[發明專利]基于方向場的電機驅動XY平臺輪廓加工控制裝置及方法

有效

• 申請號: 201210222472.2
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102707666A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 王麗梅;李兵;孫益標;趙希梅
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 李運萍

1.一種基于方向場的電機驅動XY平臺輪廓加工控制裝置，該裝置包括交流調壓單元、電壓調整電路、整流濾波單元、IPM逆變單元、數字信號處理器DSP、霍爾傳感器、光柵尺、電流采樣電路、位置采樣電路和IPM隔離驅動保護電路，其特征在于：所述的數字信號處理器DSP內還設置有NURBS插補器、速度場控制器、IP控制器和積分器；

所述的數字信號處理器DSP內部NURBS插補器作為產生XY平臺加工輪廓軌跡的指令發生器，用于產生XY平臺系統的電機動子位置指令信號；速度場控制器用于將NURBS插補器輸出的位置指令信號轉換為速度指令信號；IP控制器用于消除XY平臺系統的X、Y軸速度誤差；積分器用于將直線電機模塊輸出的實際速度信號轉換為XY平臺系統實際的電機動子位置信號。

2.采用權利要求1所述的基于方向場的電機驅動XY平臺輪廓加工控制裝置進行輪廓加工的方法，其特征在于：包括步驟如下：

步驟1：由數字信號處理器DSP內的NURBS插補器計算XY軸相應的電機動子位置坐標，作為XY平臺控制系統的輸入；

步驟2：利用方向場控制將NURBS輸出的位置指令轉化為各軸的速度指令，并將這個速度指令信號送入XY平臺的控制系統；

步驟3：確定直線電機速度；

步驟4：通過光柵尺采樣電機動子速度，在數字信號處理器DSP內比較后，執行IP控制器；

步驟5：數字信號處理器DSP產生六路PWM脈沖信號，驅動XY平臺的X、Y兩軸直線電機按照速度指令的方向及大小進行輪廓運動；

整流濾波電路把三相交流電轉換成直流電給IPM逆變單元供電，IPM逆變單元根據DSP產生的六路PWM脈沖信號對IPM逆變單元內的六個IGBT開關元件的導通與關斷進行控制，驅動直線電機運行。

3.根據權利要求2所述的基于方向場的電機驅動XY平臺輪廓加工控制裝置進行輪廓加工的方法，其特征在于：步驟2中所述的利用方向場控制將NURBS輸出的位置指令轉化為各軸的速度指令，包括以下步驟：

步驟2-1、在二維平面內選擇一個矩形區域，選擇一個網格間距h及網格個數n，劃定這個矩形區域的網格；

步驟2-2、求解每個網格點上的方向場向量，并利用方向場向量計算期望軌跡通過該網格點的速度V大小，其值為

V=(dx/dt)2+(dy/dt)2]]>

其中：V為該網格點的速度；

x為Y軸上的量；

y為Y軸上的量；

t為時間；

步驟2-3、當軌跡不在網格點上時，其速度可以利用特殊插值方法通過相鄰網格點的速度進行確定：

①當軌跡通過兩個相鄰網格點中間時，可以利用相鄰兩個網格點的速度v₁與v₂，按照下式計算

V→=(v1+v22)i→+(v1+v22)j→]]>

其中，為該點速度向量；

v₁為相鄰第一網格點的速度；

v₂為相鄰第二網格點的速度；

②當軌跡通過四個網格點中間時，可由四個網格點上的X、Y軸的速度和按照下式計算

V→=V→x+V→y]]>

其中：為在X軸上的分量；

為在Y軸上的分量；

V→x=(1-a)(v1x+v2x2)+a(v3x+v4x2)]]>

其中：v_1x與v_1y分別為在X軸與Y軸的分量，

v_2x與v_2y分別為在X軸與Y軸的分量；

v_3x與v_3y分別為在X軸與Y軸的分量，

v_4x與v_4y分別為在X軸與Y軸的分量；

α與β為常數；

V→y=(1-β)(v1y+v3y2)+a(v2y+v4y2)]]>

a=(x-x1)/(x2-x1)β=(y-y1)/(y2-y1)]]>

其中：x₁、x₂與y₁、y₂分別為網格點的橫縱坐標。