CN115473466A - 一种液压伺服驱动系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种液压伺服驱动系统，利用转子磁通参考值Ψ^*和转矩参考值T^*，计算产生直轴参考电流值i_d ^*、交轴参考电流值i_q ^*，基于直轴参考电流值i_d ^*、交轴参考电流值i_q ^*和转子磁通角θ，计算产生三相参考电流i_abc ^*，对三相参考电流i_abc ^*和三相电流信号i_abc进行滞环比较，产生三相开关控制信号S_abc，利用三相开关控制信号S_abc将直流电源电压V_dc转换为三相电，驱动伺服电机。该液压伺服驱动系统简化了驱动系统复杂度，提高液压伺服驱动系统的控制精度和动态响应特性，能够输出稳定的液压油。

Description

一种液压伺服驱动系统

技术领域

本申请涉及伺服电机领域，特别涉及一种液压伺服驱动系统。

背景技术

液压伺服驱动系统，是液压伺服驱动技术发展的新成果，融合了多学科技术，形成了液压驱动系统的机电液一体化。液压伺服驱动系统的显著特点是采用了交流伺服电机与定量泵的配合使用，伺服电机驱动定量泵控制液压油路的流量，从而实现负载的运动。

目前液压伺服驱动系统采用PID控制，其具有算法简单、稳态无静差、可靠性高的特点。PID控制通常用于对各种线性定常系统的控制，能够获得满意的效果，尤其是适用于被控对象参数固定、非线性不是很严重的系统。

但由于液压伺服驱动系统是一个非线性、多变量、强耦合、干扰因素复杂的系统，采用PID控制已经很难满足实际的需求，从而严重降低了液压伺服驱动系统的精度和动态响应特性，无法输出稳定的液压油。

因此对液压伺服驱动系统进一步进行优化配置，简化驱动系统复杂度，提高液压伺服驱动系统的控制精度和动态响应特性，输出稳定的液压油，成为亟待解决的问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本申请，以便对液压伺服驱动系统进行优化，简化驱动系统复杂度，提高液压伺服驱动系统的控制精度和动态响应特性，输出稳定的液压油。

在本申请，提供了一种液压伺服驱动系统，包括：

速度传感器，用于检测伺服电机的转速，产生实时速度值ω_m；

速度误差计算器，基于速度参考值ω^*和实时速度值ω_m，计算产生速度误差值；

速度调节器，对速度误差值进行PI调节，产生转矩参考值T^*；

直轴参考电流计算器，基于转子磁通参考值Ψ^*，计算产生直轴参考电流值i_d ^*；

交轴参考电流计算器，基于转子磁通参考值Ψ^*和转矩参考值T^*，计算产生交轴参考电流值i_q ^*；

转子磁通角计算器，基于转子磁通参考值Ψ^*、交轴参考电流值i_q ^*和实时速度值ω_m，计算产生转子磁通角θ；

三相参考电流计算器，基于直轴参考电流值i_d ^*、交轴参考电流值i_q ^*和转子磁通角θ，计算产生三相参考电流i_abc ^*；

电流控制器，对三相参考电流i_abc ^*和三相电流信号i_abc进行滞环比较，产生三相开关控制信号S_abc；

逆变器，基于三相开关控制信号S_abc，将直流电源电压V_dc转换为三相电，驱动伺服电机。

进一步的，液压伺服驱动系统还包括：

三相电压计算器，基于直流电源电压V_dc和三相开关控制信号S_abc，产生三相电压u_abc；

电流观测器，基于三相电压u_abc、转子磁通参考值Ψ^*、实时速度值ω_m和转子磁通角θ，计算产生三相电流信号i_abc。

进一步的，在电流观测器中，产生三相电流信号i_abc包括如下步骤：

步骤S1，基于转子磁通参考值Ψ^*和转子磁通角θ计算产生转子磁通矢量；

步骤S2，基于转子磁通矢量、三相电压u_abc、实时速度值ω_m和定子电流矢量计算公式，计算产生定子电流矢量；

步骤S3，对定子电流矢量进行分解，得到三相电流信号i_abc。

进一步的，定子电流矢量计算公式为：

其中，

Ψ_s为转子磁通矢量，u_S为根据三相电压u_abc合成的定子电压矢量，L_m为电机的定转子互感，L_r为转子电感，L_s为定子电感，T_r为转子时间系数，R_S为定子电阻。

进一步的，在直轴参考电流计算器中，直轴参考电流值i_d ^*计算公式为：

进一步的，在交轴参考电流计算器中，交轴参考电流值i_q ^*计算公式为：

其中，p为电机极对数。

进一步的，在转子磁通角计算器中，转子磁通角θ计算公式为：

θ＝∫(pω_m+ω_sl)dt

其中，t表示时间。

进一步的，在三相参考电流计算器中，三相参考电流i_abc ^*计算公式为：

其中，

为三相参考电流中的a相参考电流，

为三相参考电流中的b相参考电流，

为三相参考电流中的c相参考电流。

本申请的有益技术效果是：

(1)本申请提供了一种液压伺服驱动系统，能够很好地对电机转速进行调节，提高了动态响应特性，同时采用转子磁通参考值进行电流闭环调节，降低了转矩脉动，简化了系统结构，提高了转速和转矩的控制精度和稳定性，进而能够输出稳定的液压油。

(2)本申请利用转子磁通参考值进行三相电流观测，降低了三相电流计算的复杂度，提高了三相电流观测的精确性，进一步提高了转速和转矩的控制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为液压伺服驱动系统的具体原理框图；

图2为电流观测器的具体流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请提供了一种液压伺服驱动系统，能够很好地对电机转速进行调节，提高了动态响应特性，同时采用转子磁通参考值进行电流闭环调节，降低了转矩脉动，简化了驱动系统复杂度，提高了转速和转矩的控制精度和稳定性，进而能够输出稳定的液压油。同时利用转子磁通参考值进行三相电流观测，降低了三相电流计算的复杂度，提高了三相电流观测的精确性，进一步提高了转速和转矩的控制精度。

下面结合附图及具体实施例对本申请作进一步的详细说明。

图1为液压伺服驱动系统的具体原理框图。如图1所示，该液压伺服驱动系统包括：

速度传感器，用于检测伺服电机的转速，产生实时速度值ω_m；

速度误差计算器，基于速度参考值ω^*和实时速度值ω_m，计算产生速度误差值；

速度调节器，对速度误差值进行PI调节，产生转矩参考值T^*；

直轴参考电流计算器，基于转子磁通参考值Ψ^*，计算产生直轴参考电流值i_d ^*；

交轴参考电流计算器，基于转子磁通参考值Ψ^*和转矩参考值T^*，计算产生交轴参考电流值i_q ^*；

转子磁通角计算器，基于转子磁通参考值Ψ^*、交轴参考电流值i_q ^*和实时速度值ω_m，计算产生转子磁通角θ；

三相参考电流计算器，基于直轴参考电流值i_d ^*、交轴参考电流值i_q ^*和转子磁通角θ，计算产生三相参考电流i_abc ^*；

电流控制器，对三相参考电流i_abc ^*和三相电流信号i_abc进行滞环比较，产生三相开关控制信号S_abc；

逆变器，基于三相开关控制信号S_abc，将直流电源电压V_dc转换为三相电，驱动伺服电机。

在本申请中，该液压伺服驱动系统能够很好地对电机转速进行调节，提高了动态响应特性，同时采用转子磁通参考值进行电流闭环调节，降低了转矩脉动，简化了系统结构，提高了转速和转矩的控制精度和稳定性，进而能够输出稳定的液压油。

进一步的，该液压伺服驱动系统还包括：

三相电压计算器，基于直流电源电压V_dc和三相开关控制信号S_abc，产生三相电压u_abc；

电流观测器，基于三相电压u_abc、转子磁通参考值Ψ^*、实时速度值ω_m和转子磁通角θ，计算产生三相电流信号i_abc。

因此，该液压伺服驱动系统利用转子磁通参考值进行三相电流观测，进一步降低了三相电流计算的复杂度，提高了三相电流观测的精确性。

具体的，在直轴参考电流计算器中，直轴参考电流值i_d ^*计算公式为：

其中，L_m为电机的定转子互感。

具体的，在交轴参考电流计算器中，交轴参考电流值i_q ^*计算公式为：

其中，p为电机极对数，L_r为转子电感。

具体的，在转子磁通角计算器中，转子磁通角θ计算公式为：

θ＝∫(pω_m+ω_sl)dt

其中，t表示时间，T_r为转子时间系数。

具体的，在三相参考电流计算器中，三相参考电流i_abc ^*计算公式为：

其中，

为三相参考电流中的a相参考电流，

为三相参考电流中的b相参考电流，

为三相参考电流中的c相参考电流。

具体的，伺服电机为三相交流异步电动机。

进一步的，根据伺服电机数学模型可知：

其中，Ψ_s为转子磁通矢量，i_S为定子电流矢量，u_S为定子电压矢量，L_s为定子电感，R_S为定子电阻。

将公式(5)代入公式(6)，可知：

其中，

具体的，在电流观测器中，如图2所示，获取三相电流信号i_abc包括如下步骤：

步骤S1，基于转子磁通参考值Ψ^*和转子磁通角θ计算产生转子磁通矢量；

步骤S2，基于转子磁通矢量、三相电压u_abc、实时速度值ω_m和定子电流矢量计算公式，计算产生定子电流矢量；

步骤S3，对定子电流矢量进行分解，得到三相电流信号i_abc。

其中，步骤S2中定子电流矢量计算公式为：

定子电压矢量u_S根据三相电压u_abc合成。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种液压伺服驱动系统，其特征在于，包括：

速度传感器，用于检测伺服电机的转速，产生实时速度值ω_m；

速度误差计算器，基于速度参考值ω^*和实时速度值ω_m，计算产生速度误差值；

速度调节器，对速度误差值进行PI调节，产生转矩参考值T^*；

直轴参考电流计算器，基于转子磁通参考值Ψ^*，计算产生直轴参考电流值i_d ^*；

交轴参考电流计算器，基于转子磁通参考值Ψ^*和转矩参考值T^*，计算产生交轴参考电流值i_q ^*；

转子磁通角计算器，基于转子磁通参考值Ψ^*、交轴参考电流值i_q ^*和实时速度值ω_m，计算产生转子磁通角θ；

三相参考电流计算器，基于直轴参考电流值i_d ^*、交轴参考电流值i_q ^*和转子磁通角θ，计算产生三相参考电流i_abc ^*；

电流控制器，对三相参考电流i_abc ^*和三相电流信号i_abc进行滞环比较，产生三相开关控制信号S_abc；

逆变器，基于三相开关控制信号S_abc，将直流电源电压V_dc转换为三相电，驱动伺服电机。

2.根据权利要求1所述的液压伺服驱动系统，其特征在于，液压伺服驱动系统还包括：

三相电压计算器，基于直流电源电压V_dc和三相开关控制信号S_abc，产生三相电压u_abc；

电流观测器，基于三相电压u_abc、转子磁通参考值Ψ^*、实时速度值ω_m和转子磁通角θ，计算产生三相电流信号i_abc。

3.根据权利要求2所述的液压伺服驱动系统，其特征在于，在电流观测器中，产生三相电流信号i_abc包括如下步骤：

步骤S1，基于转子磁通参考值Ψ^*和转子磁通角θ计算产生转子磁通矢量；

步骤S2，基于转子磁通矢量、三相电压u_abc、实时速度值ω_m和定子电流矢量计算公式，计算产生定子电流矢量；

步骤S3，对定子电流矢量进行分解，得到三相电流信号i_abc。

4.根据权利要求3所述的液压伺服驱动系统，其特征在于，定子电流矢量计算公式为：

其中，

Ψ_s为转子磁通矢量，u_S为根据三相电压u_abc合成的定子电压矢量，L_m为电机的定转子互感，L_r为转子电感，L_s为定子电感，T_r为转子时间系数，R_S为定子电阻。

5.根据权利要求4所述的液压伺服驱动系统，其特征在于，在直轴参考电流计算器中，直轴参考电流值i_d ^*计算公式为：

6.根据权利要求5所述的液压伺服驱动系统，其特征在于，在交轴参考电流计算器中，交轴参考电流值i_q ^*计算公式为：

其中，p为电机极对数。

7.根据权利要求6所述的液压伺服驱动系统，其特征在于，在转子磁通角计算器中，转子磁通角θ计算公式为：

θ＝∫(pω_m+ω_sl)dt

其中，t表示时间。

8.根据权利要求7所述的液压伺服驱动系统，其特征在于，在三相参考电流计算器中，三相参考电流i_abc ^*计算公式为：

其中，

为三相参考电流中的a相参考电流，

为三相参考电流中的b相参考电流，

为三相参考电流中的c相参考电流。

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