一种直线永磁同步电机的控制方法、装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种直线永磁同步电机的控制方法、装置和系统，属于电机控制领域，所述方法包括：基于死区补偿模块利用电流VPI控制器输出电压及三相采样电流获取电压补偿后信号；将电压补偿后信号和三相采样电流输入对称分量提取模块，提取得到正负序电压和正负序电流；利用反电势观测模块根据正负序电压、正负序电流和直线光栅输出的位置信息确定得到电机的正负序反电势；利用正负序电流参考值计算模块计算dq坐标系下正负序电流参考值；利用Park反变换模块将dq坐标系下正负序电流参考值变换到两相静止αβ坐标系下；在两相静止αβ坐标系下采用电流VPI控制器控制输出电流。本申请能够降低直线永磁同步电机输出的电磁推力波动，进而提高控制精度。进而提高控制精度。进而提高控制精度。

【技术实现步骤摘要】
一种直线永磁同步电机的控制方法、装置和系统


[0001]本专利技术属于电机控制领域，更具体地，涉及一种直线永磁同步电机的控制方法、装置和系统。

技术介绍

[0002]随着超高速切削、超精密加工、多轴联动等一系列先进加工制造技术的快速发展，机械加工对机床的性能要求越来越高。相比于传统的“旋转电机+滚珠丝杠”传动方式，直线电动机取消了电动机与工作台的机械机构，从而可以实现直接驱动的高速响应，减小了机械摩擦，提高了机床的精度。高性能机床采用直线电机驱动已经成为趋势。
[0003]为了确保控制精度要求和性能要求，直线电机的控制系统中普遍采用双环控制系统，包括电流内环和速度外环，可以实现励磁和推力的解耦，进行矢量控制，既可以抑制电流的波动又可以实现速度的快速跟踪。
[0004]直线永磁同步电机具有高推力密度的特点，但是由于存在直线电机两端开断的特殊结构导致端部效应、电机三相不对称，采用传统的三相电流对称的控制方法将会造成电机电磁推力的波动，进而导致直线永磁同步电机的控制系统控制精度较低。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种直线永磁同步电机的控制方法、装置和系统，其目的在于削弱直线永磁同步电机中的机电磁推力波动，由此解决直线永磁同步电机的控制系统控制精度较低的技术问题。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种直线永磁同步电机的控制方法，包括：
[0007]S1：基于死区补偿模块利用电流VPI控制器输出电压及三相采样电流获取电压补偿后信号；
[0008]S2：将所述电压补偿后信号和所述三相采样电流输入对称分量提取模块，提取得到正负序电压和正负序电流；
[0009]S3：将所述正负序电压和所述正负序电流输入反电势观测模块，以使所述反电势观测模块根据所述正负序电压、所述正负序电流和直线光栅输出的位置信息确定得到电机的正负序反电势；
[0010]S4：利用正负序电流参考值计算模块计算观测的所述正负序反电势对应的dq坐标系下正负序电流参考值；
[0011]S5：利用Park反变换模块将所述dq坐标系下正负序电流参考值变换到两相静止αβ坐标系下；在两相静止αβ坐标系下采用所述电流VPI控制器控制输出电流，以降低直线永磁同步电机输出的电磁推力波动。
[0012]在其中一个实施例中，所述步骤S1包括：
[0013]将所述电流VPI控制器输出的第一相电压电压第一相电压电压和电流传感
器采集的所述三相采样电流输入所述死区补偿模块，以使所述死区补偿模块输出和各自对应所述电压补偿后信号。
[0014]在其中一个实施例中，所述步骤S2包括：
[0015]将所述电压补偿后信号和所述三相采样电流输入所述对称分量提取模块；以使所述对称分量提取模块输出所述正负序电压和所述正负序电流；
[0016]其中，所述正负序电压包括：第一相正序电压第二相正序电压第一相负序电压和第二相负序电压所述正负序电流包括：第一相正序电流第二相正序电流第一相负序电流和第二相负序电流
[0017]在其中一个实施例中，所述步骤S3包括：
[0018]将所述正负序电压和所述正负序电流输入所述反电势观测模块，以使所述反电势观测模块根据所述反电势观测模块，以使所述反电势观测模块根据和直线光栅输出的位置信息计算得到电机的正负序反电势和直线光栅输出的位置信息计算得到电机的正负序反电势所述用于对多数正负序电流参考值计算模块进行参数调整。
[0019]在其中一个实施例中，所述步骤S4包括：
[0020]将观测的所述正负序反电势和PI速度控制器输出的输入所述正负序电流参考值计算模块得到dq坐标系下正负序电流参考值
[0021]按照本专利技术的另一方面，提供了一种直线永磁同步电机的控制装置，包括：
[0022]获取模块，用于基于死区补偿模块利用电流VPI控制器输出电压及三相采样电流获取电压补偿后信号；
[0023]提取模块，用于将所述电压补偿后信号和所述三相采样电流输入对称分量提取模块，提取得到正负序电压和正负序电流；
[0024]确定模块，用于将所述正负序电压和所述正负序电流输入反电势观测模块，以使所述反电势观测模块根据所述正负序电压、所述正负序电流和直线光栅输出的位置信息确定得到电机的正负序反电势；
[0025]计算模块，用于利用正负序电流参考值计算模块计算观测的所述正负序反电势对应的dq坐标系下正负序电流参考值；
[0026]变换模块，用于利用Park反变换模块将所述dq坐标系下正负序电流参考值变换到两相静止αβ坐标系下；在两相静止αβ坐标系下采用所述电流VPI控制器控制输出电流，以降低直线永磁同步电机输出的电磁推力波动。
[0027]按照本专利技术的另一方面，提供了一种直线永磁同步电机的控制系统，包括：
[0028]死区补偿模块、对称分量提取模块、反电势观测模块、正负序电流参考值计算模块、Park反变换模块、存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的方法的步骤。
[0029]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有
益效果：
[0030]1、本专利技术从传统三相电流对称控制以及电流参考计算模块参数离线给定方法的优缺点出发，设计了基于反电势观测器的正负序电流注入的三相电流不对称控制方法，降低了直线电机输出电磁推力的波动。相比于传统三相电流对称控制方法，通过在具有端部效应的直线电机三相绕组中注入正序电流和负序电流，实现降低电机输出电磁推力的波动，提高直线永磁同步电机推力输出的控制精度；
[0031]2、正、负序电流参考计算模块的参数由反电势观测模块观测得到，而不需要事先对电机的空载反电势进行测量，且反电势观测模块可以对反电势进行实时观测并同时调整正、负序电流参考计算模块的参数，避免了在不同工况下引起电机参数变化而导致的控制算法失效问题。
附图说明
[0032]图1为本专利技术一实施例中直线永磁同步电机的结构框图；
[0033]图2为本专利技术一实施例中直线永磁同步电机的控制方法的流程图；
[0034]图3为本专利技术一实施例中直线永磁同步电机的控制系统的结构框图；
[0035]图4为本专利技术一实施例中对称分量提取模块的结构示意图；
[0036]图5为本专利技术一实施例中对称分量提取模块内SOGI的结构示意图。
[0037]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0038]直线永磁同步电机30；死区补偿模块31；对称分量提取模块132；对称分量提取模块233；反电势观测器模块34；主电路功率电路10；控制单元20；直流电源11；逆变器12；直流滤波电容13；位置检测单元22；电流检测单元24；驱动单元28；主控制器26；Park反变换150；Park反变换255；电流VPI控制器62；SV本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直线永磁同步电机的控制方法，其特征在于，包括：S1：基于死区补偿模块利用电流VPI控制器输出电压及三相采样电流获取电压补偿后信号；S2：将所述电压补偿后信号和所述三相采样电流输入对称分量提取模块，提取得到正负序电压和正负序电流；S3：将所述正负序电压和所述正负序电流输入反电势观测模块，以使所述反电势观测模块根据所述正负序电压、所述正负序电流和直线光栅输出的位置信息确定得到电机的正负序反电势；S4：利用正负序电流参考值计算模块计算观测的所述正负序反电势对应的dq坐标系下正负序电流参考值；S5：利用Park反变换模块将所述dq坐标系下正负序电流参考值变换到两相静止αβ坐标系下；在两相静止αβ坐标系下采用所述电流VPI控制器控制输出电流，以降低直线永磁同步电机输出的电磁推力波动。2.如权利要求1所述的直线永磁同步电机的控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括：将所述电流VPI控制器输出的第一相电压电压第一相电压电压和电流传感器采集的所述三相采样电流输入所述死区补偿模块，以使所述死区补偿模块输出和各自对应所述电压补偿后信号。3.如权利要求1或2所述的直线永磁同步电机的控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：将所述电压补偿后信号和所述三相采样电流输入所述对称分量提取模块；以使所述对称分量提取模块输出所述正负序电压和所述正负序电流；其中，所述正负序电压包括：第一相正序电压第二相正序电压第一相负序电压和第二相负序电压所述正负序电流包括：第一相正序电流第二相正序电流第一相负序电流和第二相负序电流4.如权利要求3所述的直线永磁同步电机的控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括：将所述正负序电压和所述正负序电流输入所述反电势观测模块，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲荣海，陈智，孔武斌，李大伟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：