CN102710202A - 交流同步伺服驱动器及其控制算法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交流同步伺服驱动器及其控制算法，该算法包括：获取输入的三相电流信号、伺服电机的编码器输出的转子位置信号、以及电流环指令信号；对三相电流信号进行极性判定，同时将转子位置信号转换成对应的转速信号；根据经过极性判定处理后获得的电流信号以及转子位置信号进行Park变换，同时根据转速信号和电流环指令信号生成电压补偿信号；将经过Park变换处理后获得的电流信号进行PI调节，生成对应的电压信号；将电压信号与电压补偿信号叠加成第二电压信号；将第二电压信号进行超限处理；将经过超限处理后的第二电压信号合成对应的PWM信号。该算法能提高大惯量同步电机的响应速度和控制系统的稳定性。

Description

交流同步伺服驱动器及其控制算法
技术领域
本发明涉及一种伺服驱动器，尤其涉及一种交流同步伺服驱动器及其控制算法。
背景技术
目前主流的交流同步伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP，Digital SignalProcessing）作为控制核心，可以实现比较复杂的算法，而交流同步伺服驱动器控制软件的性能亦主要体现在核心算法上，一个优秀的核心算法对于提高交流同步伺服驱动器的性能非常重要，通常好的核心算法应该具有可靠性、准确性和高效性。而具体体现驱动器及同步电机上就是响应速度快、电流的平滑度好、电磁噪声低等。
目前，大惯量同步电机的控制算法的响应速度较慢，不能很好的满足要求。因此，如何在不改变硬件电路和不降低电流质量的前提下，提高大惯量同步电机的响应速度是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种交流同步伺服驱动器及其控制算法，以实现提高大惯量同步电机的响应速度。
为达到上述目的，本发明一方面提供了一种交流同步伺服驱动器的控制算法，包括以下步骤：
获取输入的三相电流信号、伺服电机的编码器输出的转子位置信号、以及电流环指令信号；
对所述三相电流信号进行极性判定，同时将所述转子位置信号转换成对应的转速信号；
根据经过极性判定处理后获得的电流信号以及所述转子位置信号进行Park变换，同时根据所述转速信号和所述电流环指令信号生成电压补偿信号；
将经过Park变换处理后获得的电流信号进行PI调节，生成对应的电压信号；
将所述电压信号与所述电压补偿信号叠加成第二电压信号；
将所述第二电压信号进行超限处理；
将经过超限处理后的第二电压信号合成对应的PWM信号。
再一方面，本发明还提供了一种内部主控制芯片执行上述控制算法的交流同步伺服驱动器。
可见，本发明的交流同步伺服驱动器的控制算法是在原来的位置环、速度环、电流环的基础上，增加了电压补偿处理和电压超限处理，电压补偿的量是在参考电流指令、电动机转矩角度以及再不损伤电动机的前提下来提前增加一定比例的输入电压，这样电压不再是从零开始变化，其产生转矩的电流变化率加大，致使起动转矩能够更快速的满足加速要求，从而提高了大惯量同步电机的响应速度，而电压超限的处理则尽可能的抑制了常规系统在加减速时由于积分饱和而引起的系统不可控情况的发生，使系统能长时间的维持在可控情况下，提高了系统的稳定性。
附图说明
图1为本发明的交流同步伺服驱动器的控制算法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的交流同步伺服驱动器的具体实施方式进行详细描述：
参考图1所示，本实施例的交流同步伺服驱动器是在不改变其硬件电路和不降低电流质量的前提下，对其内部主控制芯片上执行的控制算法的一种改进，具体算如下：
步骤S101，获取输入的三相电流信号、伺服电机的编码器输出的转子位置信号、以及电流环指令信号。
步骤S102，对三相电流信号进行极性判定，同时将转子位置信号转换成对应的转速信号；
步骤S103，根据经过极性判定处理后获得的电流信号以及转子位置信号进行Park变换，同时根据转速信号和电流环指令信号生成电压补偿信号。其中，Park变换为交流电机分析计算时常用的基本变换，从物理意义上讲，park变换就是将ia、ib、ic三相交流电流投影，等效到d相、q相两相直流电流上，即将定子上的电流都等效到直轴和交轴上去，其中，直轴就是磁极的方向，交轴就是与磁极正交的方向，在此不再赘述。而根据转速信号和电流环指令信号生成电压补偿信号的具体实现如下：
根据公式Vd=Rdid+LdPid+ωLqiq获得d相电压补偿信号。
根据公式Vq=Rqiq+LqPiq+ωLdid+ωλf获得q相电压补偿信号；
其中，Vd和Vq为别为d相电压和q相电压；id和iq分别为d相指令电流和q相指令电流；Ld和Lq分别为d相电感和q相电感；Rd和Rq分别为d相等效电阻和q相等效电阻；ω为转速信号；λf为伺服电机的电感转子之间最大感应磁链；P为微分表示符号。
上式中，当进行最大转矩控制的时候也是id=0的控制，当输入电流指令信号变化率不大的情况下可以近似认为微分结果为零，则上式也可对应精简成如下形式：
Vd=ωLqiq
Vq=Rqiq+ωλf
步骤S104，将经过Park变换处理后获得的电流信号进行PI调节（proportional integralcontroller，比例调节和积分调节），生成对应的电压信号。其中，PI调节是一种常用于具有大惯性、大滞后特性的被控对象的控制中的控制技术，其比例调节作用在于：按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用以减少偏差；而积分调节作用在于：使系统消除稳态误差，提高无差度。
步骤S105，将电压信号与电压补偿信号叠加成第二电压信号。
步骤S106，判断第二电压信号对应的电压值是否超限出预设保护电压值（例如314V），如果超出则执行步骤S107，否则执行步骤S108。
步骤S107，将第二电压信号对应的电压值指定为预设保护电压值。
步骤S108，将经过超限处理后的第二电压信号合成对应的PWM信号。
可见，对大惯量系统（例如注塑机伺服控制系统、龙门木工雕刻机伺服控制系统等）在起、停阶段对电压与电流的特殊需求，上述算法引进了电压补偿处理算法和电压超限处理算法，在不延长系统加减速时间的情况下来提高系统的响应速度，并且，尽可能的抑制了常规系统在加减速时由于积分饱和而引起的系统不可控情况的发生，使系统能长时间的维持在可控情况下，增加了系统的稳定性且降低了系统的电磁噪声。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种交流同步伺服驱动器的控制算法，其特征在于，包括以下步骤：
获取输入的三相电流信号、伺服电机的编码器输出的转子位置信号、以及电流环指令信号；
对所述三相电流信号进行极性判定，同时将所述转子位置信号转换成对应的转速信号；
根据经过极性判定处理后获得的电流信号以及所述转子位置信号进行Park变换，同时根据所述转速信号和所述电流环指令信号生成电压补偿信号；
将经过Park变换处理后获得的电流信号进行PI调节，生成对应的电压信号；
将所述电压信号与所述电压补偿信号叠加成第二电压信号；
将所述第二电压信号进行超限处理；
将经过超限处理后的第二电压信号合成对应的PWM信号。
2.根据权利要求1所述的交流同步伺服驱动器的控制算法，其特征在于，所述将第二电压信号进行超限处理，具体为：
判断所述第二电压信号所对应的电压值是否超出预设保护电压值；
如果超出，则将所述第二电压信号所对应的电压值指定为所述预设保护电压值。
3.根据权利要求1所述的交流同步伺服驱动器的控制算法，其特征在于，所述根据转速信号和电流环指令信号生成电压补偿信号，具体为：
根据公式Vd=Rdid+LdPid+ωLqiq获得d相电压补偿信号，
根据公式Vq=Rqiq+LqPiq+ωLdid+ωλf获得q相电压补偿信号；
其中，Vd和Vq为别为d相电压和q相电压；id和iq分别为d相指令电流和q相指令电流；Ld和Lq分别为d相电感和q相电感；Rd和Rq分别为d相等效电阻和q相等效电阻；ω为转速信号；λf为所述伺服电机的电感转子之间最大感应磁链；P为微分表示符号。
4.根据权利要求2所述的交流同步伺服驱动器的控制算法，其特征在于，所述预设保护电压值为314V。
5.一种交流同步伺服驱动器，其特征在于，其内部主控制芯片执行如权利要求1所述的控制算法。
6.根据权利要求5所述的交流同步伺服驱动器，其特征在于，所述将第二电压信号进行超限处理，具体为：
判断所述第二电压信号所对应的电压值是否超出预设保护电压值；
如果超出，则将所述第二电压信号所对应的电压值指定为所述预设保护电压值。
7.根据权利要求5所述的交流同步伺服驱动器，其特征在于，所述根据转速信号和电流环指令信号生成电压补偿信号，具体为：
根据公式Vd=Rdid+LdPid+ωLqiq获得d相电压补偿信号，
根据公式Vq=Rqiq+LqPiq+ωLdid+ωλf获得q相电压补偿信号；
其中，Vd和Vq为别为d相电压和q相电压；id和iq分别为d相指令电流和q相指令电流；Ld和Lq分别为d相电感和q相电感；Rd和Rq分别为d相等效电阻和q相等效电阻；ω为转速信号；λf为所述伺服电机的电感转子之间最大感应磁链；P为微分表示符号。
8.根据权利要求6所述的交流同步伺服驱动器，其特征在于，所述预设保护电压值为314V。
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