[發明專利]一種適用于光纖纏繞機的直線電機控制系統

在審

• 申請號: 201710483283.3
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107834941A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 郭仲林;高武保
• 申請（專利權）人: 高武保
• 主分類號: H02P25/06
• 分類號: H02P25/06;H02P25/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種適用于光纖纏繞機的直線電機控制系統，屬于光纖陀螺技術領域。

背景技術

光纖陀螺主要用于測量敏感載體的空間運動姿態，對導航系統的性能發揮起著非常關鍵的作用；光纖環是光纖陀螺的核心部件，光纖環的繞制方式、纏繞時的外部條件以及纏繞時光纖上的張力是影響光纖陀螺性能的主要因素。在光纖纏繞過程中，直線電機會帶動導纖裝置實現精密排纖，直線電機和各軸伺服電機會頻繁的啟動、停止并進行多軸協同控制；如果直線電機的啟動、停止控制不當，就會出現啟動抖動和停止過沖的現象；如果直線電機的響應速度較慢，控制精度較低，不僅影響光纖繞環時的張力控制精度，嚴重時還會出現疊纖或者光纖匝間間隙過大的缺陷。目前工業中普遍使用的直線電機及驅動器，集成度較低，不能滿足光纖纏繞機多軸電機聯動協同控制的高性能要求。

發明內容

本發明的目的是：克服現有技術的不足，提供一種適用于光纖纏繞機的直線電機控制系統，能夠在不改變現有光纖纏繞機工作環境的前提下，提高直線電機的動態響應速度及控制精度，增大直線電機控制系統的幅值裕度和相角裕度，實現光纖繞環時的精密平穩排纖。

本發明一種適用于光纖纏繞機的直線電機控制系統包括直線電機綜合控制模塊、直線電機功率變換模塊、直線電機、直線電機控制系統通信接口模塊、直線電機電源模塊和直線電機信號反饋模塊；所述直線電機綜合控制模塊由直線電機控制FPGA模塊和直線電機控制DSP模塊組成；所述直線電機功率變換模塊由SVPWM信號生成模塊、驅動隔離模塊和IPM模塊組成；所述直線電機電源模塊由直線電機控制電源模塊和直線電機驅動電源模塊組成；所述直線電機信號反饋模塊由直線電機電流采樣模塊、直線電機位置采樣模塊和直線電機速度估計模塊組成；所述直線電機電流采樣模塊由電流傳感器和電流信號處理模塊組成；所述直線電機位置采樣模塊由光柵尺和光柵尺信號處理模塊組成。

本發明與現有技術相比的優點是：

(1)本發明的直線電機控制系統集成了直線電機綜合控制模塊、直線電機功率變換模塊等各個系統模塊，適用于光纖纏繞機的直線電機與各軸伺服電機聯動協同控制，集成度高，排纖精度高；

(2)本發明的直線電機控制FPGA模塊接收來自直線電機控制系統通信接口模塊的指令，發送給直線電機控制DSP模塊進行電機電流環、速度環和位置環三環控制解算，將解算指令發送給直線電機功率變換模塊；接收直線電機電流采樣模塊、直線電機位置采樣模塊和直線電機速度估計模塊的反饋信號，并將信號發送給直線電機控制DSP模塊用于三環閉環反饋控制；直線電機控制FPGA模塊實現了多任務的實時綜合調度，執行效率高；

(3)本發明的直線電機控制FPGA模塊根據激光干涉儀采樣的數據及光柵尺反饋的位置數據，得出直線電機位置誤差補償表，在直線電機運動過程中，能夠實時對光柵尺反饋的位置數據做插補運算，保證位置檢測精度，進而提高了直線電機的排纖精度；

(4)本發明的直線電機控制DSP模塊根據直線電機控制FPGA模塊發送的指令信號及反饋信號實時進行位置環、速度環和電流環的閉環控制，在三環控制解算過程中加入了陷波濾波器和雙極濾波器，位置環和速度環的帶寬高，直線電機的位置、速度控制精度高，動態響應快，穩定性好；

(5)本發明的直線電機功率變換模塊根據直線電機控制FPGA模塊發送的解算指令，實時生成SVPWM信號，通過驅動隔離模塊和IPM模塊的轉換，驅動直線電機執行；該模塊隔離了控制電與伺服驅動電，增強了直線電機控制系統的抗電磁干擾能力；該模塊動作迅速，響應速度快，驅動能力強；

(6)本發明的直線電機信號反饋模塊實時反饋系統的電流、速度、位置參數，實現了閉環控制，提高了控制精度和系統的穩定性；光柵尺信號處理模塊實現了光柵尺采樣信號的四倍頻，提高了光柵尺的采樣精度，進而提高了直線電機控制系統的控制精度；

(7)本發明的直線電機控制系統設計合理、易于實現，適用于各種類型的光纖纏繞機和繞線設備的直線電機以及與多軸伺服電機聯動協同控制，具有較高的應用價值。

附圖說明

圖1是本發明直線電機控制系統原理框圖。

圖中：

1.直線電機綜合控制模塊 2.直線電機功率變換模塊3.直線電機

4.直線電機控制系統通信接口模塊 5.直線電機電源模塊6.直線電機信號反饋模塊

11.直線電機控制FPGA模塊12.直線電機控制DSP模塊

21.SVPWM信號生成模塊 22.驅動隔離模塊 23.IPM模塊