧线电机定子三相电流的换相，并且不需要测出电机的零位置信号。；
高精度的增量式编码器在电机旋转后与旋转变压器的绝对位置相结合，可以精确的检测出转子的位置，在DSP内部与转换后的电流信号经自适应电流控制器处理，然后再输出到DSP的事件管理器产生驱动信号；
故障发生时，智能功率模块的故障端输出故障信号经光耦隔离后由DSP的故障中断封锁事件管理器输出的驱动信号。
[0009]所述的TMS320F2812的事件管理器的输出采用空间矢量算法，在相对低速时对定子施加一定电压进行补偿形成圆形磁场；在处理ADS8361采用后的信号后在TMS320F2812中实现3s/2s坐标变换，结合所述的粗、精旋转变压器数字转换器输出的角度信号及高精度的增量式编码器通过EMP7256S计算出转子的精确位置，从而实现2s/2r坐标变换，最后采用自适应控制方法实现电流环、速度环和位置环控制器的设计。
[0010]本发明的弧线电机驱动控制系统，能够满足大型射电望远镜对超低速弧线电机的需要，能够大实现口径毫米波/亚毫米望远镜长时间、超低速、宽调速、高精度跟踪天体，并在低速时无爬行现象。
【具体实施方式】
[0011 ] 实施例1，弧线电机驱动控制系统，弧线电机是自主研制的多对极交流永磁同步弧线电机，是单元组合式的，本发明是设计该弧线电机的驱动控制系统，要求能实现宽调速、超低速、并在低速时无爬行现象。该驱动控制系统是DSP处理器和数字化智能功率模块组成，主要由以下部分组成。
[0012] 1.变频逆变
变频逆变部分用智能功率模块是PMS25RLA120，承受的高电压可达1200V，并有故障输出端；TMS320F2812的事件管理器A或B根据控制器的调节算法，利用空间电压矢量算法，在TMS320F2812事件管理器的定时器的作用下中断产生智能功率模块所需的六路驱动信号，使逆变器输出近似圆形磁场的UVW三路信号施加给弧线电机。该算法不仅顾及了变频逆变部分的三相输出电压接近正弦信号，也顾及了三相输出电流的正弦性，从而产生了恒定的电磁转矩，使变频逆变器与弧线交流永磁同步电机一体化，简化了控制策略。
[0013]2.电流检测
电流检测采用电流传感TBC1OTS3.3，与ADS8361的工作电压及DSP的工作电压3.3V互相兼容，检测电路用单电源供电的运放组成；模拟电流到数字信号的转换是用16位A/D转换器ADS8361，是一个四通道串行输出的500k的A/D转换器件，该器件可与TMS320F2812的缓冲串口进行通信。电流采样滤波采用扩展的卡尔曼滤波方法估算实时电流最优化，以提高瞬间电流测试的精度，以获得正弦特性的旋转磁场，使永磁同步电机在超低速运行时更平稳。
[0014]3.位置和速度检测
所述的粗、精结合的旋转变压器的速比是1:64，即由粗机确定轴角的粗略位置，由精机来得到轴角的精确位置；粗通道的旋转变压器旋转一周，精通道的旋转变压器旋转64周(5.625° );该旋转变压的粗通道用10位数字转换器进行转换，精通道用16位转换器进行转换，由于旋转变压器的速比是1:64，粗通道后4位所表示的数据的精度远远低于精通道表示的精度，因此用粗通道的前6位和精通道的16位可实现22位的数字转换；
粗、精结合的转换器的纠错采用软件处理，简化了系统电路，并且转换器的输出直接与DSP连接，通过数学计算可以直接计算出转子的机械角度，并根据条件判断是否需要纠错，如果需要纠错直接加或减一个精通道对应的机械角度即可，用于实现永磁伺服同步电机三相信号的换相并得出增量式编码器的绝对角度。
[0015]4.控制器
所述的TMS320F2812的事件管理器的输出采用空间矢量算法，在相对低速时对定子施加一定电压进行补偿形成圆形磁场；在处理ADS8361采用后的信号后在TMS320F2812中实现3s/2s坐标变换，结合所述的粗、精旋转变压器数字转换器输出的角度信号及高精度的增量式编码器通过EPM7256S计算出转子的精确位置，从而实现2s/2r坐标变换，最后采用自适应控制方法实现电流环、速度环和位置环控制器的设计。
[0016]5.保护电路
故障发生时，智能功率模块的故障端输出的故障信号经光耦隔离后由DSP封锁事件管理器输出的驱动信号。ADS8361采样后扩展卡尔曼滤波、3s/2s、2s/2r、2r/2s坐标变换、自适应控制器及电压空间矢量算法都在控制器里用软件实现。
【主权项】
1.一种弧线电机直接驱动系统，所述的弧线电机是大力矩交流稀土永磁同步伺服电机，其特征在于；本系统包括上位计算机系统和下位计算机系统，上位计算机系统实现弧线运动控制系统的在线集中监控、综合管理、性能检测和安全保护功能；下位计算机系统包括DSP模块，执行电机，信号采集与比较模块，位置数据处理单片机；所述执行电机为弧线电机，该弧线电机是大转矩、60对极的单元组合交流永磁同步伺服电机；在下位计算机系统中:设有DSP事件管理器、CPLD芯片和高精度的增量式编码器。2.根据权利要求1所述的弧线电机直接驱动系统，其特征在于，所述的弧线电机的转子上粘贴有永磁体，电机采用表贴式结构。3.根据权利要求1所述的弧线电机直接驱动系统，其特征在于，所述的DSP事件管理器经光耦隔离后输出到智能功率模块；该智能功率模块输出的UVW三路电压信号加到所述的弧线电机上；该弧线电机上设有测量每路电流的电流互感器，各电流互感器经高精度的A/D转换后输入到DSP的缓冲串口进行处理。4.根据权利要求1所述的弧线电机直接驱动系统，其特征在于，所述的CPLD用于处理编码器产生的增量位置信号，并完成键盘显示等电路的接口 ；粗、精结合的旋转变压器测出的电机的机械角度经数字转换器输出到DSP处理后，实现弧线电机定子三相电流的换相，并且不需要测出电机的零位置信号。5.根据权利要求1-4之一所述的弧线电机直接驱动系统，其特征在于，所述的增量式编码在电机旋转后与旋转变压器的绝对位置相结合，精确的检测出转子的位置，在DSP内部与转换后的电流信号经自适应电流控制器处理，然后再输出到DSP的事件管理器产生驱动信号。
【专利摘要】弧线电机直接驱动系统，所述的弧线电机是大力矩交流稀土永磁同步伺服电机，其特征在于；本系统包括上位计算机系统和下位计算机系统，上位计算机系统实现弧线运动控制系统的在线集中监控、综合管理、性能检测和安全保护功能;下位计算机系统包括DSP模块，执行电机，信号采集与比较模块，位置数据处理单片机；所述执行电机为弧线电机，该弧线电机是大转矩、60对极的单元组合交流永磁同步伺服电机；在下位计算机系统中：设有DSP事件管理器、CPLD芯片和高精度的增量式编码器。本发明能够满足大型射电望远镜对超低速弧线电机的需要，能够大实现口径毫米波/亚毫米望远镜长时间、超低速、宽调速、高精度跟踪天体，并在低速时无爬行现象。
【IPC分类】H02P6/08
【公开号】CN105245137
【申请号】CN201510724475
【发明人】顾海兵
【申请人】顾海兵
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月29日