[發明專利]一種伺服系統可變慣量控制方法與裝置

有效

• 申請號: 201610273416.X
• 申請日: 2016-04-27
• 公開（公告）號: CN105811844B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 梅雪松;宋哲;姜歌東;許睦旬;林英行;齊太安;孫書川
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;廣東順德西安交通大學研究院
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02K7/10;H02K49/06;H02K11/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

【技術領域】

本發明屬于機電控制技術領域，尤其涉及一種伺服系統可變慣量控制方法與裝置。

【背景技術】

永磁同步電機具有體積小、效率高、電磁轉矩大、控制方便等諸多優點，已廣泛應用于高性能、高精度的控制場合，如數控機床、工業機器人、航空航天等領域。高性能的伺服系統對永磁同步電機的速度動態性能有很高的要求。在電機實際運行過程中，負載轉動慣量的變化會改變控制對象的數學模型，進而影響伺服系統的動態性能，降低整個系統的伺服特性。為提高伺服系統的控制性能，需要對轉動慣量進行辨識，以獲得轉動慣量的準確數值并用于伺服控制。

在對永磁交流伺服系統進行慣量辨識時，需要改變系統的轉動慣量以驗證辨識算法的正確性和有效性。常規的方法是將電機軸和磁粉離合器連接，通過控制離合器的脫離和接合，根據聯軸器和磁粉離合器的尺寸和質量，計算出離合前后伺服系統總的轉動慣量。這種方法雖然能夠改變伺服系統的轉動慣量，但僅能實現慣量的突加和突卸，與實際應用中轉動慣量動態時變的情況不太相符。

【發明內容】

為解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種伺服系統可變慣量控制方法與裝置，該裝置不僅可以實現伺服系統的慣量突變，而且可以實現伺服系統的慣量漸變。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種伺服系統可變慣量裝置，包括底座、永磁同步電機和磁粉離合器；所述的底座上設置有立柱，立柱頂部設置有試驗臺；所述的永磁同步電機與底座連接；所述的試驗臺底部設置有拖臺，頂部安裝有曲柄滑塊機構；所述的磁粉離合器安裝在拖臺上，磁粉離合器的輸入軸與永磁同步電機的輸出軸連接，磁粉離合器的輸出軸與曲柄滑塊機構連接，通過調節磁粉離合器的激磁電流以控制曲柄滑塊機構和永磁同步電機的脫離和接合；磁粉離合器的輸出軸上設置有用于測量曲柄滑塊機構的位置角度的絕對式光電編碼器。

作為本發明方進一步改進，所述的永磁同步電機通過升降臺與底座上的立柱連接，所述的升降臺上設置有用于調節位置高度的緊固螺母。

作為本發明方進一步改進，所述的升降臺上設置有電機固定裝置，永磁同步電機依靠電機固定裝置和預緊螺栓固定。

作為本發明方進一步改進，所述的磁粉離合器與永磁同步電機之間設置有轉矩傳感器。

作為本發明方進一步改進，所述的曲柄滑塊機構包括曲柄、連桿和滑塊，所述的曲柄一端與磁粉離合器的輸出軸固定，連桿與曲柄及滑塊鉸接，滑塊下端活動設置在試驗臺的滑槽內。

作為本發明方進一步改進，所述的曲柄和連桿的長度相等。

作為本發明方進一步改進，所述的永磁同步電機、磁粉離合器和絕對式光電編碼器同軸安裝。

一種伺服系統可變慣量裝置的控制方法，包括：慣量突變、電慣量模擬和慣量漸變三種工作模式；

慣量突變工作模式是將永磁同步電機和磁粉離合器連接，磁粉離合器的輸出軸不連接負載，永磁同步電機帶動磁粉離合器旋轉，使磁粉離合器處于同步工作狀態；通過控制磁粉離合器的激磁電流來控制離合器和永磁同步電機的脫離和接合，實現系統轉動慣量的突變；

電慣量模擬工作模式是將磁粉離合器的從動轉子固定形成制動器，使離合器處于滑差工作狀態，通過控制激磁電流的大小來控制傳遞轉矩，實現機械慣量的電慣量模擬，負載模擬器的輸出轉矩滿足：

式中T′_L為負載模擬器的輸出轉矩；T_L為負載轉矩；J_L為負載的轉動慣量；ω為電機的角速度；

慣量漸變工作模式是永磁同步電機通過磁粉離合器驅動曲柄滑塊機構，使磁粉離合器處于同步工作狀態，利用絕對式光電編碼器測量曲柄滑塊機構的位置角度，實現系統轉動慣量的周期性漸變。

所述的轉動慣量的周期性漸變，具體實現步驟包括：

以等效前后動能相等為依據，推導出曲柄滑塊機構的等效轉動慣量的數學模型J_E(θ)；

通過絕對式光電編碼器測量獲取曲柄滑塊機構的位置角度θ；

利用等效慣量J_E(θ)變化與位置θ之間存在的關系，由位置值θ實時計算出曲柄滑塊機構的等效慣量J_E(θ)；

伺服系統總的轉動慣量J為等效轉動慣量J_E(θ)和電機及其它部分的慣量之和J_M的疊加。

等效轉動慣量J_E(θ)滿足：