[發明專利]基于控制線圈電流微分反饋的電-機械轉換器的控制器

無效

• 申請號: 201210062588.4
• 申請日: 2012-03-09
• 公開（公告）號: CN102611376A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 方平
• 申請（專利權）人: 方平
• 主分類號: H02P13/00
• 分類號: H02P13/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 翁霽明

技術領域

本發明涉及一種基于控制線圈電流微分反饋的電-機械轉換器的控制器。

背景技術

電-機械轉換器作為執行元件已廣泛應用于電液伺服、機電裝備等工業系統中，提高其動態響應性能，對于提高系統整體性能具有重要意義。除了研究新結構和新材料外，目前已有多種控制策略及控制器被應用以改善電-機械轉換器的動態響應性能。

在螺線管電磁鐵的驅動中，常采用增大激勵初始階段驅動電流的方法，以及多線圈并聯代替單線圈等改進的增大激勵初始階段驅動電流的方法，以提高其響應速度。該方法對提高開關型電-機械轉換器的響應速度有一定效果，但對電-機械轉換器穩態特性產生不良影響，不適用于非開關型電-機械轉換器如永磁力馬達、永磁力矩馬達等的驅動。

基于位置反饋的閉環控制是提高電-機械轉換器動態響應性能的另一種方法。采用LVDT或RVDT等位移傳感器實時檢測電-機械轉換器的位移量并反饋以實現閉環控制，比如：Jinchuan?Zheng等人提出的非線性控制法，Lawrence?Mianzo等人提出的預測控制法，Yang?Li等人提出的動態非線性控制策略等，均基于位置反饋。但這些控制策略在某些應用環境下因難以進行位移量的實時檢測而無法使用，比如液壓閥用電-機械轉換器，其周圍布滿高壓油，再如高頻永磁力馬達和永磁力矩馬達的位移量很小，運動件很小且位于大體積金屬導體中間，位移傳感器的選用和安裝存在困難。

Muhammed?Fazlur?Rahman等人提出了實時位移估值算法，以解決實時位移檢測困難情況下的閉環控制，并應用于多相電機和螺線管電磁鐵的控制系統。但在工業現場中，利用這種估值算法計算所得的位移與實際的實時位移之間的誤差無法精確確定，位移估算精度存在不確定性，因此無法用于輸出位移僅為幾十微米的高頻電-機械轉換器的閉環控制。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種實現方便、結構簡單、成本低，但效果明顯的提高電-機械轉換器動態響應性能的基于控制線圈電流微分反饋的電-機械轉換器的控制器。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的，一種基于控制線圈電流微分反饋的電-機械轉換器的控制器，它主要包括：采樣電阻、微分電路、比例調節電路、信號合成電路和功率放大器；所述的采樣電阻與微分電路的輸入端口、電-機械轉換器的控制線圈分別相連，微分電路的輸出端口與比例調節電路的輸入端口相連，輸入控制信號、比例調節電路的輸出端口分別與信號合成電路的輸入端口相連，信號合成電路的輸出端口與功率放大器的輸入端口相連，功率放大器的輸出端口與電-機械轉換器的控制線圈相連；采樣電阻實時取樣電-機械轉換器的控制線圈的電流信號，輸出至微分電路，經微分電路變換后得到電-機械轉換器的控制線圈的電流微分信號，經比例調節電路變換后，由信號合成電路將其與輸入控制信號相疊加，疊加信號經功率放大器放大后輸出至電-機械轉換器的控制線圈，驅動電-機械轉換器動作，形成閉環控制。

所述的微分電路包括：運算放大器、電阻、電容；調整電阻值和電容值，從而調整其時間常數和電-機械轉換器的動態響應性能。

所述的比例調節電路包括：運算放大器、電阻；調整其電阻值，從而調整其增益和電-機械轉換器的動態響應性能。

本發明具有以下優點及效果：

1、采用控制線圈電流微分信號進行反饋，實現電-機械轉換器的閉環控制，顯著提高電-機械轉換器的動態響應性能；

2、無需昂貴的位移傳感器，僅需適當調整微分電路的時間常數和比例調節電路的增益即可實現對電-機械轉換器動態性能的優化控制；

3、結構簡單，成本低，容易實現，適用于開關型與非開關型等各類動鐵式電-機械轉換器的控制。

附圖說明

圖1為本發明的工作原理框圖；

圖2為本發明應用實施例高頻永磁力矩馬達的結構示意圖；

圖3為本發明的控制性能曲線；

圖4為本發明微分電路的時間常數對控制性能的影響；

圖5為本發明比例調節電路的增益對控制性能的影響；

圖中的標號有：信號合成電路1，比例調節電路2，功率放大器3，微分電路4，電-機械轉換器5(圖中僅示出其控制線圈)，采樣電阻6，底座7，左導磁體8，銜鐵9，扭軸10，控制線圈11，右導磁體12，永久磁鋼13，磁通旁路調整機構14，輸入控制信號15，電流微分信號16，開環控制的階躍響應曲線17，本發明的階躍響應曲線18，不同時間常數時的階躍響應特性曲線19，不同增益時的階躍響應特性曲線20。