[發明專利]一種力矩電機寬范圍調速裝置

有效

• 申請號: 201210432251.8
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN102882469A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 曾文火;朱鵬程
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: H02P29/00
• 分類號: H02P29/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域：

本發明涉及一種力矩電機調速裝置，特別涉及一種力矩電機無需減速機構情況下其速度在零至數千轉的寬范圍內可以平穩連續調節的裝置。

背景技術：

速度調節裝置中，力矩電機調速在許多機械設備和武器裝備中是經常遇到的，如機械臂的回轉，加工設備的旋轉運動，自動化生產線中工件的傳送，雷達天線的搜索，火炮的瞄準等。力矩電機調速裝置中，調節的變量是機械負載的運動速度。為了獲得機械負載較低的運行速度，力矩電機與機械負載之間必須配置減速裝置。這樣，不僅增加了調速裝置的成本，而且增大了調速裝置的體積和重量。即使在配置減速裝置的情況下，力矩電機調速裝置在低速運行時性能仍不穩定，特別是在極低速度運行時，由于負載變化或外界干擾，經常會發生不能連續平穩運行的情況，即所謂的爬行現象。

為了獲得優良的速度調節性能，力矩電機調速裝置必須采用調速控制裝置。也就是說，機械裝備中運動部件的速度必須經檢測傳感器反饋到調速裝置輸入端，與調速指令信號進行比較產生誤差信號，然后再由調速控制器對誤差信號進行控制運算后發出控制信號，對運動部件的速度實施控制。然而，即使采用目前廣泛使用的反饋控制方法或其它所謂的現代控制方法，力矩電機調速性能雖能獲得一定的改進，但在低速時仍不能平穩運行，特別在負載變動或外界干擾情況下，爬行現象較為明顯。究其原因，傳統的反饋控制方法或其它控制方法主要是在對誤差控制運算方面采取各種改進措施，如增加對誤差的控制運算。事實上，前向控制回路中對誤差每增加一種運算，對調速指令信號和反饋信號同時增加了控制運算。對調速指令信號的每一種運算就相當于在調速裝置的動態微分方程的右邊增加一個強迫項，使控制裝置出現多個強迫項。這樣，調速裝置輸出就不能精確跟蹤調速指令信號。

隨著各種機械設備和武器裝備的運行精度、響應速度以及自動化程度的提高，對力矩電機調速性能提出了越來越高的要求。當今廣泛使用的一般反饋控制方法已不能滿足要求，特別是無法滿足低速或極低速運行條件下的性能要求。因此，采用新的調速裝置和調速控制方法是進一步提高力矩電機調速性能所要解決的問題。不僅保證力矩電機在高速情況下正常運轉，而且在低速和極低速情況下也能平穩運轉，實現力矩電機在無減速機構情況下其速度在零至數千轉寬范圍內可以平穩連續調節的目的。

發明內容：

本發明的目的是針對上述現有技術中存在的問題，為實現力矩電機在無減速機構情況下其速度在零至數千轉寬范圍內可以平穩連續調節，并進一步提高力矩電機速度可調范圍內的靜態和動態性能，提供一種力矩電機寬范圍調速裝置。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種力矩電機寬范圍調速裝置，由調速指令發生器、調速控制器、功率驅動模塊、調速執行機構和速度傳感器組成；其中所述的調速控制器由比較器、積分器、積分系數乘法器、減法器、PDF（Pseudo-Derivative-Feedback)系數乘法器、PDF跟隨器、反饋跟隨器和積分飽和限制器組成，所述的調速執行機構由力矩電機、聯軸節和機械負載組成；所述的比較器、積分器、積分系數乘法器、減法器、功率驅動模塊、力矩電機、聯軸節、機械負載、速度傳感器和反饋跟隨器按序順時針方向環形連接，所述的比較器還與調速指令發生器連接，所述的減法器還依順序與PDF系數乘法器、PDF跟隨器、速度傳感器相連接，所述的積分飽和限制器分別與積分系數乘法器的輸出和積分器相連接。

由于該調速控制器與眾不同的結構形式，在前向回路中對誤差信號實施積分運算和乘法運算，在反饋回路中不僅實現了速度反饋，而且在不需要加速度傳感器的情況下實現了加速度的反饋。也就是說，不僅實現了所要調節的速度變量狀態信息的反饋，而且還實現了速度變量變化率狀態信息的反饋。

本發明的有益效果是：

1、本發明在力矩電機和所帶的機械負載之間不需要任何減速箱，可實現零轉速至每分鐘幾千轉的寬范圍內連續調節。低速和極低速運行十分平穩，無爬行現象。

2、本發明的調速裝置不僅具有調節變量本身狀態信息的反饋，而且具有調節變量變化率狀態信息的反饋，實現了調節變量兩種狀態信息的反饋。而一般調速裝置僅能實現調節變量的一種狀態信息反饋，即只能實現速度反饋。

3、該力矩電機調速裝置中采用速度傳感器實現速度狀態信息的反饋，但是，并沒有采用任何加速度傳感器，卻實現了加速度狀態信息的反饋。也就是說，只采用了一種檢測傳感器就實現了兩種狀態信息的反饋，控制裝置結構具有獨到之處，在工程實施中不僅方便易行，而且節省成本。