一种智能化大功率交流伺服驱动系统及伺服驱动控制方法技术方案

一种智能化大功率交流伺服驱动系统及伺服驱动控制方法，包括控制器，所述控制器通过以太网接口模块与上级的中心控制器通讯，所述控制器通过BISS总线模块与交流伺服电机轴上装有的旋转变压器轴角信号解算装置连接，所述控制器通过功放驱动电路模块来驱动大功率交流伺服电机，且所述控制器通过LEM霍尔传感器对交流伺服电机输入电流进行采样和转换，采用交流伺服驱动器内置的微处理器完成对实时运行数据的初步处理，再将处理过的输出数据传送到中心控制器，由中心控制器根据运行中的实时参数，对负载情况以及伺服系统和伺服系统所驱动的工程机械的总体健康状况做出及时的判断，以保证工程机械自身的安全可靠，以及工程作业的顺利进行。

An intelligent high power AC servo drive system and servo drive control method

【技术实现步骤摘要】
一种智能化大功率交流伺服驱动系统及伺服驱动控制方法
本专利技术属于伺服电机驱动
，尤其涉及一种智能化大功率交流伺服驱动系统及伺服驱动控制方法。
技术介绍
交流伺服电机(一般在指稀土永磁同步电机)具有体积小、重量轻、效率高、功率密度高等特点，并且与感应式交流电机相比，交流伺服电机的工作电压可以相对较低。基于这些特性，交流伺服电机获得了越来越广阔的应用，交流伺服电机是与交流伺服驱动器一起工作的，一般把交流伺服电机和交流伺服驱动器合在一起称为交流伺服系统。近年来人们正探索在一些大型工程机械上使用交流伺服系统，以提高工程机械的性能，满足特殊的工程需求。这些工程机械包括大型的挖掘机、盾构机、挖泥船等。这些大型工程机械的应用环境的一个特点是空间狭小，一般使用自配电站的电源，这就要求电机和驱动器的功率密度要大，体积相对要小。大型工程机械应用环境的另外一个特点是负载状况复杂，并且变化大，这使电机经常在过载状况下工作而容易导致退磁，而且由于一般交流伺服电机的特点，负载的剧烈变化，还有可能引发混沌震荡。所有这些，对应用于大型工程机械的交流伺服系统提出了一些特殊的要求，要求能够根据运行中的实时参数，对负载情况以及伺服系统和伺服系统所驱动的工程机械的总体健康状况做出及时的判断，以保证工程机械自身的安全可靠，以及工程作业的顺利进行。这样的工作，交流伺服驱动器内置的微处理器的计算能力是难以胜任的，需要上级的中心控制器的参与，最佳的方案是由交流伺服驱动器内置的微处理器完成对实时运行数据的初步处理，再将处理过的输出数据传送到中心控制器，由中心控制器完成进一步的处理和分析判断。目前普通的交流伺服系统尚不能满足这些要求。
技术实现思路
(一)解决的技术问题本专利技术涉及一种智能化大功率交流伺服驱动系统及伺服驱动控制方法，特别是一种适用于工程机械的，能够适应复杂负载环境的大功率交流伺服驱动系统及伺服驱动控制方法。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种智能化大功率交流伺服驱动系统，包括控制器，所述控制器通过以太网接口模块与上级的中心控制器通讯，所述控制器通过BISS总线模块与交流伺服电机轴上装有的旋转变压器轴角信号解算装置连接，所述控制器通过功放驱动电路模块来驱动大功率交流伺服电机，且所述控制器通过LEM霍尔传感器对交流伺服电机输入电流进行采样和转换。进一步的，所述控制器的型号为STM32H750芯片。进一步的，所述功放驱动电路模块包括三相逆变器并采用三片IR2110芯片用做功放驱动电路，将微处理器STM32H750输出的6路SVPWM信号放大后用于驱动三相逆变器中的6只IGBT开关管。进一步的，所述BISS总线模块包括CPLD芯片，所述CPLD芯片通过SPI的通信方式与控制器连接，且所述CPLD芯片通过I/O的方式与RS422总线驱动芯片MAX488连接，通过MAX488芯片与交流伺服电机轴上的旋转变压器轴角信号解算装置连接。一种智能化大功率交流伺服驱动控制方法，具体包括以下步骤：步骤一：对交流伺服系统的输出电流ia、ib进行检测，并通过旋转变换得到交轴电流iq和直轴电流id；以交流伺服电机的转角反馈值为旋转变换角度，所述电机转角反馈值以及电机速度反馈值获得方法为：在交流伺服电机轴上安装有磁阻式旋转变压器以及与其集成在一起的轴角信号解算装置，轴角信号解算装置通过鉴幅的方式将旋转变压器输出的电机转角位置和速度信号解算出来，并将其转换成BISS总线数据，并传输到伺服驱动器，伺服驱动器通过BISS总线接口，得到电机的转角反馈值和速度反馈值步骤二：将转角位置给定信号θ*减去转角反馈值得到位置跟随误差，此位置跟随误差经过比例和前馈的复合控制运算，得到速度给定信号ω*；步骤三：以速度给定信号ω*减去所述速度反馈值得到速度误差，所述速度误差经过抗积分饱和的比例积分调节运算得到交轴电流给定信号这一抗积分饱和的比例积分运算称为速度控制器运算；步骤四：将交轴电流给定信号与所述交轴电流iq进行比较，得到交轴电流误差，所述交轴电流误差经过抗积分饱和的比例积分运算，并将这一结果减去直轴的反电势信号，最终得到交轴电压uq；步骤五：设定直轴电流给定信号为0，将该直轴电流给定信号与前述直轴电流id进行比较，得到直轴电流误差，此直轴电流误差经过抗积分饱和比例积分运算，并将这一结果加上交轴的反电势信号，最终得到直轴电压ud；步骤六：以电机转角反馈值为旋转角度，对前述交轴电压uq和直轴电压ud进行逆旋转变换，得到正交的两相交流电压参考信号uα、uβ，再对交流电压参考信号uα、uβ进行空间矢量脉宽调制，得到的脉宽调制信号用于控制逆变器，驱动交流伺服电机。进一步的，所述步骤一中，还将交轴电流反馈信号iq以及速度反馈信号所按照滚动覆盖的方式存储，每0.5秒覆盖一次，每次都形成了0.5秒的时间段上的iq数据队列和数据队列，分别是：iq＝{iq(0),iq(1),iq(2)…iq(L-1)}和利用离线计算好并存于伺服驱动器的微处理器中的二维数组{a[k,p]＝cos(2πpk/L)，k＝0,1,2…L-1，p＝0,1,2…L/2-1}和{b[k,p]＝sin(2πpk/L)，k＝0,1,2…L-1p＝0,1,2…L/2-1}，做如下DFT变换：计算出的频域数据{Fiq(p)p＝0,1,2…L/2-1}和每0.5秒一次，通过以太网总线输送到中心控制器，供中心控制器对该大功率交流伺服系统及所驱动工程机械的运行状况和健康状况做出判断。(三)有益效果本专利技术提出了一种智能化大功率交流伺服驱动系统及伺服驱动控制方法，采用交流伺服驱动器内置的微处理器完成对实时运行数据的初步处理，再将处理过的输出数据传送到中心控制器，由中心控制器根据运行中的实时参数，对负载情况以及伺服系统和伺服系统所驱动的工程机械的总体健康状况做出及时的判断，以保证工程机械自身的安全可靠，以及工程作业的顺利进行。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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是本专利技术交流伺服驱动系统的控制原理框图；图2是本专利技术交流伺服驱动系统的电路结构框图；图3是本专利技术交流伺服驱动系统的运行参数的在线DFT变换的原理框图；图4是本专利技术交流伺服驱动系统的实时控制流程框图；图5是本专利技术交流伺服驱动系统电路具体连接图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-5，本专利技术提供一种技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能化大功率交流伺服驱动系统，其特征在于：包括控制器，所述控制器通过以太网接口模块与上级的中心控制器通讯，所述控制器通过BISS总线模块与交流伺服电机轴上装有的旋转变压器轴角信号解算装置连接，所述控制器通过功放驱动电路模块来驱动大功率交流伺服电机，且所述控制器通过LEM霍尔传感器对交流伺服电机输入电流进行采样和转换。/n

【技术特征摘要】
1.一种智能化大功率交流伺服驱动系统，其特征在于：包括控制器，所述控制器通过以太网接口模块与上级的中心控制器通讯，所述控制器通过BISS总线模块与交流伺服电机轴上装有的旋转变压器轴角信号解算装置连接，所述控制器通过功放驱动电路模块来驱动大功率交流伺服电机，且所述控制器通过LEM霍尔传感器对交流伺服电机输入电流进行采样和转换。


2.根据权利要求1所述的一种智能化大功率交流伺服驱动系统，其特征在于：所述控制器的型号为STM32H750芯片。


3.根据权利要求2所述的一种智能化大功率交流伺服驱动系统，其特征在于：所述功放驱动电路模块包括三相逆变器并采用三片IR2110芯片用做功放驱动电路，将微处理器STM32H750输出的6路SVPWM信号放大后用于驱动三相逆变器中的6只IGBT开关管。


4.根据权利要求1所述的一种智能化大功率交流伺服驱动系统，其特征在于：所述BISS总线模块包括CPLD芯片，所述CPLD芯片通过SPI的通信方式与控制器连接，且所述CPLD芯片通过I/O的方式与RS422总线驱动芯片MAX488连接，通过MAX488芯片与交流伺服电机轴上的旋转变压器轴角信号解算装置连接。


5.一种智能化大功率交流伺服驱动控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：对交流伺服系统的输出电流ia、ib进行检测，并通过旋转变换得到交轴电流iq和直轴电流id；以交流伺服电机的转角反馈值为旋转变换角度，所述电机转角反馈值以及电机速度反馈值获得方法为：在交流伺服电机轴上安装有磁阻式旋转变压器以及与其集成在一起的轴角信号解算装置，轴角信号解算电路通过鉴幅的方式将旋转变压器输出的电机转角位置和速度信号解算出来，并将其转换成BISS总线数据，并传输到伺服驱动器，伺服驱动器通过BISS总线接口，得到电机的转角反馈值和速度反馈值
步骤二：将转角位置给定信号θ*减去转角反馈值得到位置跟随误差...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，王健雄，王保升，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32