[發明專利]一種激光打標用數字控制振鏡電機系統的驅動控制方法

有效

• 申請號: 202110096027.5
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112910365B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 徐金全;張博一;方豪;郭宏
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P23/12;H02P25/16
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 鄭久興

一種激光打標用數字控制振鏡電機系統的驅動控制方法，驅動控制方法在振鏡電機系統的驅動控制器中實現，驅動控制器包括數字控制電路、功率驅動電路、信號采樣轉換電路、供電電路、通信電路；控制器利用霍爾電流傳感器采集的電流信號、光電式位置傳感器采集的位置信號以及上位機傳輸的位置指令，在FPGA中解算出電機的PWM控制信號，實現對振鏡電機的高性能伺服控制；控制策略采用內環為電流環、外環為位置環的雙閉環控制架構，在位置環控制上應用了自抗擾技術，提高了系統魯棒性和動態性能；減小了振鏡電機系統控制器的體積重量，提高了系統抗干擾能力和動態性能，可滿足激光打標的應用需求。

技術領域

本發明屬于高精度電機控制領域，具體涉及一種激光打標用數字控制振鏡電機系統的驅動控制方法。

背景技術

激光技術從20世紀60年代發展至今，其與多個學科相結合，形成了許多技術應用領域，如激光加工、激光醫療、激光制導等，這些技術在制造業、醫療、軍事、通訊等領域得到十分廣泛的應用。激光打標技術是激光加工的應用領域之一，其是利用激光照射承印材料局部使其發生汽化或使表面涂層發生化學反應，從而實現打標，其相比于傳統的的印刷、電火花加工、道具刻劃等打標方法，具有精度高、速度快、承印材料廣、清潔環保等優點。隨著激光打標技術的應用需求不斷增加，對激光打標系統的小型化和智能化的要求也在與日俱增。

振鏡電機系統是激光打標系統的核心組成之一，振鏡電機系統作為激光光路的作動器，實現對激光光路的高精度控制，具有高動態響應、高精度等需求特點。振鏡電機系統的性能直接影響著激光打標系統的快速性和精確性，進一步提高振鏡電機系統的性能和智能程度，已成為激光打標行業未來重要的發展方向。

隨著激光產業的發展，對高性能的振鏡電機系統的需求與日俱增，但是與國外振鏡電機相比，國內的振鏡電機系統的控制實現大部分還是依賴模擬電路。相比于數字控制方法，模擬電路控制難以應用先進的智能算法或者實現時成本極高，因此在模擬電路中大多采用簡單的控制方法，控制效果較國外先進水平有較大差距；而且對于模擬電路的控制系統，其可移植性較差，需要手動進行每一套設備的參數調試。

研究數字式的振鏡電機控制系統驅動控制器和相應的數字控制方法，能彌補傳統模擬式控制系統的不足，能進一步提高振鏡電機系統的精度和響應速度，對于推進激光技術的發展和應用具有很高的實際價值。

發明內容

針對上述現狀和問題，本發明旨在提供一種激光打標用數字控制振鏡電機系統的驅動控制方法；通過對驅動控制策略的創新，并通過基于自抗擾技術的控制方法，提高了系統的抗擾動能力，同時提升了系統的動態性能；實現了控制器高效率和低熱耗的效果，同時縮減了控制器體積。

本發明提出了一種激光打標用數字控制振鏡電機系統的驅動控制方法，該驅動控制方法在所述振鏡電機系統的驅動控制器中實現，所述驅動控制器以FPGA處理器為核心，采用H橋逆變器的拓撲結構實現對電機的驅動；所述驅動控制器包括數字控制電路、功率驅動電路、信號采樣轉換電路、供電電路和通信電路；

所述數字控制電路以FPGA處理器為核心，由FPGA芯片及其外圍電路組成，完成系統各信號的接收與控制算法的實現，并輸出指令信號控制驅動電路，控制電機動作，達到快響應與高精度的要求；

所述功率驅動電路包括驅動芯片電路和由MOSFET器件組成的H橋逆變器電路，驅動芯片電路接收數字控制電路輸出的PWM控制信號，經隔離和功率放大后輸出給H橋逆變器電路，控制H橋逆變器電路中MOSFET器件的開通和關斷；H橋逆變器電路連接電機的繞組，實現對電機的供電控制；

所述信號采樣轉換電路包括電流檢測電路和位置信號測量電路，它們分別由相應的電流或位置傳感器和AD轉換芯片電路組成，負責采集電機電流和轉子位置信息，并進行模擬到數字的轉換，以便數字控制電路完成計算；

所述供電電路包括直流主電源、各個隔離電源芯片及其外圍電路，為各數字芯片和H橋驅動電路供電；