[發明專利]一種電磁驅動控制系統

有效

• 申請號: 201310460561.5
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103488103A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 李立毅;郭慶波;潘東華;洪俊杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05B19/04
• 分類號: G05B19/04
• 代理公司: 北京英特普羅知識產權代理有限公司 11015
• 代理人: 齊永紅;常春

技術領域

本發明涉及電磁驅動控制領域，尤其涉及一種可削弱電磁驅動領域中電流波動的控制系統。

背景技術

目前在電磁驅動領域中，主要的技術手段是應用法拉第電磁感應通過磁場為媒介將電流轉換為力或者力矩的物理效應。所以，驅動控制電流的輸出特性嚴重影響著電磁驅動系統的工作特性。故超高精度控制領域中，如音圈電機超高精度伺服驅動系統、磁懸浮軸承懸浮驅動系統、磁懸浮導軌懸浮驅動系統等等，電磁驅動系統輸出電流的快速性，穩定性和高頻操控特性成為了科學界的研究熱點。

目前在超高精度電磁驅動控制領域中電磁驅動控制器的設計方案主要可以分為線性功率放大器方案和PWM功率變換器方案。當超高精度電磁驅動系統采用線性功率放大器方案進行設計時，具有電流響應快，消除了系統由于開關器件開關斬波所產生的電流紋波，提高了輸出電流的穩定性。但是當采用線性功率放大器方案時，首先存在著電流響應存在超調，同時存在電流躍變時的非線性區。其次控制器的設計受到的限制較大，高性能控制的難度較高。并且當超高精度伺電磁驅動系統采用線性功率放大器方案進行設計時，系統器件發熱量大，能量損耗較多。超精電磁驅動系統的一重要發展方向是高過載、高加速度，無疑對元器件的功率等級要求更高，線性功率放大器方案已經愈來愈難以滿足超高精度電磁驅動控制系統功率的需求。

而當超高精度電磁驅動控制系統采用PWM功率變換器方案進行設計時，由于采用數字處理器對電磁驅動系統的控制信號進行控制，使得電磁驅動控制系統的控制器設計更加的靈活，可以采用更多更復雜的控制方式對系統的驅動性能進行控制，同時系統具有響應速度快，效率高的優點。但是采用PWM功率變換器方案也存在著一定的不足。首先由于開關器件開關斬波不可避免的在系統中會產生電流紋波（由開關器件開關斬波在系統中所產生的電流波動在下文中統稱電流波動），從而電流波動所引起的推力（或力矩）波動會對超高精度電磁驅動控制系統的控制性能產生較大的影響。其次采用PWM功率變換器方案時為防止開關電路上下橋臂的直通而設置的死區時間也會在驅動系統中引起不穩定現象。

目前，為了減小PWM功率變換器方案在電磁驅動控制系統中產生的電流波動，往往采用高開關頻率的驅動方式。例如，設計者為了減小電流波動將開關器件的開關頻率提升到200kHz，此時，相比于傳統電磁驅動控制系統所采用的10kHz的開關頻率，系統的電流波動減小為原來的5%，但是與此同時，由于開關器件的開關頻率提升到了原來的20倍，開關器件的開關損耗也將提升到了原來的20倍，同時由于開關器件的開關頻率上升，對開關器件的要求也將提升，驅動系統的成本加大。并且，提升開關頻率也將提高控制系統的控制難度和驅動系統驅動電路的設計難度，大大降低了系統的穩定性。

作為背景技術，現在對一種現有的PWM功率變換器方案下的電磁驅動控制系統進行說明，以進行對比分析。參照圖1，該電磁驅動控制系統包括H形全橋驅動電路，串聯連接的第一場效應管和第四場效應管構成了該H形全橋驅動電路的左橋臂，串聯連接的第二場場效應管和第三場效應管構成了該H形全橋驅動電路的右橋臂；所述第一場效應管的漏極和源極之間連接一第一寄生二極管，所述第二場效應管的漏極和源極之間連接一第二寄生二極管，所述第三場效應管的漏極和源極之間連接一第三寄生二極管，所述第四場效應管的漏極和源極之間連接一第四寄生二極管。重要的是，該H形全橋驅動電路僅包括一個直流電壓源，該直流電壓源的兩端分別與H形全橋驅動電路的左橋臂和右橋臂并聯連接。

發明內容

為了克服現有的超高精度電磁驅動控制領域采用PWM功率變換器方案時所產生的電流波動對系統伺服性能所產生的影響，本發明提出了一種電磁驅動控制系統，該方案不僅能夠極大的削弱了驅動控制器的電流波動，并且能夠使得系統在較低的開關頻率下實現對電磁驅動控制系統的輸出電流超高精度控制，提高了系統的穩定性，減小了系統的損耗，并且大大降低了驅動控制器的成本。

為實現上述目的，所述電磁驅動控制系統，包括H形全橋驅動電路，串聯連接的第一場效應管和第四場效應管構成了該H形全橋驅動電路的左橋臂，串聯連接的第二場場效應管和第三場效應管構成了該H形全橋驅動電路的右橋臂；所述第一場效應管的漏極和源極之間連接一第一寄生二極管，所述第二場效應管的漏極和源極之間連接一第二寄生二極管，所述第三場效應管的漏極和源極之間連接一第三寄生二極管，所述第四場效應管的漏極和源極之間連接一第四寄生二極管；其特點是，