[發明專利]一種多繞組音圈電機的振動控制系統

在審

• 申請號: 201810288534.7
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108462416A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 張馳;曹志琨;李榮;陳進華;楊桂林
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所;中國科學院大學
• 主分類號: H02P7/025
• 分類號: H02P7/025;H02K41/035
• 代理公司: 寧波元為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 單英

本發明公開了一種多繞組音圈電機的振動控制系統，該音圈電機包括定子、動子、設于定子和動子之間的支撐機構；動子設有用于推動支撐機構實現定位任務的動力繞組、以及用于實現振動抑制的控制繞組；并包括編碼器、上位機、驅動器A和驅動器B等控制模塊。本發明將音圈電機繞組分為動力繞組和控制繞組，動力繞組負責驅動電機實現位置伺服控制，控制繞組用于輸出粘性阻尼力，從而實現抑制振動、提高系統控制精度。

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，具體地說是一種多繞組音圈電機的振動控制系統。

背景技術

音圈電機能夠實現大行程高精度的定位任務，但是，由于其在高速啟停以及高頻率往復運動中受到導軌摩擦力或是柔性機構殘余振動的影響，很容易引起其位置、速度或加速度的反復變化，即產生大幅度長時間的振動，從而減慢響應速度，降低控制精度。

國內外有大量關于振動抑制的研究：PID控制器是經典控制理論中使用最廣泛的控制器。Si-Lu Chen在系統速度環采用PI控制器，有效抑制速度環擾動，從而達到控制二自由度直線—旋轉電機的目的。但是僅僅采用這種控制方式難以達到超高精度的定位要求；并且，PID控制器也無法同時抑制系統多個振動模態。此外，以正位置反饋為代表的控制方式能有效的提高系統阻尼，抑制振動，從而得到了大量的研究：M.Ratnam等人采用頻率響應的方式，分析加入正位置反饋(PPF)后系統特性，通過設計參數避免傳遞函數分母實虛部零點過于靠近，從而達到減小諧振峰值，抑制振動的目的。但是，該方法會提高系統靜態增益，并且控制器參數整定過程較復雜。因此需要在正反饋外環再增加反饋控制環節，并且需要通過理論分析確定合理的參數整定方案。

通常來說，增大系統阻尼，是抑制振動、提高控制精度最有效的方法：Lew等人通過增加柔性結構阻尼，從而改變閉環系統響應，較為有效地抑制了柔性結構的振動。此外，流體阻尼器可以為柔性系統提供合適的附加的阻尼。但是，這一類阻尼器的抑制振動的性能會隨著粘性液體的泄露而下降。而電渦流阻尼器是另一種抑制系統振動的有效方法該方法能有效減少振動能量：楊俊在其碩士論文中設計了一種混合勵磁的直線電磁阻尼器控制系統，并且提出了以電流環為內環、力環為外環的雙閉環結構控制策略。Henry A.Sodano和Jae-Sung Bae分析了電渦流阻尼器的特性，通過不與系統結構接觸的方式消耗系統能量，從而達到增大系統阻尼的作用。但是對于所述多繞組音圈電機，體積較小，沒有多余的空間用于安裝電渦流阻尼器。

發明內容

本發明針對多繞組音圈電機的振動問題，提供一種多繞組音圈電機的振動控制系統，將音圈電機繞組分為動力繞組和控制繞組，動力繞組負責驅動電機實現位置伺服控制，控制繞組用于輸出粘性阻尼力，從而實現抑制振動、提高系統控制精度。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種多繞組音圈電機的振動控制系統，該音圈電機包括定子、動子、設于定子和動子之間的支撐機構；動子設有用于推動支撐機構實現定位任務的動力繞組、以及用于實現振動抑制的控制繞組；并包括以下控制模塊：

編碼器，用于采集音圈電機的瞬時位置信號，并將其發送至上位機；

上位機，用于接收編碼器發送的位置信號，并進行差分運算得到速度信號，在此基礎上完成音圈電機的位置伺服控制以及振動控制；

驅動器A，用于輸出基于位置伺服控制的電流驅動動力繞組；

驅動器B，用于輸出基于振動控制的電流驅動控制繞組。

上述振動控制系統中的編碼器安裝于音圈電機上，并將信號輸出端口與上位機相連；上位機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動器A和驅動器B相連；所述驅動器A的電流輸出端連接至音圈電機的動力繞組，驅動器B的電流輸出端連接至音圈電機的控制繞組。

上述的振動控制系統包括以下控制步驟：

步驟1、編碼器以T為采樣周期采集音圈電機位置信號P，并發送至上位機；