CN102497151A - 一种智能重构柔性电机驱动控制器 - Google Patents
一种智能重构柔性电机驱动控制器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102497151A CN102497151A CN2011104539667A CN201110453966A CN102497151A CN 102497151 A CN102497151 A CN 102497151A CN 2011104539667 A CN2011104539667 A CN 2011104539667A CN 201110453966 A CN201110453966 A CN 201110453966A CN 102497151 A CN102497151 A CN 102497151A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- control
- digital signal
- signal processing
- processing module
- module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
本发明公开包括数字信号处理模块、CPLD模块、智能功率模块、传感器模块和上位机；其特征在于，所述数字信号处理模块的输出电流经CPLD模块输出PWM波；所述CPLD模块的输出经基极驱动与智能功率模块连接；所述传感器模块采集目标电机的反馈电流、负载转矩和转动惯量输入到所述数字信号处理模块；所述数字处理模块通过通信线路与所述上位机相连；所述上位机接收数字处理模块的反馈电流、负载转矩和转动惯量，采用柔性控制方法，发送相应的控制策略到所述数字信号处理模块。该驱动器实现了根据负载的变化调整相应的控制策略，提高了控制精度和系统的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于驱动控制器领域，尤其涉及一种智能重构柔性电机驱动控制器，该控制器能够依据不同的转动惯量选择对应的控制策略控制伺服电机。
背景技术
随着高性能微处理器的在电动机调速系统中的广泛应用，全数字控制方式已经广泛应用于各类控制系统中，它不仅使系统具有功能多样化、高精度、高可靠性、智能化、网络化等特征，还为新型控制理论和方法的应用提供了平台。尤其值得一提的是，最新型的伺服控制系统已经开始使用一种把控制电路功能和大功率电子开关器件集成在一起的新型模块，称为智能控制模块 ( Intelligent PowerModules，简称IPM )。这种器件将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块之中。它的应用显著地简化了伺服单元的设计，并实现了伺服系统的小型化和微型化。目前用于伺服电机控制的驱动控制器的控制主要存在几个方面的问题。第一：在传统的位置伺服控制系统中，一般都采用三环结构——电流环、位置环和速度环的PID调节器。电流环实现电机的电流或转矩控制；速度环实现电机的速度控制；位置环实现系统的位置控制。其中电流环、速度环的性能决定位置环的性能。在传统的设计中，伺服控制系统的控制器一个环只采用一种控制策略，这导致它的应用范围较窄，只能驱动某种固定模式下的负载，而在驱动的负载对象发生变化时就无法满足控制要求。第二：在驱动负载时，若发生故障或驱动负载发生较大变化的情况下，采集到的信号也会随之发生较大的变化，由于驱动器中采取的是某种单一的驱动控制方式，又无法与上位机软件交换命令数据，改变控制环的控制策略，所以即使检测到了信号量发生较大变化，也不能够立即调整与之相适应的控制策略，从而会严重影响控制精度和系统的稳定性。
能够保证在不同的负载条件下系统的鲁棒性，实现系统的异常预报和在线修复功能。可用于工业机器人、数控机床、大规模集成电路制造、雷达和各种军用武器随动系统。
发明内容
本发明目的是提供一种智能重构柔性电机驱动控制器,该驱动器实现了根据负载的变化调整相应的控制策略，提高了控制精度和系统的稳定性。
本发明的技术方案是：一种智能重构柔性电机驱动控制器，包括数字信号处理模块、CPLD模块、智能功率模块、传感器模块和上位机；所述数字信号处理模块的输出电流经CPLD模块输出PWM 波；所述CPLD模块的输出经基极驱动与智能功率模块连接；所述传感器模块采集目标电机的反馈电流、负载转矩和转动惯量输入到所述数字信号处理模块；所述数字处理模块通过通信线路与所述上位机相连；所述上位机接收数字处理模块的反馈电流、负载转矩和转动惯量，采用柔性控制方法，发送相应的控制策略到所述数字信号处理模块。
进一步，所述柔性控制方法是，对反馈电流、负载转矩和转动惯量进行计算判断应用场合并确定控制策略，其具体如下：
动态性能要求低的交流调速场合，采用闭环转差频率控制的控制策略，控制转差角频率直接控制转矩；
动态性能要求高的交流调速场合，采用矢量控制和直接转矩控制相结合的控制策略，通过对转矩、磁链分别控制的方式，抑制磁链变化对转速子系统的影响；
干扰严重、参数变化快的交流调速场合时，采用自适应PI控制或模糊PI控制进行电流内环、速度中环、位置外环的控制。
进一步，所述数字信号处理模块DAC模块分别与智能功率模块的位置控制器、速度控制器相连。
进一步，所述数字处理模块与上位机的通信通过TCP/IP网络或RS485串口。
进一步，所述上位机设有策略库，所述策略库用于存放不同的控制策略。
本发明的有益效果是：实现了伺服电机驱动器的柔性重构，这种控制策略克服了传统的伺服控制系统的控制器一个环只采用一种控制策略而带来的因驱动负载发生剧烈变化，而使控制系统的鲁棒性无法满足要求的缺点。
附图说明
图1为永磁同步电机的空间矢量图；
图2为柔性伺服驱动控制器硬件结构图；
图3为柔性驱动控制器系统结构图；
图4 柔性伺服驱动控制器模块图。
具体实施方式
下面进一步对智能重构柔性驱动控制器进行描述。
如图2或图4所示，控制器包括微处理芯片DSP28XX、最新可编程逻辑器件CPLD、智能功率模块IPM、伺服电机、TCP/IP网络模块、RS485串口通讯模块；利用数字信号处理芯片DSP28XX与可编程逻辑器件CPLD相结合搭建驱动器运算控制、信号采集和数据通信等相关电路模块的组合架构，完成驱动器系统的信号故障检测，处理指令输入以及反馈信号、位置环、速度环的PID计算。DSP 的输出电流Iu , Iv 经过D/ A 变换后作为模拟电流环的电流给定信号,第三相电流Iw =- ( Iu + Iv) 。这三相电流给定信号与经过电流传感器采样的电机实际电流在CPLD模块搭建的模拟电流环中进行比较，经过PI 调节后，其输出与三角波进行调制,形成PWM 波输入到系统的主回路IPM 中,作为IGBT 的门极驱动信号, 最终由IGBT 晶体管驱动电机运转。
其中数字信号处理器件DSP28XX的控制端口通过DAC模块分别与智能功率模块IPM的位置控制器、速度控制器相连，测量电机的反馈电流和位置信息相结合，经过坐标变换与反变换，输出PWM波到功率器件，控制电机运行。假设永磁伺服系统中磁路不饱和，不计磁滞和涡流损耗影响，空间磁场呈正弦分布的条件下，建立电机控制算法和仿真模型如图1所示：
Uq = Rs iq +Lq piq + e0，
Ud = 
，
Te =
Np〔Ψf iq + (Ld - Lq ) id iq 〕,
Te = J p〔ωr/Np〕+ RΩ〔ωr/Np〕+ TL。
其中脚标为d、q的量分别是电压、电流分量; Rs、Ld、Lq、Np、J、e0、RΩ、TL 、Ψf 、p分别为定子绕组电阻、直轴电感、交轴电感、极对数、转动惯量、定子电动势、摩擦系数,负载转矩、转子永磁体产生的磁链、微分算子。id 、iq为电流矢量的直、交轴分量，Uq、Ud为电机直、交轴的电压，Te为电磁转矩，
为转子机械角速度。
上位机采用模块化设计，根据控制对象的转动惯量、负载转矩、反馈电流等目标参数的变化，采用多制式智能重构柔性控制策略改变发送的命令，进行实时计算，动态优化调整参数，通过TCP/IP或485串口通讯协议下载到由DSP和CPLD搭建的模块中，经过处理后将数字量传送到D/A模块，输出模拟信号至伺服电机驱动器中，伺服电机根据给定的信号量动态调整。具体是通过对交流电机定子电流的两个分量——转矩电流分量Iq和磁场电流分量Id进行解耦，
,
,式中:
为转差角速度,
为转子时间常数,
为转子磁通,
为励磁电感，分别对两个电流分量进行独立控制，动态调整DSP输出电流，s代表矢量。
新型的柔性驱动控制器系统结构如图3所示形成反馈控制环，利用转动惯量测试仪、负载转矩检测仪等仪器检测电机转动过程中的转动惯量、负载转矩、反馈电流等参数，反映出伺服电机的负载情况，把转动惯量等信号传输到数字信号处理芯片DSP中，经A/D转换后，将模拟信号数字化作为数字输入反馈信号，再经D/A转换变成模拟量输出信号，控制交流伺服电机。检测伺服电机运动时的参数，经过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号后，与DSP中给定的数学控制模型相比较，若与控制模型比较无太大变化，说明驱动负载无太大变化，则无需改变控制策略；若比较后发现与数据模型相比变化较大，则驱动器立即给上位机发送信息，提示驱动负载发生变化，需上位机发出命令做出调整。
在反馈控制环中，通过传感器将电机运动时的参数记录下来，并发送给A/D转换器，转换之后的数字量发送至DSP，通过对数据的计算分析，确定当前伺服电机的运动状态。当系统用在动态性能要求不高的交流调速场合时，使用闭环转差频率控制的控制策略，控制转差角频率直接控制转矩，其控制规律简单；当系统用在动态性能要求较高的交流调速场合时，使用矢量控制（VC）和直接转矩控制(DTC)相结合的控制策略。通过对转矩、磁链分别控制的方式控制，抑制磁链变化对转速子系统的影响；当系统用在干扰严重，参数变化快的交流调速场合时，采用自适应PI控制或模糊PI控制进行电流内环、速度中环、位置外环的控制，这种控制策略可以很好的改善电机的调速性能，稳定性好且易于调整。通过发送命令给上位机软件，上位机软件收到应答后即刻更新控制策略并发送给DSP。通过这样一个闭环控制过程，实现了对控制对象的目标参数和状态参数的变化实时跟踪，实时计算，动态优化和调整。
上位机向DSP发送命令是通过TCP/IP模块，或者RS485通讯完成的。在驱动器中集成了两种通讯模块，用户可根据实际需求选择这两种通讯方式中的一种。上位机软件中保存了各种控制策略，这些控制策略是通过建立电机运转时的数学模型经过软件仿真得到的。上位机软件在收到驱动器发送的信号后，根据预先保存的控制模型，及时发送符合当前伺服电机运转特性的控制策略至驱动器中，实现在线修复的目的。
本发明的TCP/IP模块可以设置驱动器的IP网络地址，可以方便地与上位计算机通过网络进行远程命令传送。
Claims (5)
1.一种智能重构柔性电机驱动控制器，包括数字信号处理模块、CPLD模块、智能功率模块、传感器模块和上位机；其特征在于，所述数字信号处理模块的输出电流经CPLD模块输出PWM 波；所述CPLD模块的输出经基极驱动与智能功率模块连接；所述传感器模块采集目标电机的反馈电流、负载转矩和转动惯量输入到所述数字信号处理模块；所述数字处理模块通过通信线路与所述上位机相连；所述上位机接收数字处理模块的反馈电流、负载转矩和转动惯量，采用柔性控制方法，发送相应的控制策略到所述数字信号处理模块。
2.根据权利要求1所述的一种智能重构柔性电机驱动控制器，其特征在于，所述柔性控制方法是，对反馈电流、负载转矩和转动惯量进行计算判断应用场合并确定控制策略，其具体如下：
动态性能要求低的交流调速场合，采用闭环转差频率控制的控制策略，控制转差角频率直接控制转矩；
动态性能要求高的交流调速场合，采用矢量控制和直接转矩控制相结合的控制策略，通过对转矩、磁链分别控制的方式，抑制磁链变化对转速子系统的影响；
干扰严重、参数变化快的交流调速场合时，采用自适应PI控制或模糊PI控制进行电流内环、速度中环、位置外环的控制。
3.根据权利要求1所述的一种智能重构柔性电机驱动控制器，其特征在于，所述数字信号处理模块DAC模块分别与智能功率模块的位置控制器、速度控制器相连。
4.根据权利要求1所述的一种智能重构柔性电机驱动控制器，其特征在于，所述数字处理模块与上位机的通信通过TCP/IP网络或RS485串口。
5.根据权利要求1所述的一种智能重构柔性电机驱动控制器，其特征在于，所述上位机设有策略库，所述策略库用于存放不同的控制策略。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110453966.7A CN102497151B (zh) | 2011-12-30 | 2011-12-30 | 一种智能重构柔性电机驱动控制器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110453966.7A CN102497151B (zh) | 2011-12-30 | 2011-12-30 | 一种智能重构柔性电机驱动控制器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102497151A true CN102497151A (zh) | 2012-06-13 |
| CN102497151B CN102497151B (zh) | 2014-03-05 |
Family
ID=46188949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110453966.7A Active CN102497151B (zh) | 2011-12-30 | 2011-12-30 | 一种智能重构柔性电机驱动控制器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102497151B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103235619A (zh) * | 2013-04-18 | 2013-08-07 | 浙江工业大学 | 一种电动夹爪自动化控制系统及其专有装置 |
| CN103395420A (zh) * | 2013-07-26 | 2013-11-20 | 宁波南车时代传感技术有限公司 | 基于双核控制的屏蔽门控制系统 |
| CN103715957A (zh) * | 2013-12-19 | 2014-04-09 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种三相永磁同步电机驱动电路 |
| CN104526696A (zh) * | 2014-12-03 | 2015-04-22 | 桂林电子科技大学 | 一种新型四轴机器人控制系统 |
| CN112994554A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-06-18 | 苏州艾楠达智能科技有限公司 | 一种矢量电机控制及5g通讯核心算法研究 |
| CN113070735A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-07-06 | 大连法斯特尔机电有限责任公司 | 一种高动态响应和高精度的交流伺服电机手轮控制方法 |
| CN114895649A (zh) * | 2022-04-23 | 2022-08-12 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种电动汽车热管理系统测试装置、方法、系统及电子设备 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2892802B2 (ja) * | 1990-09-21 | 1999-05-17 | 株式会社日立製作所 | 電動機の速度制御装置 |
| CN201174041Y (zh) * | 2007-07-24 | 2008-12-31 | 嘉善东菱电子科技有限公司 | 全数字通用交流伺服定位控制驱动器 |
| CN201489356U (zh) * | 2009-07-30 | 2010-05-26 | 嘉善东菱电子科技有限公司 | 交流异步电机伺服驱动器 |
| CN201608678U (zh) * | 2009-11-05 | 2010-10-13 | 北京华电天仁电力控制技术有限公司 | 一种风电变桨系统全数字交流异步伺服电机驱动器 |
-
2011
- 2011-12-30 CN CN201110453966.7A patent/CN102497151B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2892802B2 (ja) * | 1990-09-21 | 1999-05-17 | 株式会社日立製作所 | 電動機の速度制御装置 |
| CN201174041Y (zh) * | 2007-07-24 | 2008-12-31 | 嘉善东菱电子科技有限公司 | 全数字通用交流伺服定位控制驱动器 |
| CN201489356U (zh) * | 2009-07-30 | 2010-05-26 | 嘉善东菱电子科技有限公司 | 交流异步电机伺服驱动器 |
| CN201608678U (zh) * | 2009-11-05 | 2010-10-13 | 北京华电天仁电力控制技术有限公司 | 一种风电变桨系统全数字交流异步伺服电机驱动器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张斌等: "具有多种电机控制模式的伺服驱动器的研究", 《电工电能新技术》, no. 1, 8 January 1999 (1999-01-08) * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103235619A (zh) * | 2013-04-18 | 2013-08-07 | 浙江工业大学 | 一种电动夹爪自动化控制系统及其专有装置 |
| CN103395420A (zh) * | 2013-07-26 | 2013-11-20 | 宁波南车时代传感技术有限公司 | 基于双核控制的屏蔽门控制系统 |
| CN103395420B (zh) * | 2013-07-26 | 2016-08-17 | 宁波中车时代传感技术有限公司 | 基于双核控制的屏蔽门控制系统 |
| CN103715957A (zh) * | 2013-12-19 | 2014-04-09 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种三相永磁同步电机驱动电路 |
| CN104526696A (zh) * | 2014-12-03 | 2015-04-22 | 桂林电子科技大学 | 一种新型四轴机器人控制系统 |
| CN104526696B (zh) * | 2014-12-03 | 2019-06-18 | 桂林电子科技大学 | 一种新型四轴机器人控制系统 |
| CN112994554A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-06-18 | 苏州艾楠达智能科技有限公司 | 一种矢量电机控制及5g通讯核心算法研究 |
| CN113070735A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-07-06 | 大连法斯特尔机电有限责任公司 | 一种高动态响应和高精度的交流伺服电机手轮控制方法 |
| CN113070735B (zh) * | 2021-04-15 | 2022-10-28 | 大连法斯特尔机电有限责任公司 | 一种高动态响应和高精度的交流伺服电机手轮控制方法 |
| CN114895649A (zh) * | 2022-04-23 | 2022-08-12 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种电动汽车热管理系统测试装置、方法、系统及电子设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102497151B (zh) | 2014-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102497151B (zh) | 一种智能重构柔性电机驱动控制器 | |
| CN102497141B (zh) | 大功率交流伺服驱动器大扭矩启动方法 | |
| CN101582677B (zh) | 平滑切换复合转速辨识的电机无速度传感器控制方法 | |
| CN101103518B (zh) | 控制转子绕组式同步电动机的方法 | |
| US7170255B2 (en) | Feedforward controller for synchronous reluctance machines | |
| CN102739150B (zh) | 无传感器永磁同步电机的参数辨识控制装置及控制方法 | |
| CN202957785U (zh) | 一种舵机数字控制器 | |
| CN102497153B (zh) | 永磁同步电机功率角恒定自适应控制方法 | |
| CN110752791A (zh) | 一种一拖三作动装置的位置实时同步控制系统及方法 | |
| CN102624315A (zh) | 一种高精度永磁伺服电机三闭环控制系统及方法 | |
| CN103916062B (zh) | 一种基于dsp的矢量控制电动执行器 | |
| CN102386832B (zh) | 基于等价补偿自抗扰的发电机转子电流控制方法及系统 | |
| CN104393814B (zh) | 一种永磁同步电机控制方法 | |
| CN104393808B (zh) | 一种高压断路器直线电机操动机构的自抗扰控制器 | |
| CN106788049A (zh) | 基于级联滑模观测器的无速度传感器转矩控制系统及方法 | |
| CN102437816B (zh) | 基于神经网络的自适应电机运动控制装置 | |
| CN103647493B (zh) | 一种永磁同步电机的h无穷转速估计方法 | |
| CN102983807B (zh) | 异步电机转子时间常数在线识别系统及方法 | |
| CN107733304A (zh) | 一种电机驱动系统的控制方法 | |
| CN104852658A (zh) | 两相静止坐标系下永磁同步电机解耦矢量控制装置及方法 | |
| CN104639002A (zh) | 同步电机的控制方法、装置及系统 | |
| CN210954264U (zh) | 磁阻式永磁同步电机无位置传感器标定测试台 | |
| CN109150043A (zh) | 交流伺服系统电流环中的电压前馈补偿方法 | |
| CN109639200A (zh) | 一种基于电机负载转矩检测的转动惯量在线辨识方法 | |
| CN104935231A (zh) | 基于预测方式的感应电机电流控制方法及其电流控制器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20201225 Address after: Building 7, no.8-2, Dutou street, Daitou Town, Liyang City, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Liyang Chang Technology Transfer Center Co.,Ltd. Address before: Gehu Lake Road Wujin District 213164 Jiangsu city of Changzhou province No. 1 Patentee before: CHANGZHOU University |
|
| TR01 | Transfer of patent right |