CN104932486A - 交流永磁伺服电机电子模拟器 - Google Patents
交流永磁伺服电机电子模拟器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104932486A CN104932486A CN201510301820.9A CN201510301820A CN104932486A CN 104932486 A CN104932486 A CN 104932486A CN 201510301820 A CN201510301820 A CN 201510301820A CN 104932486 A CN104932486 A CN 104932486A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- servo motor
- electric capacity
- sampling
- cpu
- voltage
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
- G05B23/02—Electric testing or monitoring
- G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
- G05B23/0208—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the configuration of the monitoring system
- G05B23/0213—Modular or universal configuration of the monitoring system, e.g. monitoring system having modules that may be combined to build monitoring program; monitoring system that can be applied to legacy systems; adaptable monitoring system; using different communication protocols
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
本发明公开了一种交流永磁伺服电机电子模拟器，属于电子仪器领域。该装置由：电机驱动器、CPU、AD采样芯片、电容组成，利用电阻、电感、电容模拟电机内部结构及负载的加载，对驱动器给出的三相电流进行采样并计算电机工作运行状态，利用电容的充放电加载反电动势模拟负载变化以及实时模拟计算码盘反馈信号等，使其可以方便地在各种场合条件下检测控制系统的控制器和驱动器的性能。能够很好地实现设备的小型化和轻量化，使用简便快捷。
Description
技术领域
本发明涉及一种交流永磁伺服电机电子模拟器，属于电子仪器领域。
背景技术
随着现代科学技术的飞速发展，特别是微电子、计算机，电力半导体和电机制造技术取得的巨大技术进步，使得位置伺服这样一种扮演重要支柱技术角色的自动控制系统，在许多高科技领域得到了非常广泛的应用，如激光加工、机器人，数控机床、雷达和各种装备随动控制系统等等。位置伺服系统的控制性能，对这些高科技装备的应用起着越来越关键的支撑作用。同时，随着功率电子技术、微电子技术、计算机技术及控制原理的进步，以交流永磁伺服电动机为执行电动机的交流伺服驱动设备具有了可与直流伺服驱动设备相比拟的特性，从而使得交流永磁伺服电动机固有的优势得到了充分的发挥，交流伺服驱动已成为现代伺服驱动发展的方向。交流伺服系统的主要任务就是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的力矩、速度及位置都能得到灵活方便的控制。
目前，由交流永磁伺服电机组成的运动控制系统大量应用于各个领域。控制系统由控制器、驱动器、伺服电机和负载装置组成。在某些特殊情况下，伺服系统本身出现问题，现场工作人员无法准确判断问题发生的部位和原因。如果采用部件替换的方法进行判断，则需要另外构建伺服电机和负载装置。当实际的伺服电机和负载装置较为笨重或复杂时，构建和使用这样的检测系统不利于系统排故和检查，特别是在野外环境下，不利于迅速排除故障。
发明内容
基于上述情况，本专利提出一种小型集成的交流永磁伺服电机电子模拟器，用于替代实际电机和负载装置检查控制系统其它部分的工作性能，使其可以方便地在各种场合条件下检测控制系统的控制器和驱动器的性能。
为满足该模拟器小型化、精确化的要求，实现模拟器准确模拟伺服电机运行，实时反应伺服电机运行参数，本发明采用的技术方案在如下几方面进行了改进。
1．利用电阻、电感、电容模拟伺服电机内部结构。
2．建立伺服电机运行的数学模型来计算相应的参数。
3．利用MOS管作开关，对电容进行充放电，实时模拟交流永磁伺服电机的反电动势，并加载到模拟电路之中。
4．利用DSP的运算结果及I/O口，模拟交流永磁伺服电机的码盘反馈信号，反馈到真实电机驱动器之中。
具体如下：所述交流永磁伺服电机电子模拟器由如下部分组成：电机驱动器、CPU、AD采样芯片、电容、电感组成，其特征在于：CPU一端连接电机驱动器，另一端分别连接三个并联电容，电机驱动器依次串联连接电阻，电感，电容，并且分别并联连接三组；在每个电容两端分别加载上正负电压，并且用MOS管开关控制其开关；AD采样芯片并联连接三组电阻，AD采样芯片并且与CPU连接，AD采样芯片对电容两端的电压进行实时采样，采样得到的三个电流值会被送到CPU之中，之后CPU根据数学模型计算得到伺服电机模拟器关键的运行参数：扭矩、转速、角位移以及相应产生的反电动势。将实时采样的电压值与计算得到的反电动势进行对比，如果电容的实际电压与计算得到的电压数值不符，则利用CPU程序控制MOS管开关的关断对电容端进行充放电操作，控制电容电压与计算得到的电压数值一致，保证电容两端的电压与真实电机的绕组反电动势相符，达到模拟电机实际运行状态。
所述电阻为大功率精密电阻，可以精确模拟出伺服电机的内阻并且消耗相应的功率。
所述电感为功率精密电感。
所述电容为大容量电解电容，利用其充放电工程中电荷的存储模拟伺服电机运行时所产生的反电动势。
所述数学模型是利用DSP对采集到的三相电流进行处理，并计算出伺服电机运行时相应的转速、扭矩、角位移和反电动势。
CPU连接电脑。
电机驱动器输出三相电流。电容两端分别加载12v正负电压。
如下述公式所示，要得到被模拟的伺服电机的任何一项运行参数，首先就要得到三相电流的大小，就可以计算出伺服电机的一系列运行参数，如下：
公式1：三相电流向d/q轴电流的转换
公式2：利用d/q轴电流计算扭矩
公式3：利用扭矩、惯量、摩擦系数计算转速
公式4：计算角位移。
驱动器反馈电机运行的位置，其反馈方式主要有串口通讯和编码盘直接反馈形式。模拟器可根据系统的实际情况加以定制。优选利用DSP给出相应的码盘反馈信号，给驱动器做出反馈。
用DSP串口发出DSP计算出的数据，用上位机对模拟器的实际工作情况进行实时监控。
结合附图1、2说明本发明原理：如图1所示，首先电机驱动器在得到运行的命令的时候，会向外输出三相电流，这里模拟器取代了交流永磁伺服电机接入三相电流。电阻为大功率精密电阻，可以精确模拟出伺服电机的内阻并且消耗相应的功率，可以理解为伺服电机实际运行时消耗的能量在这里被该电阻消耗了一部分。之后，三相电流流过功率电感，这里的电感可以模拟交流永磁伺服电机线圈内感，伺服电机实际运行消耗的能量在这里也被相应的消耗了一部分。最后，三相电流流过电容，此处电容是为了实现反电动势的加载，利用电容两端会产生电动势的特性模拟了伺服电机实际运行时会产生的反电动势，三相交流电流过电容，基本不会消耗能量。
实际交流永磁伺服电机运行过程之中的反电动势由充放电的电容实现。如图2所示，在电容两端加载上正负电压，并且用MOS管开关将其断开。在模拟器中加上一个采样芯片，对电容两端的电压进行实时采样，同时实时采样的电压值与计算得到的反电动势进行对比，如果电容的实际电压与计算得到的电压数值不符，需要利用CPU程序控制CMOS管开关的关断对电容端进行充放电操作，控制电容电压与计算得到的电压数值一致。这样，就可以保证电容两端的电压与真实电机的绕组反电动势相符，达到模拟电机实际运行状态的目的。
本发明创新点在于：1．利用简单的电阻、电感、电容组合重现了交流永磁伺服电机的结构，实现了设备的小型化和轻量化，可取代笨重和复杂的交流永磁电机及其负载。
2．根据交流永磁伺服电机的数学模型，利用MOS管作开关控制电容的充放电实现了反电动势的模拟以及加载。
3．利用AD和CPU芯片的采样、计算，监控伺服系统的工作状态并给伺服系统以精准的反馈，实现了电子装置对机械电机系统的完全仿真。
本发明优点在于：能够模拟实际的交流永磁伺服电机带载工作运行情况，根据该电机的实际物理参数实时计算并反馈该电机的工作运行状态，实现小型化集成化的交流永磁伺服电机仿真模拟，用于电机控制系统的检测检验。能够很好地实现设备的小型化和轻量化，使用简便快捷。
附图说明
图1为交流永磁伺服电机模拟器工作原理图。
图2为交流永磁伺服电机运行时产生的反电动势的模拟原理图。
具体实施方式
为对本发明进行更好地说明，举实施例如下。
实施例
所述交流永磁伺服电机电子模拟器由如下部分组成：电机驱动器、CPU、AD采样芯片、电容、电感组成，其特征在于：CPU一端连接电机驱动器，另一端分别连接三个并联电容，电机驱动器依次串联连接电阻，电感，电容，并且分别并联连接三组；在每个电容两端分别加载上电容两端分别加载12v正负电压。并且用MOS管开关控制其开关；AD采样芯片并联连接三组电阻，AD采样芯片并且与CPU连接，AD采样芯片对电容两端的电压进行实时采样，采样得到的三个电流值会被送到CPU之中，之后CPU根据数学模型计算得到伺服电机模拟器关键的运行参数：扭矩、转速、角位移以及相应产生的反电动势。将实时采样的电压值与计算得到的反电动势进行对比，如果电容的实际电压与计算得到的电压数值不符，则利用CPU程序控制MOS管开关的关断对电容端进行充放电操作，控制电容电压与计算得到的电压数值一致，保证电容两端的电压与真实电机的绕组反电动势相符，达到模拟电机实际运行状态。
所述电阻为大功率精密电阻，可以精确模拟出伺服电机的内阻并且消耗相应的功率。
所述电感为功率精密电感。
所述电容为大容量电解电容，利用其充放电工程中电荷的存储模拟伺服电机运行时所产生的反电动势。
所述数学模型是利用DSP对采集到的三相电流进行处理，并计算出伺服电机运行时相应的转速、扭矩、角位移和反电动势。
电机驱动器输出三相电流。
电机反馈驱动器运行的位置，其反馈方式主要有串口通讯和编码盘直接反馈形式。模拟器可根据系统的实际情况加以定制。
本发明提出了利用电阻、电感、电容模拟伺服电机内部结构的方法并得到了验证。接入交流永磁伺服电机驱动器输出的三相电流之后，能真实模拟出实际交流永磁伺服电机接入三相电之后该有的状态，使用简单、轻便。
Claims (4)
1.一种交流永磁伺服电机电子模拟器，由如下部分组成：电机驱动器、CPU、AD采样芯片、电容、电感组成，其特征在于：CPU一端连接电机驱动器，另一端分别连接三个并联电容，电机驱动器依次串联连接电阻，电感，电容，并且分别并联连接三组；在每个电容两端分别加载上正负电压，并且用MOS管开关控制其开关；AD采样芯片并联连接三组电阻，AD采样芯片并且与CPU连接，AD采样芯片对电容两端的电压进行实时采样，采样得到的三个电流值会被送到CPU之中，之后CPU根据数学模型计算得到伺服电机模拟器关键的运行参数：扭矩、转速、角位移以及相应产生的反电动势；将实时采样的电压值与计算得到的反电动势进行对比，如果电容的实际电压与计算得到的电压数值不符，则利用CPU程序控制MOS管开关的关断对电容端进行充放电操作，控制电容电压与计算得到的电压数值一致，保证电容两端的电压与真实电机的绕组反电动势相符，达到模拟电机实际运行状态；所述电阻为大功率精密电阻，精确模拟出伺服电机的内阻并且消耗相应的功率；所述电感为功率精密电感；所述电容为大容量电解电容，利用其充放电工程中电荷的存储模拟伺服电机运行时所产生的反电动势；所述数学模型是利用DSP对采集到的三相电流进行处理，并计算出伺服电机运行时相应的转速、扭矩、角位移和反电动势。
2.如权利要求1所述的交流永磁伺服电机电子模拟器，其特征在于：CPU连接电脑。
3.如权利要求1所述的交流永磁伺服电机电子模拟器，其特征在于：电机驱动器输出三相电流。
4.如权利要求1所述的交流永磁伺服电机电子模拟器，其特征在于：电容两端分别加载12v正负电压。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510301820.9A CN104932486A (zh) | 2015-06-05 | 2015-06-05 | 交流永磁伺服电机电子模拟器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510301820.9A CN104932486A (zh) | 2015-06-05 | 2015-06-05 | 交流永磁伺服电机电子模拟器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104932486A true CN104932486A (zh) | 2015-09-23 |
Family
ID=54119690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510301820.9A Pending CN104932486A (zh) | 2015-06-05 | 2015-06-05 | 交流永磁伺服电机电子模拟器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104932486A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106652694A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-10 | 东南大学 | 一种正弦波永磁同步电机模拟系统 |
| CN111650507A (zh) * | 2020-05-07 | 2020-09-11 | 张家港市欣达丰机电制造有限公司 | 一种弯管机的微电机方向控制系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US810819A (en) * | 1905-11-03 | 1906-01-23 | Herbert A Streeter | Metal clip for uniting metal beams. |
| CN101262197A (zh) * | 2007-03-06 | 2008-09-10 | 罗姆股份有限公司 | 电动机驱动装置及采用电动机驱动装置的电气设备 |
| EP2048554B1 (de) * | 2007-10-10 | 2010-02-24 | Silver Atena Electronic Systems Engineering GmbH | Verfahren zur Simulation eines Elektromotors oder Generators |
| CN201716548U (zh) * | 2010-06-09 | 2011-01-19 | 北京经纬恒润科技有限公司 | 一种用于汽车电子控制系统中的电机的仿真设备 |
| CN103490779A (zh) * | 2012-06-12 | 2014-01-01 | 中航商用航空发动机有限责任公司 | 永磁交流发电机模拟器 |
| CN103616637A (zh) * | 2013-11-12 | 2014-03-05 | 北京航空航天大学 | 永磁同步电动机模拟器 |
-
2015
- 2015-06-05 CN CN201510301820.9A patent/CN104932486A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US810819A (en) * | 1905-11-03 | 1906-01-23 | Herbert A Streeter | Metal clip for uniting metal beams. |
| CN101262197A (zh) * | 2007-03-06 | 2008-09-10 | 罗姆股份有限公司 | 电动机驱动装置及采用电动机驱动装置的电气设备 |
| EP2048554B1 (de) * | 2007-10-10 | 2010-02-24 | Silver Atena Electronic Systems Engineering GmbH | Verfahren zur Simulation eines Elektromotors oder Generators |
| CN201716548U (zh) * | 2010-06-09 | 2011-01-19 | 北京经纬恒润科技有限公司 | 一种用于汽车电子控制系统中的电机的仿真设备 |
| CN103490779A (zh) * | 2012-06-12 | 2014-01-01 | 中航商用航空发动机有限责任公司 | 永磁交流发电机模拟器 |
| CN103616637A (zh) * | 2013-11-12 | 2014-03-05 | 北京航空航天大学 | 永磁同步电动机模拟器 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106652694A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-10 | 东南大学 | 一种正弦波永磁同步电机模拟系统 |
| CN106652694B (zh) * | 2016-12-30 | 2019-06-04 | 东南大学 | 一种正弦波永磁同步电机模拟系统 |
| CN111650507A (zh) * | 2020-05-07 | 2020-09-11 | 张家港市欣达丰机电制造有限公司 | 一种弯管机的微电机方向控制系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107482976B (zh) | 用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法及装置 | |
| CN107490763B (zh) | 一种低速大扭矩永磁驱动系统的负载模拟试验装置及方法 | |
| CN105490606B (zh) | 用于潜油交流永磁同步电机防退磁的保护方法 | |
| CN204013310U (zh) | 无刷双馈电机直接转矩控制系统 | |
| CN103092081B (zh) | 一种嵌入式电机及负载功率级模拟系统 | |
| CN103607144B (zh) | 无刷直流电动机模拟器 | |
| CN103856132A (zh) | 一种交流伺服永磁同步电机控制系统 | |
| CN103616637A (zh) | 永磁同步电动机模拟器 | |
| CN108365788A (zh) | 一种基于无源性控制的矩阵变换器-永磁同步电机调速系统和方法 | |
| CN104932486A (zh) | 交流永磁伺服电机电子模拟器 | |
| CN203024971U (zh) | 减速器机械传动性能智能测试装置 | |
| CN204089655U (zh) | 高压gis隔离开关摆角电机操动机构控制装置 | |
| CN108923711A (zh) | 一种伺服系统零点校对的绝对值编码器调零方法 | |
| CN104198937A (zh) | 旋转变压器随机安装无刷直流电机电气零位测试方法 | |
| CN108199636B (zh) | 一种基于矢量控制策略的电机初始角度定位方法 | |
| Vu et al. | A current sensor fault diagnosis method based on phase angle shift technique applying to induction motor drive | |
| CN102420557A (zh) | 一种基于四象限运行的螺旋桨模拟装置及其模拟方法 | |
| CN102064752A (zh) | 能量互馈式双直线感应电机操动机构控制装置及控制方法 | |
| CN105140957A (zh) | 基于风电场和光伏电站聚合模型的机电振荡模式估算方法 | |
| CN205142061U (zh) | 一种精确型电机控制系统 | |
| Sheeba et al. | Optimizing electrical generators of wind energy conversion system for efficient power extraction | |
| CN108549752B (zh) | 一种电励磁双凸极发电机功能级模型建模方法 | |
| CN110504876B (zh) | 一种三相直流无刷电机的仿真模拟方法、装置及其应用 | |
| CN110568774A (zh) | 电机功率级半实物仿真器 | |
| Mahmudzadeh | Development of Resonating Oscillating Linear Engine Alternator; Instrumentation and Control |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150923 |