專利名稱：交流伺服系統(tǒng)中電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的檢測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于伺服系統(tǒng)技術(shù)，涉及交流伺服系統(tǒng)中交流永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場初始位置的確定方法及其裝置。
這里所說的交流伺服系統(tǒng)包括交流伺服驅(qū)動(dòng)器和交流永磁電機(jī)(以下簡稱電機(jī))兩部分。交流伺服驅(qū)動(dòng)器輸出電流對電機(jī)定子供電，電機(jī)作為執(zhí)行部件輸出轉(zhuǎn)矩。為了使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩最大，并且與驅(qū)動(dòng)器輸出電流成正比，必須控制電機(jī)定子電流，使之產(chǎn)生的空間磁場方向在任何時(shí)刻都與電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場方向正交。驅(qū)動(dòng)器對電機(jī)定子供電，定子空間磁場方向是根據(jù)給定電流相位而確定的，但是轉(zhuǎn)子磁場的方向在系統(tǒng)初始上電時(shí)是隨機(jī)的，并且由于停機(jī)、斷電等多種原因，每次都要求迅速準(zhǔn)確地確定電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置即轉(zhuǎn)子磁場的方向。
為了確定電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方向，電轉(zhuǎn)子同軸上必須裝有檢測轉(zhuǎn)子位置的位置檢測器。按其檢測輸出方式，位置檢測器可以分為絕對式和相對式兩種。采用與電機(jī)同軸固定的絕對式位置檢測器，例如旋轉(zhuǎn)變壓器，可以在任何時(shí)刻和狀態(tài)，通過相關(guān)技術(shù)處理，直接獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的絕對位置。但是這種以絕對式位置檢測方法，沒有數(shù)控機(jī)床定位所需要的位置檢測A、B脈沖信號的直接輸出，所以與數(shù)控(CNC)接口困難。目前通常采用帶有A、B、Z三種脈沖直接輸出的增量式光電編碼器(簡稱編碼器)作為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測器。
增量式光電編碼器輸出A、B、Z三種脈沖信號。當(dāng)轉(zhuǎn)軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，A脈沖信號超前B脈沖信號90度；逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)B信號超前A信號90度。同時(shí)編碼器每旋轉(zhuǎn)一周在確認(rèn)的某一固定位置輸出一次Z脈沖信號(即為零位信號)。
增量式光電編碼器與伺服電機(jī)同軸安裝時(shí)，通常需要調(diào)整其在轉(zhuǎn)軸上的安裝位置，使之有Z脈沖輸出時(shí)，即編碼器的零位與電機(jī)轉(zhuǎn)子N極重合，如

圖1-a所示。同時(shí)將A、B脈沖輸入計(jì)數(shù)器作為位置檢測。如果電機(jī)轉(zhuǎn)子11從圖1-a旋轉(zhuǎn)到圖1-b所示的位置，電機(jī)轉(zhuǎn)子11轉(zhuǎn)過的角度θ如下式 在以上述增量式光電編碼器構(gòu)成伺服系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測器時(shí)，必須要知道轉(zhuǎn)子在零位時(shí)的計(jì)數(shù)器值No。但是當(dāng)系統(tǒng)初始上電時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置是隨機(jī)不定的，而伺服驅(qū)動(dòng)器并不知道初始零位時(shí)的計(jì)數(shù)器值No，所以無法計(jì)算出轉(zhuǎn)子位置，并對其進(jìn)行正確控制。
現(xiàn)有技術(shù)找零位的方法是這樣的系統(tǒng)上電后，無論電機(jī)轉(zhuǎn)子處于什么位置，伺服驅(qū)動(dòng)器開環(huán)輸出電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，直到接收有Z脈沖輸入為止(即找到零位)，記下此時(shí)計(jì)數(shù)器值No。只有在找到零位之后，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置θ角才能正確確定，伺服系統(tǒng)也才能進(jìn)入閉環(huán)控制而正常運(yùn)行。
但是交流伺服系統(tǒng)用于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)初始上電過程自動(dòng)找零位的方法至少在下述兩種情況下是不允許的。
(1)在全閉環(huán)數(shù)控機(jī)床中，如果其進(jìn)給機(jī)構(gòu)位于兩端極限位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)器上電后驅(qū)動(dòng)電機(jī)自由旋轉(zhuǎn)找零位，可能會(huì)損壞光柵尺或機(jī)械限位機(jī)構(gòu)。
(2)在數(shù)控機(jī)床工作時(shí)發(fā)生突然斷電(例如電網(wǎng)臨時(shí)停電)，此時(shí)刀具仍在加工工件中，如果驅(qū)動(dòng)器再次上電后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)自由旋轉(zhuǎn)找零位時(shí)可能會(huì)損壞刀具或工件。
顯然，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題有待解決，缺點(diǎn)有待克服。
本發(fā)明的目的是提供一種交流伺服系統(tǒng)中確定交流永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場初始位置的檢測方法，它克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，可以快速、安全、準(zhǔn)確地完成初始零位的檢測定位；本發(fā)明的目的還在于提供一種適用于本發(fā)明方法的裝置。
本發(fā)明方法是控制伺服驅(qū)動(dòng)器輸出不同相位、不同幅值的電流，用以改變電機(jī)定子三相電流所產(chǎn)生的空間磁場的方向及大小，同時(shí)控制電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，將其限制在±360/P度之內(nèi)，這里的P為增量式光電編碼器的總線數(shù)。如此逐步循環(huán)逼近，直到某給定相位的三相電流在電機(jī)中所產(chǎn)生的空間磁場的方向與電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方向重合，此時(shí)給定電流的相位角就是轉(zhuǎn)子的初始角θ0。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明方法的原理和步驟，本發(fā)明裝置的特點(diǎn)及其實(shí)施例。
圖1增量式光電編碼器的工作原理(a)有Z脈沖輸出，編碼器的零位與電機(jī)轉(zhuǎn)子N極重合。
(b)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過θ角。
圖2定子的空間矢量磁勢與永磁轉(zhuǎn)子磁場。
圖3本發(fā)明電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置角檢測方法流程圖。
圖4采用本發(fā)明裝置組成的交流伺服系統(tǒng)簡圖。
圖5本發(fā)明裝置原理6三相逆變器中的一相(單相)原理圖先結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明方法的原理和步驟。本發(fā)明裝置可以隨時(shí)控制輸出不同相位及不同幅值的三相正弦波電流。 式中1-三相電流幅值αn-定子產(chǎn)生合成磁勢與A相軸之間的夾角。
眾所周知，此三相電流輸入永磁交流伺服電機(jī)定子之后，將產(chǎn)生與給定電流幅值成正比的空間矢量磁勢F，其方向如圖2所示。此矢量磁勢與永磁轉(zhuǎn)子磁場相互作用，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子11轉(zhuǎn)動(dòng)。
在初始上電時(shí)轉(zhuǎn)子初始位置角θ0是隨機(jī)不確定的。而本系統(tǒng)可以在極其微小地旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的情況下測量到轉(zhuǎn)子初始位置θ0，這就是本發(fā)明方法的特點(diǎn)。具體地說，本方法是以逐次逼近法改變電機(jī)定子給定電流的相位角αn，并且每次相位角改變后電流幅值I從零值逐漸增大， 由之產(chǎn)生的磁勢F也增加，它與電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的作用力也逐步增強(qiáng)。在增加定子電流的同時(shí)檢測編碼器位置反饋，如果測出編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)不超過一線，則繼續(xù)增加電機(jī)給定電流的幅值I，直至增加到其產(chǎn)生的磁勢牽動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子(順時(shí)針或逆針)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度到達(dá)編碼器一線，此時(shí)立即停止電機(jī)電流給定，并根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向判斷下次(n+1)電流給定相位角αn+1，具體可以歸納為以下四種情況 在上式控制規(guī)律中，隨著循環(huán)次數(shù)n的增加，電流給定角不斷接近電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置角θ0。在新的電流相位角αn+1給定的情況下，再次重復(fù)上述過程，每次電流幅值仍從零給定逐步增加，判斷電機(jī)轉(zhuǎn)向，直至逼近相位角αn+1滿足精度要求，此時(shí)電流給定相位角就是轉(zhuǎn)子磁場的初始方向角θ0。
電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置角測量流程如附圖3所示。其運(yùn)行的主要步驟如下(1)系統(tǒng)主回路上電，使能打開。
(2)程序初始化過程，包括清除初始電流幅值單元I(即I＝0)、置電機(jī)電流初始給定相位角α0為零或360度、置電流循環(huán)遞增幅度ΔI值；(3)電機(jī)給定電流遞增ΔI(即Ij+1＝Ij+ΔI)并輸出三相電流iA＝I*Sin(αn)；iB＝1*Sin(αn-120°)；ic＝1*Sin(αn-240°)；(4)判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子是否轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器一線，如果沒有轉(zhuǎn)動(dòng)一線，則重復(fù)上述步驟(3)的過程；(5)在上述(4)中如果電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器一線，則根據(jù)本次電機(jī)轉(zhuǎn)子方向和前次轉(zhuǎn)動(dòng)方向，決定下次循環(huán)給定電機(jī)電流相位角，具體方法是①如果電機(jī)轉(zhuǎn)子本次順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且前次也是順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則αn+1＝αn-180°/2n-1；②如果電機(jī)轉(zhuǎn)子本次順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)而前次為逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則αn+1＝αn180°/2n-1；③如果電機(jī)轉(zhuǎn)子本次逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，前次也是逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則αn+1＝αn+180°/2n-1；④如果電機(jī)本次逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)而前次為順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則αn+1＝αn+180°/2n；(6)判斷循環(huán)逼近角是否滿足精度要求，如果不滿足要求，則清除電流幅值單元I，在新的電流相位角的情況下重復(fù)上述步驟(3)、(4)、(5)的進(jìn)程；(7)在上述步驟(3)中，如果電機(jī)給定電流幅值遞增到電機(jī)額定電流，則退出循環(huán)過程，此時(shí)電機(jī)電流給定相位就是電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的初始位置；(8)在上述步驟(6)中，如果逼近角滿足精度要求，則退出循環(huán)逼近過程，取此時(shí)電流給定相位角為電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的初始位置角。
在表一中，舉一實(shí)例說明電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置θ0＝247.5度時(shí)程序循環(huán)遞代的過程。
表一
其相位角α給定步驟如下(1)給定電流相位角α0取360°，此時(shí)它將牽引電機(jī)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)一線。
(2)給定電流相位角α1取180°，此時(shí)它將牽引電機(jī)逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)一線，根據(jù)α0、α1相位角給定時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，由控制規(guī)律計(jì)算出下次α2相位角為270°。
(3)給定電流相位角α2取270°，此時(shí)它將牽引電機(jī)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)一線，根據(jù)α1、α2相位角給定時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，由控制規(guī)律計(jì)算出下次相位角給定α3＝225°。
(4)給定電流相位角α3取225°，此時(shí)它又將牽引電機(jī)逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)一線，同理根據(jù)α2、α3相位角給定時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，由控制規(guī)律計(jì)算出下次相位角給定α4＝247.5°。
(5)在α4＝247.5°相位角電流給定下，由于其產(chǎn)生的磁勢方向與轉(zhuǎn)子方向重合，將不能牽引電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)電流給定的相位角就是所需要測量的轉(zhuǎn)子初始位置角θ0。
為應(yīng)用本發(fā)明方法，完成電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的檢測定位，本發(fā)明提供了交流伺服系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的檢測裝置，該裝置組成的整個(gè)系統(tǒng)包括正弦波永磁交流伺服電機(jī)。(簡稱電機(jī))、與所說電機(jī)同軸安轉(zhuǎn)的增量式光電編碼器(簡稱編碼器)，以及特別設(shè)計(jì)的數(shù)字化交流伺服驅(qū)動(dòng)器(簡稱驅(qū)動(dòng)器)。圖4是采用本發(fā)明裝置組成的交流伺服系統(tǒng)簡圖。其中，編碼器25與電機(jī)23同軸安裝，驅(qū)動(dòng)器21為電機(jī)提供三相正弦波電流iA、iB、iC，編碼器25向驅(qū)動(dòng)器21輸出A、B、Z三種脈沖。要說明的是，電機(jī)和與之同軸安裝的編碼器是組成全部系統(tǒng)的部件，并非本發(fā)明電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的檢測裝置本身的組成部分，而在說明本發(fā)明內(nèi)容時(shí)是必然要提及的。
以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
本發(fā)明特別設(shè)計(jì)的數(shù)字化交流伺服驅(qū)動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)，以及用此驅(qū)動(dòng)器組成的交流伺服系統(tǒng)如圖5所示。永磁交流伺服電機(jī)23和增量式光電編碼器25同軸安裝，并且由編碼器25向交流伺服驅(qū)動(dòng)器21輸出A、B、Z三種脈沖。特別設(shè)計(jì)的交流伺服驅(qū)動(dòng)器21由以微處理器50為核心的數(shù)字化控制部分和包括三相逆變器功放單元55的主回路部分27以及控制電源29組成；控制電源29對裝置供電，數(shù)字化控制部分中，由編碼器25輸出的Z脈沖直接送入微處理器50，編碼器25輸出相差90度的A、B脈沖信號經(jīng)四倍頻及監(jiān)向電路59處理后(提高位置檢測的分辨率)，轉(zhuǎn)換成電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向信號Md及脈沖檢測信號4f，再輸入微處理器內(nèi)部計(jì)數(shù)單元501之中，如此由編碼器25，四倍頻及監(jiān)向電路59、微處理器50的計(jì)數(shù)單元501構(gòu)成全系統(tǒng)的位置反饋環(huán)；微處理器50根據(jù)表征電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測信號4f及旋轉(zhuǎn)方向信號Md，并通過初始定位程序單元58的控制，計(jì)算出電機(jī)相電流數(shù)字給定值ida、idb，再將這些電流數(shù)字給定值送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(A)56和D/A(B)57轉(zhuǎn)換成模擬量電流給定值ia、ib而C相電流的給定是通過模擬運(yùn)算放大器567實(shí)現(xiàn)的，ic＝-(ia+ib)，然后送入三相逆變器功放單元55，控制其輸出電流iA、iB、iC的大小，送入電機(jī)23驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。
如圖5所示交流伺服驅(qū)動(dòng)器21中的主回路部分27，由順序串聯(lián)的三相交流220V全波整流電路51、軟啟動(dòng)電路52、濾波電路53，過壓泄放電路54和三相逆變器功放單元55組成。主回路部分27工作時(shí)三相交流220V經(jīng)過全波整流電路51整流得到直流電流，再經(jīng)軟啟動(dòng)電路52限流及濾波電路53處理產(chǎn)生高壓直流(例如310V)，然后再經(jīng)過起過電壓保護(hù)作用的過壓泄放電路54后供給三相逆變器功放單元55，三相逆變器功放單元55根據(jù)給定控制電機(jī)三相電流ia、ib、ic的大小，進(jìn)行功率放大，然后輸出實(shí)際三相電機(jī)電流iA、iB、iC，驅(qū)動(dòng)電機(jī)23。
主回路部分27中三相逆變器功放單元55的一個(gè)實(shí)施例，三相逆變器功放單元中的某一相(例如A相)原理框圖如圖6所示。它包括以兩只功率開關(guān)管(簡稱功率管)管T1 621和T4642為核心組成逆變橋，該逆變橋中，還有相同結(jié)構(gòu)的兩個(gè)延時(shí)導(dǎo)通回路651、652，兩個(gè)光電隔離器641、642和兩個(gè)功率管驅(qū)動(dòng)回路631、632，它們分成二組順序串聯(lián)，即順序以延時(shí)導(dǎo)通回路651、光電隔離器641、功率管驅(qū)動(dòng)回路631和功率管T1621串聯(lián)為一組，以延時(shí)導(dǎo)通回路652、光電隔離器642、功率管驅(qū)動(dòng)回路632和功率管T4 622順序串聯(lián)為另一組，并且延時(shí)導(dǎo)通回路651輸入端連接反相器60的輸出端，反相器60的輸入端與延時(shí)導(dǎo)通回路652的輸入端并聯(lián)于結(jié)點(diǎn)655，功率管T1和T4的輸出端并聯(lián)于結(jié)點(diǎn)625；結(jié)點(diǎn)655與比較運(yùn)算放大器66的輸出端相連，三角波發(fā)生器67和電流調(diào)節(jié)器68分別與比較運(yùn)算放大器66的正輸入端和負(fù)輸入端相連接，電流調(diào)節(jié)器68的輸入端連接電流減法器69的輸出端，輸出正弦波基準(zhǔn)給定電流ia的數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(A)56(圖5)，以及輸出反饋電流iaf的電機(jī)電流傳感器61分別與電流減法器69的輸入端相連接；電機(jī)電流傳感器61的一端與所說的結(jié)點(diǎn)625相連接，該傳感器61的另一端與電機(jī)23(圖5)A相連接。當(dāng)上述電路(三相逆變器功放單元的A相)工作時(shí)，電流調(diào)節(jié)器68采用比例積分調(diào)節(jié)(PI)，來自由機(jī)電流傳感器61的反饋電流iaf和來自數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(A)56的正弦波基準(zhǔn)給定電流ia同時(shí)輸入電流減法器69，當(dāng)反饋電流iaf小于給定電流ia時(shí)，電流減法器69輸出一信號ia1進(jìn)入電流調(diào)節(jié)器68，以后電流調(diào)節(jié)器68輸出信號ia2與三角波發(fā)生器67的輸出信號tri一起送入比較運(yùn)算放大器66，比較運(yùn)算放大器66將輸入信號處理后向逆變橋(結(jié)點(diǎn)655)輸出信號ia3，該信號ia3使功率開關(guān)管T1的導(dǎo)通時(shí)間大于功率開關(guān)管T4的導(dǎo)通時(shí)間，并且迅速增加電機(jī)電流，迫使電機(jī)實(shí)際反饋電流iaf跟蹤正弦波基準(zhǔn)給定電流ia，并且自動(dòng)自適應(yīng)將iaf控制在一定區(qū)域內(nèi)。由此可見，三相逆變器功放單元輸出的三相電流的大小實(shí)際上就是微處理器給定電流的線性放大。
這里要指出的是，電機(jī)正弦波電流的高品質(zhì)動(dòng)態(tài)控制，對于實(shí)現(xiàn)高性能伺服驅(qū)動(dòng)是特別重要的，其性能的好壞將直接影響到系統(tǒng)的低速性能。本發(fā)明方法和裝置解決了這一問題，這種方法可以降低電機(jī)定子繞組電流的高次諧波成份，減少電機(jī)發(fā)熱，同時(shí)可以不考慮電機(jī)定子電壓方程，簡化數(shù)學(xué)模型，減輕數(shù)字化處理過程中微處理器CPU的繁重的數(shù)字運(yùn)算負(fù)擔(dān)，有助于提高數(shù)字化伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)。
按照本發(fā)明方法，在本發(fā)明裝置上，電機(jī)轉(zhuǎn)子只在±360/P度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)初始轉(zhuǎn)子磁場方向的確定，這里P為增量式光電編碼器總線數(shù)，例如對常用2500線編碼器，由機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)角度±0.144度。本發(fā)明方法克服了因初始尋找零位而開環(huán)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子一周的缺點(diǎn)，不會(huì)發(fā)生損壞刀具、工件等危險(xiǎn)。一般初始定位檢測所需時(shí)間為10-20秒。本發(fā)明裝置直接使用只含A、B、Z三種脈沖定位信號的增量式光電編碼器作為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測和速度檢測，同時(shí)也作為數(shù)控機(jī)床的軸向行程位置反饋，降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)可靠性，便于伺服系統(tǒng)與數(shù)控機(jī)術(shù)CNC之間聯(lián)調(diào)。本發(fā)明裝置適用于快速調(diào)速和精密定位系統(tǒng)，例如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械等。
權(quán)利要求
1.交流伺服系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的檢測方法，其特征是控制伺服區(qū)動(dòng)器輸出不同相位、不同幅值的電流，用以改變電機(jī)定子三相電流產(chǎn)生空間磁場的方向及大小，同時(shí)控制電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)限制在±360/P度之內(nèi)(P為增量式光電編碼器的總線數(shù))，如此逐步循環(huán)逼近，直到某給定相位的三相電流在電機(jī)中所產(chǎn)生的空間磁場的方向與電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方向重合，這時(shí)給定電流的相位角就是電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始角θo。
2.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的檢測方法，其特征是其運(yùn)行采用如下步驟(1)系統(tǒng)主回路上電，使能打開；(2)程序初始化過程，包括清除初始電流幅值單元I(即I＝0)，置電機(jī)電流初始給定相位角α0為零或360度，置電流循環(huán)遞增幅度ΔI值；(3)電機(jī)給定電流遞增ΔI(即I＝j(luò)+1＝Ij+ΔI)并輸出三相電流iA＝I*Sinαn，iB＝I*Sin(αn-120°)，ic＝I*Sin(αn-240°)；(4)判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子是否轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器一線，如果沒有轉(zhuǎn)動(dòng)一線，則重復(fù)上述步驟(3)的過程；(5)在上述第(4)步驟中，如果電轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器一線，則根據(jù)本次電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向和前次轉(zhuǎn)動(dòng)方向，決定下次循環(huán)給定電機(jī)電流相位角，具體方法是①如果電機(jī)轉(zhuǎn)子本次順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且前次也是順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則αn+1＝αn-180°/2n-1；②如果電機(jī)轉(zhuǎn)子本次順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)而前次為逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則αn+1＝αn-180°/2n；③如果電機(jī)轉(zhuǎn)子本次逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，前次也是逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則αn+1＝αn+180°/2n-1；④如果電機(jī)轉(zhuǎn)子本次逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而前次為順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則αn+1＝αn+180°/2n；(6)判斷循環(huán)逼近角是否滿足精度要求，如果不滿足要求，則清除電流幅值單元I，在新的電流相位角的情況下重復(fù)上述步驟(3)、(4)、(5)的過程；(7)在上述步驟(3)中，如果電機(jī)給定電流幅值遞增到電機(jī)額定電流，則退出循環(huán)過程，這時(shí)電機(jī)電流給定相位就是電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的初始位置；(8)在上述步驟(6)中，如果逼近角滿足精度要求，則退出循環(huán)逼近過程，取這時(shí)電流給定相位角為電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的初始位置角。
3.一種用于交流伺服系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的檢測裝置，包括微處理器(50)，同軸安裝的永磁交流伺服電機(jī)(23)和增量式光電編碼器(25)，并且由所說的編碼器(25)向交流伺服驅(qū)動(dòng)器(21)輸出A、B、Z三種脈沖，其特征是交流伺服驅(qū)動(dòng)器(21)由以微處理器(50)為核心的數(shù)字化控制部分和包括三相逆變器功放單元(55)的主回路部分(27)以及控制電源(29)組成，數(shù)字化控制部分中，由編碼器(25)輸出的Z脈沖直接送入微處理器(50)，編碼器(25)輸出相差90度的A、B脈沖信號經(jīng)四倍頻及監(jiān)向電路(59)處理后，轉(zhuǎn)換成電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向信號Md及脈沖檢測信號4f，再輸入微處理器內(nèi)部計(jì)數(shù)單元(501)之中，微處理器〔50〕根據(jù)表征電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測信號4f及旋轉(zhuǎn)方向信號Md，并通過初始定位程序單元〔58〕的控制，計(jì)算出電機(jī)三相電流數(shù)字給定值ida、idb，再將這些電流數(shù)字給定值送入A相和B相數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(A)(56)和D/A(B)(57)轉(zhuǎn)換成模擬量電流給定值ia、ib，而C相電流的給定是通過模擬運(yùn)算放大器(567)實(shí)現(xiàn)的，然后ia、ib、ic送入三相逆變器功放單元(55)，控制其輸出電流iA、iB、iC的大小，送入電機(jī)(23)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求3所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的檢測裝置，其特征是其中的主回路部分(27)，由順序串聯(lián)的三相交流220V全波整流電路(51)、軟啟動(dòng)電路(52)、濾波電路(53)、過壓泄放電路(54)和三相逆變器功放單元(55)組成。
5.如權(quán)利要求3或4所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的檢測裝置，其特征是其中的三相逆變器功放單元(55)中某一相如A相的結(jié)構(gòu)是這樣的，它以兩只功率開關(guān)管T1(621)和T4(622)為核心組成逆變橋，該逆變橋中還有相同結(jié)構(gòu)的兩個(gè)延時(shí)導(dǎo)通回路(651)、(652)，兩個(gè)光電隔離器(641)、(642)，和兩個(gè)功率管驅(qū)動(dòng)回路(631)、(632)，它們分成兩組順序串聯(lián)，即順序以延時(shí)導(dǎo)通回路(651)、光電隔離器(641)、功率管驅(qū)動(dòng)回路(631)和功率管T1(621)串聯(lián)為一組；以延時(shí)導(dǎo)通回路(652)、光電隔離器(642)、功率管驅(qū)動(dòng)回路(632)、功率管T4〔622〕順序串聯(lián)為另一組，并且延時(shí)導(dǎo)通回路(651)的輸入端連接反相器(60)的輸出端，反相器(60)的輸入端與延時(shí)導(dǎo)通回路(652)的輸入端并聯(lián)于結(jié)點(diǎn)655，功率管T1和T4的輸出端并聯(lián)于結(jié)點(diǎn)625，結(jié)點(diǎn)655與比較運(yùn)算放大器(66)的輸出端相連，三角波發(fā)生器(67)和電流調(diào)節(jié)器(68)分別與比較運(yùn)算放大器(66)的正輸入端和負(fù)輸入端相連接，電流調(diào)節(jié)器(68)的輸入端連接電流減法器(69)的輸出端，輸出正弦波基準(zhǔn)給定電流ia的數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(A)(56)，以及輸出反饋電流iaf的電機(jī)電流傳感器(61)分別與電流減法器(69)的輸入端相連接；電機(jī)電流傳感器(61)的一端與說的結(jié)點(diǎn)625相連接，該傳感器(61)的另一端與電機(jī)(23)的A相連接。
全文摘要
本發(fā)明提供的交流伺服系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測方法，可以在控制電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器一線的情況下實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的測量，克服了已有技術(shù)需開環(huán)旋轉(zhuǎn)一周尋找初始零位的缺點(diǎn)。本發(fā)明裝置以微處理器作為控制核心、以電流控制型逆變器作為功放單元、以增量式光電編碼器為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測單元，組成對三相永磁伺服電機(jī)磁場正交矢量控制的數(shù)字化伺服系統(tǒng)。本發(fā)明適用于快速調(diào)速和精密定位系統(tǒng)，例如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械等。
文檔編號G01M15/00GK1148168SQ96106988
公開日1997年4月23日 申請日期1996年8月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月8日
發(fā)明者吉傳穩(wěn), 胡志軍, 陳鏡堃, 王時(shí)毅, 張斌, 劉琨 申請人:中國科學(xué)院電工研究所