[發明專利]直線電機伺服系統

無效

• 申請號: 200910197817.1
• 申請日: 2009-10-28
• 公開（公告）號: CN101697466A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發明（設計）人: 齊亮;劉軍
• 申請（專利權）人: 上海電機學院;上海電氣集團股份有限公司中央研究院
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P6/16;H02P21/14
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

1.一種直線電機伺服系統，其特征在于，該伺服系統包括直線電機、用以驅動直線電機的直線電機驅動器；所述直線電機驅動器包括：

數字信號處理器DSP，用以控制直線電機的位置環路、速度換路、電流環路；

驅動電路，包括自動保護單元；

電機反饋位置獲取單元，用以獲取電機轉子的實際位置；電機轉子位置由編碼器送至接口電路，由DSP通過數據總線定時讀取，數據經過數字濾波以及分析處理，得到電機轉子的實際位置；

電機反饋轉速計算單元，用以根據所述電機反饋位置獲取單元獲取的電機轉子的實際位置、測量時間計算出電機的實際轉速；

電機反饋電流獲取單元，利用電阻采樣，通過線性光藕隔離送給AD轉換器，模擬信號轉換為數字量后經串行口送給DSP；

位置環運算單元，采用負反饋控制模式，電機位置脈沖指令和電機轉子實際位置作為輸入量參與比例調節器運算，速度指令作為運算結果輸出，完成位置環子程序的運算；

速度環運算單元，采用負反饋控制模式，速度指令和電機實際轉速作為輸入量參與比例積分調節器運算，力矩指令作為運算結果輸出，完成速度環子程序的運算；

矢量控制單元，其控制對象為同步電機，轉子結構對稱，I_d＝I_q，永磁同步電動機的電磁轉矩與I_d無關：電磁轉矩Te＝(1/ω)E_oI_q；其中，E₀為轉子磁極在定子繞組中產生的感應電勢，I_d、I_q為定子直交軸電流，L_d、L_q為定子直交軸電感，R為定子繞組電阻，ω為同步角頻率；

開關電源，與所述數字信號處理器DSP、驅動電路、電機反饋位置獲取單元、電機反饋轉速計算單元、電機反饋電流獲取單元、位置環運算單元、速度環運算單元、矢量控制單元連接。

2.根據權利要求1所述的直線電機伺服系統，其特征在于：

所述電機反饋位置獲取單元、電機反饋轉速計算單元包括可編程器件。

3.根據權利要求1所述的直線電機伺服系統，其特征在于：

所述電機反饋位置獲取單元中，電機轉子位置由編碼器送至專門的接口電路，并由硬件四倍頻，然后到16位加/減計數器進行記數，由DSP通過數據總線定時讀取，數據經過數字濾波以及分析處理，得到電機轉子的實際位置。

4.根據權利要求1所述的直線電機伺服系統，其特征在于：

所述電機反饋電流獲取單元中，獲取三相電流分量ia、ib、ic中的ia、ib，根據ia、ib值計算第三相電流ic值。

5.根據權利要求1所述的直線電機伺服系統，其特征在于：

所述DSP包括ALU計算單元、MAC計算單元、SHIFTER計算單元；

ALU執行代數和邏輯操作的標準系列；

MAC執行單周期的乘法，乘/加，乘/減操作；

SHIFTER執行邏輯的和算術的移位，標準的、非標準的和指數操作，

SHIFTER用來作為有效的執行數字元格式控制包括多字的和塊狀的浮點表示法。

6.根據權利要求1所述的直線電機伺服系統，其特征在于：

所述驅動電路是自動保護單元包括過壓保護單元、欠壓保護單元、過流保護單元、過熱保護單元；

所述開關電源包括溫度保護單元、外部過電流保護單元、輸出過載保護單元、過壓保護單元、欠壓鎖定單元。

7.根據權利要求1所述的直線電機伺服系統，其特征在于：

電機位置脈沖指令共有若干種方式，根據參數不同切換不同的計數方式，由16位加/減計數器進行記數，并由DSP通過數據總線定時讀取，數據經過數字濾波以及分析處理，在位置控制模式下，作為電機的位置脈沖指令參與位置環的計算；

電機速度模擬指令由硬件通過加法器使雙極性變為單極性，并由AD轉換器轉換為數字量信號，通過DSP的串行口讀入，數據經過數字濾波以及分析處理，在速度控制模式下，作為速度指令參與速度環的計算。

8.根據權利要求1所述的直線電機伺服系統，其特征在于：

在軟件初始化階段PWM信號送出以前，DSP先讀取ia、ib反饋電流值作為零電流值，以后所讀取的值均與此基準值比較，即軟件調零；零電流值是一個很關鍵的數據，為保證基準值正確，在初始化階段讀取ia、ib值數次，并經數字濾波處理，完成零電流值的正確讀取；

AD轉換器與DSP的串行口相連，數據通過DSP的DMA通道直接進入內存，不中斷DSP程序的運行。