[發(fā)明專(zhuān)利]直線電機(jī)伺服系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910197817.1
• 申請(qǐng)日: 2009-10-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101697466A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 齊亮;劉軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海電機(jī)學(xué)院;上海電氣集團(tuán)股份有限公司中央研究院
• 主分類(lèi)號(hào): H02P6/08
• 分類(lèi)號(hào): H02P6/08;H02P6/16;H02P21/14
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種直線電機(jī)，尤其涉及一種直線電機(jī)伺服系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，直線電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的生產(chǎn)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正處于發(fā)展階段，并作為一種嶄新的進(jìn)給方式呈現(xiàn)出極大的生命力，西方國(guó)家已有十多個(gè)著名的公司生產(chǎn)不同種類(lèi)和型號(hào)的直線電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器。

美國(guó)An?orad公司是世界上最大的直線電機(jī)供應(yīng)商之一，從二十世紀(jì)八十年代初開(kāi)始研制直線電機(jī)，主導(dǎo)產(chǎn)品是正弦波永磁交流直線電機(jī)和方波無(wú)刷直流直線電機(jī)，其應(yīng)用的典型實(shí)例是二十世紀(jì)九十年代為美國(guó)Ingersoll銑床公司生產(chǎn)的高速臥式加工中心HVM800和X.Y.Z軸均采用永磁式同步直線伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的HVM600.其最大進(jìn)給速度為76.2m/min，加速度為1-1.5g。這轟動(dòng)了當(dāng)時(shí)的國(guó)際機(jī)床界，被譽(yù)為世界機(jī)床技術(shù)的新高峰。

美國(guó)的Kollmorgen公司是世界上著名的工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制廠家，其提供的永磁式直線伺服電機(jī)有兩大類(lèi)型.一種是動(dòng)子無(wú)鐵心結(jié)構(gòu)，具有極高的動(dòng)態(tài)性能，在速度低于60um/min時(shí)仍然能平滑運(yùn)動(dòng)。另一種是動(dòng)子有鐵心結(jié)構(gòu)，可獲得高達(dá)8000N推力。由于永磁體采用了模塊化設(shè)計(jì)，定子的長(zhǎng)度可根據(jù)用戶(hù)需要加長(zhǎng)，可達(dá)到1000mm以上，最高速度可達(dá)300m/min。日本三井精機(jī)公司生產(chǎn)的高速工具磨床，采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)Z軸，其上下移動(dòng)的頻率可達(dá)400次/min(行程為25mm)，最高加速度為2.3g。

日本sodick公司將直線電機(jī)應(yīng)用于電火花機(jī)床，推出了裝配直線電機(jī)的AQ系列電火花成形機(jī)和線切割機(jī)。可在0.0001mm的控制當(dāng)量的條件下將軸的運(yùn)動(dòng)速度提高到36m/min，最大加速度達(dá)到1.2g。這樣的技術(shù)指標(biāo)使新一代的電火花成形機(jī)兼具了高速度和精加工的綜合條件，使電火花成形加工的性能有了較大的提高，在電加工界引起了很大反響。

德國(guó)的Siemens公司的永磁式直線同步電機(jī)最大移動(dòng)速度可達(dá)200m/min，最大推力可達(dá)6600N，最大位移504mm，適用于高速銑床、曲軸車(chē)床、超精密車(chē)床、磨床、激光車(chē)床等。

直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的飛速發(fā)展使一些不生產(chǎn)直線電機(jī)控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)裝置的廠家與電機(jī)制造廠進(jìn)行合作，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)直線電機(jī)配套系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置.例如Fanuc公司和美國(guó)電機(jī)制造廠Anoard?Inc之間的合作關(guān)系。另外一些公司，如美國(guó)Anorad公司和德國(guó)Siemens公司合作，他們專(zhuān)門(mén)定義了CNC和伺服系統(tǒng)與直線電機(jī)的性能和接口特性。德國(guó)Indramat公司在其數(shù)字化智能直線電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器中引進(jìn)了先進(jìn)的國(guó)際化、開(kāi)放式SERCOS(Serial?Real-timeCommunication?System)接口標(biāo)準(zhǔn)，使得位置閉環(huán)控制在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部完成。

總的來(lái)說(shuō)，作為高速加工中心的新一代的直線電機(jī)伺服技術(shù)，在國(guó)外已進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。但國(guó)內(nèi)直線電機(jī)的研究和應(yīng)用尚處于起步階段，大多數(shù)研究停留在仿真和試驗(yàn)階段，試驗(yàn)數(shù)據(jù)非常有限，缺乏對(duì)比資料和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，與國(guó)外相比差距很大。由于關(guān)鍵的直線電機(jī)伺服技術(shù)主要掌握在少數(shù)直線電機(jī)和伺服控制裝置制造商手中，并視為商業(yè)機(jī)密，技術(shù)封鎖和技術(shù)保密使能夠查閱的資料少之又少；要發(fā)展我國(guó)的高速加工中心和高速運(yùn)輸，建立相關(guān)產(chǎn)業(yè)，就必須走自己研究開(kāi)發(fā)的道路。因此，直線電機(jī)及其測(cè)試裝置及測(cè)試方法的自主研發(fā)勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種直線電機(jī)伺服系統(tǒng)，可完成對(duì)直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，且成本較低。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種直線電機(jī)伺服系統(tǒng)，該伺服系統(tǒng)包括直線電機(jī)、用以驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；所述直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括：

數(shù)字信號(hào)處理器DSP，用以控制直線電機(jī)的位置環(huán)路、速度換路、電流環(huán)路；

開(kāi)關(guān)電源，與所述數(shù)字信號(hào)處理器DSP連接；

驅(qū)動(dòng)電路，包括自動(dòng)保護(hù)單元；

電機(jī)反饋位置獲取單元，用以獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置；電機(jī)轉(zhuǎn)子位置由編碼器送至接口電路，由DSP通過(guò)數(shù)據(jù)總線定時(shí)讀取，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波以及分析處理，得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置；

電機(jī)反饋轉(zhuǎn)速計(jì)算單元，用以根據(jù)所述電機(jī)反饋位置獲取單元獲取的電機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置、測(cè)量時(shí)間計(jì)算出電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速；

電機(jī)反饋電流獲取單元，利用電阻采樣，通過(guò)線性光藕隔離送給AD轉(zhuǎn)換器，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后經(jīng)串行口送給DSP；

位置環(huán)運(yùn)算單元，采用負(fù)反饋控制模式，電機(jī)位置脈沖指令和電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際位置作為輸入量參與比例調(diào)節(jié)器運(yùn)算，速度指令作為運(yùn)算結(jié)果輸出，完成位置環(huán)子程序的運(yùn)算；