[發(fā)明專利]一種多繞組音圈電機(jī)的振動控制系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810288534.7
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108462416A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張馳;曹志琨;李榮;陳進(jìn)華;楊桂林
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所;中國科學(xué)院大學(xué)
• 主分類號: H02P7/025
• 分類號: H02P7/025;H02K41/035
• 代理公司: 寧波元為知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 單英

1.一種多繞組音圈電機(jī)的振動控制系統(tǒng)，所述的音圈電機(jī)包括定子、動子、設(shè)于定子和動子之間的支撐機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述的動子設(shè)有用于推動支撐機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)的動力繞組、以及用于實(shí)現(xiàn)振動抑制的控制繞組；并包括以下控制模塊：

編碼器，用于采集音圈電機(jī)的瞬時(shí)位置信號，并將其發(fā)送至上位機(jī)；

上位機(jī)，用于接收編碼器發(fā)送的位置信號，并進(jìn)行差分運(yùn)算得到速度信號，在此基礎(chǔ)上完成音圈電機(jī)的位置伺服控制以及振動控制；

驅(qū)動器A，用于輸出基于位置伺服控制的電流驅(qū)動所述的動力繞組；

驅(qū)動器B，用于輸出基于振動控制的電流驅(qū)動所述的控制繞組。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的編碼器安裝于音圈電機(jī)上，并將信號輸出端口與上位機(jī)相連；上位機(jī)的位置伺服控制信號輸出端口和振動控制信號輸出端口分別與驅(qū)動器A和驅(qū)動器B相連；所述驅(qū)動器A的電流輸出端連接至音圈電機(jī)的動力繞組，驅(qū)動器B的電流輸出端連接至音圈電機(jī)的控制繞組。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動控制系統(tǒng)，其特征在于：包括以下控制步驟：

步驟1、編碼器以T為采樣周期采集音圈電機(jī)位置信號P，并發(fā)送至上位機(jī)；

步驟2、上位機(jī)接收電機(jī)位置信號P(k)，利用差分運(yùn)算得到音圈電機(jī)速度信號V；

步驟3、上位機(jī)處理音圈電機(jī)速度信號V，利用基于粘性阻尼的振動抑制算法，得到振動控制信號S，并發(fā)送至驅(qū)動器B；

步驟4、驅(qū)動器B接收振動控制信號S，輸出對應(yīng)電流驅(qū)動音圈電機(jī)控制繞組輸出阻尼力。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的振動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述基于粘性阻尼的振動抑制算法通過下述步驟計(jì)算：

步驟(1、差分運(yùn)算得到音圈電機(jī)瞬時(shí)速度信號：

步驟(2、通過以下公式計(jì)算保證系統(tǒng)穩(wěn)定的粘性阻尼系數(shù)C：

第一公式，給出被控對象的傳遞函數(shù)模型：

其中R為動力繞組線圈電阻，K_f為音圈電機(jī)推力常數(shù)，m為音圈電機(jī)動子質(zhì)量，K為柔性支撐機(jī)構(gòu)剛度；

第二公式，加入粘性阻尼后系統(tǒng)實(shí)際傳遞函數(shù)：

其中τ為延遲時(shí)間；

第三公式，利用Pade近似得到加入粘性阻尼后系統(tǒng)等效傳遞函數(shù)模型：

第四公式，得到系統(tǒng)特征多項(xiàng)式：

Rmτs³+(K_f²τ+2Rm-RCτ)s²+(2K_f²+2CR+KRτ)s+2RK＝0；

第五公式，由赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)離線計(jì)算得到穩(wěn)定粘性阻尼系數(shù)C的可取范圍：

步驟(3、選取可取范圍內(nèi)粘性阻尼系數(shù)C_n輸入上位機(jī)，上位機(jī)輸出正比于音圈電機(jī)速度的振動控制信號CV,進(jìn)而由控制繞組輸出正比于音圈電機(jī)速度的阻尼力F。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的振動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的音圈電機(jī)是由洛倫茲力驅(qū)動的音圈電機(jī)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的振動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述定子的磁鋼充磁方式包括平行充磁、徑向充磁和Halbach結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的振動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的支撐機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)軌支撐結(jié)構(gòu)和柔性支撐機(jī)構(gòu)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的振動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的上位機(jī)是可實(shí)現(xiàn)信號輸入輸出以及處理的工控機(jī)系統(tǒng)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的振動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的上位機(jī)采用PLC系統(tǒng)或Labview系統(tǒng)。