[發(fā)明專利]一種開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)定位控制系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810241013.2
• 申請日: 2008-12-24
• 公開（公告）號: CN101764552A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高超;襲錦灼
• 申請（專利權(quán)）人: 北京中紡銳力機(jī)電有限公司
• 主分類號: H02P6/00
• 分類號: H02P6/00;H02P6/24
• 代理公司: 北京市德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 王建國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)定位控制系統(tǒng)，具體地說，涉及一種定位于任意設(shè)定轉(zhuǎn)角的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)定位控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，在以轉(zhuǎn)角和位移為輸出量的定位系統(tǒng)中，最簡捷的執(zhí)行元件是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，轉(zhuǎn)子總的轉(zhuǎn)角與輸入脈沖的個(gè)數(shù)成正比。在時(shí)間上，轉(zhuǎn)角與輸入脈沖同步而旋轉(zhuǎn)的方向則處于對相繞組的通電順序。電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一周都有固定的步數(shù)，誤差不會(huì)累計(jì)，也不需要角位移傳感器。如果不改變繞組的通電狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)還具有自鎖能力。

N相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)就是一臺(tái)N相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，假定轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為Z，則其轉(zhuǎn)子極距等于一般的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)未經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，只能按N拍運(yùn)行。每一次通電狀態(tài)的改變，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子步距角為N相繞組依次通電后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)極距定轉(zhuǎn)子凸極間關(guān)系就回到初始狀態(tài)。

圖1示為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)方框圖，脈沖源1發(fā)出脈沖信號，經(jīng)過門電路2后送給環(huán)形分配器3，再經(jīng)功率放大器4放大去驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相繞組5。要讓門電路接通，必須啟動(dòng)開關(guān)6置于運(yùn)行位置，同時(shí)被計(jì)數(shù)器7記錄的經(jīng)門電路來的脈沖數(shù)，不等于預(yù)置器8所選定的值。當(dāng)兩者剛好相等時(shí)，門電路關(guān)閉，相繞組就不再得到電脈沖，電動(dòng)機(jī)自行停車。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子凸極數(shù)比較多，為了簡化定子繞組結(jié)構(gòu)，通常相鄰的若干個(gè)定子小齒合并起來，成為嵌有共同線圈的一個(gè)凸極。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的矩角特性近似地符合正弦波規(guī)律。工作時(shí)一般采用雙N拍運(yùn)行方式，交替地單相通電和兩相鄰相同時(shí)通電；這種雙N拍方式，可使步距角減小一半，成為

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定位系統(tǒng)簡化可靠，在開環(huán)的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中得到廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)方面，主要在于受步距角的限制，轉(zhuǎn)子不能停在任意設(shè)定的轉(zhuǎn)角，在大負(fù)載和高轉(zhuǎn)速情況下會(huì)產(chǎn)生失步，同時(shí)輸出功率也不夠大。

從分析開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的矩角特性著手，適當(dāng)改進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，并且引入專門的兩相鄰相同時(shí)通電方式和正確的分相閉環(huán)控制定子繞組，就可讓轉(zhuǎn)子定位于任意的轉(zhuǎn)角，定位性能良好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是為了解決上述技術(shù)問題而設(shè)計(jì)的一種開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)定位控制系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)定位控制系統(tǒng)，包括開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和控制器；開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是轉(zhuǎn)子可以定位在任意設(shè)定轉(zhuǎn)角的電動(dòng)機(jī)；控制器由脈沖源電路、門電路、轉(zhuǎn)矩給定器、可逆計(jì)數(shù)器和比較器組成；脈沖源產(chǎn)生表示一定轉(zhuǎn)角間隔的脈沖序列，經(jīng)過門電路后送至轉(zhuǎn)矩給定器，門電路受啟動(dòng)信號和比較器的輸出控制，比較器受定位角給定和可逆計(jì)數(shù)器的輸出控制，可逆計(jì)數(shù)器受比較器和置零信號的輸出控制，同時(shí)轉(zhuǎn)矩給定器也受比較器的輸出控制，轉(zhuǎn)矩給定器的輸出與開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)相繞組相連。

所述一種開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)定位控制系統(tǒng)，其門電路的輸出與可逆計(jì)數(shù)器輸入相連，構(gòu)成開環(huán)控制電路。

所述一種開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)定位控制系統(tǒng)，其可逆計(jì)數(shù)器輸入與編碼器信號相連，構(gòu)成閉環(huán)控制電路。

所述一種開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)定位控制系統(tǒng)，其開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)相數(shù)大于2；可以分相控制各定子繞組的電流；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子凸極的結(jié)構(gòu)特殊，在一個(gè)相繞組中通以電流時(shí)，轉(zhuǎn)子上復(fù)位轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角間的矩角特性近似地符合正弦波規(guī)律。

所述一種開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)定位控制系統(tǒng)，其兩相鄰相同時(shí)通電，對于任意設(shè)定的轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)子上總復(fù)位轉(zhuǎn)矩的矩角特性仍近似地符合正弦波規(guī)律；兩相鄰相產(chǎn)生的復(fù)位轉(zhuǎn)矩的幅值適當(dāng)，總復(fù)位轉(zhuǎn)矩的幅值基本不變；兩相鄰相同時(shí)通電的臨界點(diǎn)是一相通電，此時(shí)空載時(shí)定/轉(zhuǎn)子凸極的中心線重合；在轉(zhuǎn)子上帶有負(fù)載以后，定位角及換相角則順著負(fù)載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)向偏移一個(gè)負(fù)載角；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定，負(fù)載角不變，定位角和換相角也不變。

在兩相鄰相中有一相的復(fù)位轉(zhuǎn)矩幅值降到零以后，就切換到新的兩相鄰相同時(shí)通電，對于N相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)而言，在同一轉(zhuǎn)向上順序通電，一共有N個(gè)不同的兩相鄰相組合。空載換相時(shí)，定/轉(zhuǎn)子凸極的中心線重合。

本發(fā)明是允許電動(dòng)機(jī)帶載的，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用下，定位角及換相角將順著負(fù)載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)向偏移一個(gè)負(fù)載角。負(fù)載轉(zhuǎn)矩與總復(fù)位幅值之比等于負(fù)載角的正弦，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定，負(fù)載角不變，定位角和換向角也不變。

本發(fā)明對定子繞組實(shí)行分相的閉環(huán)控制，各相復(fù)位轉(zhuǎn)矩的幅值由轉(zhuǎn)矩給定器給出后，或者經(jīng)M/I變換器變成繞組電流的給定值，再用電流傳感器測得的反饋信號進(jìn)行閉環(huán)，或者用I/M變換器把測得的反饋信號變成反饋轉(zhuǎn)矩信號，直接進(jìn)行轉(zhuǎn)矩閉環(huán)。