[發(fā)明專利]一種機(jī)器人用異步電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010103989.0
• 申請(qǐng)日: 2010-02-02
• 公開（公告）號(hào): CN101777868A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫昌國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P27/05
• 分類號(hào): H02P27/05
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長(zhǎng)明;王寶筠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種機(jī)器人用異步電動(dòng)機(jī)伺服 驅(qū)動(dòng)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

首先簡(jiǎn)單介紹一下機(jī)器人，機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它的任務(wù) 是協(xié)助或取代人類的工作，例如制造業(yè)、建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作。

機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)即機(jī)器人本體，其臂部一般采用空間連桿機(jī)構(gòu)，其中的 運(yùn)動(dòng)部分稱為關(guān)節(jié)，主動(dòng)關(guān)節(jié)個(gè)數(shù)通常稱為機(jī)器人的自由度數(shù)。

機(jī)器人的關(guān)節(jié)由電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)器控制下實(shí)現(xiàn)位置、速度、 加減速度和力矩的隨動(dòng)。電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成的系統(tǒng)被稱作伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī) 器人對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)機(jī)的位置精度、速度穩(wěn)定性、加減速度的快速性、 力矩的準(zhǔn)確性以及運(yùn)動(dòng)控制的其它性能和精度等方面的要求都高于其它機(jī)械， 因此機(jī)器人用電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一類高精度、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、高穩(wěn)定性的伺 服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。目前機(jī)器人用的電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)都是采用永磁同步 電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)。永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子不能高速運(yùn)轉(zhuǎn)，否則定子繞組會(huì) 產(chǎn)生很強(qiáng)的反電動(dòng)勢(shì)，要克服這種反電動(dòng)勢(shì)的作用，驅(qū)動(dòng)器就得通過增大定子 繞組的電流來使永磁同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生更大的定子磁動(dòng)勢(shì)，但是定子磁動(dòng)勢(shì)過強(qiáng) 會(huì)使轉(zhuǎn)子消磁。另一方面，永磁同步電動(dòng)機(jī)會(huì)受工作溫度的限制，溫度達(dá)到永 磁鐵的居里點(diǎn)后，永磁鐵會(huì)消磁。但是，機(jī)器人工作的環(huán)境有時(shí)相當(dāng)惡劣，有 些應(yīng)用需要在高溫環(huán)境下工作。而且永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制造成本 及材料成本都高于異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)。直流電動(dòng)機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于直 流電動(dòng)機(jī)存在換向器，所以維護(hù)性差。在工業(yè)應(yīng)用上已經(jīng)被交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 所取代。

因此，機(jī)器人利用永磁同步電動(dòng)機(jī)來控制存在轉(zhuǎn)速低，可靠性差的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供機(jī)器人用異步電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)方法及系 統(tǒng)，能夠解決機(jī)器人利用永磁同步電動(dòng)機(jī)來控制存在轉(zhuǎn)速低，可靠性差的缺點(diǎn)。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種機(jī)器人用異步電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)方法，包括以下步 驟：

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)異步電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，將監(jiān)測(cè)的異步電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行狀 態(tài)信息反饋給控制器；

控制器將所述當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息與給定的指令值相比較得到對(duì)應(yīng)的控制 指令值；

由所述控制指令值對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。

優(yōu)選地，當(dāng)所述當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息為異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際角度時(shí)，對(duì)異步電 動(dòng)機(jī)進(jìn)行位置控制，具體為：

控制器將異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際角度與位置給定指令值做差，將差值進(jìn)行PI 調(diào)節(jié)以后得到轉(zhuǎn)速控制指令值；

轉(zhuǎn)速控制指令值與異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際角頻率做差，由兩者的差值得到電磁 轉(zhuǎn)矩指令值；

將電磁轉(zhuǎn)矩指令值和轉(zhuǎn)矩電流之差經(jīng)過電壓方程得到轉(zhuǎn)矩電壓指令值；

由勵(lì)磁電流控制值計(jì)算得到勵(lì)磁電壓指令值；所述勵(lì)磁電流控制值為勵(lì)磁 電流指令值和勵(lì)磁電流之差；

由轉(zhuǎn)矩電壓控制值和勵(lì)磁電壓控制值經(jīng)過M-T坐標(biāo)到三相交流坐標(biāo)變換 得到異步電動(dòng)機(jī)的三相電壓控制值；M-T坐標(biāo)系與異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 同步旋轉(zhuǎn)，并規(guī)定M軸沿轉(zhuǎn)子磁鏈方向，T軸沿M軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)90度；所述 勵(lì)磁電壓控制值為勵(lì)磁電壓指令值和勵(lì)磁解耦電壓之差；所述轉(zhuǎn)矩電壓控制值 為轉(zhuǎn)矩電壓指令值和轉(zhuǎn)矩解耦電壓之差；

SVPWM逆變器將輸入的三相電壓控制值轉(zhuǎn)變?yōu)槿嗾译娏鞑⑤斎氲? 異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組中，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的伺服控制。

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)速控制指令值ω_rm^*與異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際角頻率ω_r做差，由 兩者的差值得到電磁轉(zhuǎn)矩指令值，具體為：