【技术实现步骤摘要】
一种跑步机用双直线电机协同控制器及控制方法
[0001]本专利技术涉及智能控制
，具体是一种跑步机用双直线电机协同控制器及控制方法。
技术介绍
[0002]随着我国居民生活水平的逐渐提高，以及“全民健身”运动的深入展开，人们的健身意识逐年增强，购买家用健身器材的家庭也在逐渐增长。跑步机是目前主流的家用健身器材，目前的跑步机广泛采用旋转电机和传送带组合的结构，间接地获得直线运动。这样的传动方式存在着许多局限性，比如：加、减速度较小，中间转换环节较多，振动和噪声较大，以及传动过程中功率降低等。
[0003]永磁同步直线电机以其传动结构简单、控制效率高、动态响应快、定位精度高、推力密度高、振动和噪声小等优势，在高精密装备和轻工业制造领域得到了广泛的关注与研究。将双直线电机的动子直接连接运动踏板，并将双直线电机的定子平行放置刚性连接，代替传统旋转电机和传送带组合的结构，这种采用双永磁同步直线电机的跑步机结构如图1所示。由于直线电机动子可以在一维方向任意移动，减小了人脚掌落地瞬间的反向作用力，使腿部关节与腰椎承受自身重力、下坠冲击力得到了降低，在文体运动、医疗康复等领域呈现出广阔的应用前景。
[0004]传统的双直线电机控制器采用两套独立的驱动电路分别对两台电机进行控制，其整流部分、直流滤波环节设置重复，使得系统空间利用率低，影响功率密度。此外，在此种结构中，平行放置的两台直线电机共同驱动动子上所附加的负载，由于人正常行走过程中的双脚位置存在耦合关系，使得双直线电机的协同控制问题变得复杂：一旦两边的运动出...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种跑步机用双直线电机协同控制器，包括直线电机一、直线电机二和两套逆变器，其特征在于，所述直线电机一和直线电机二的三相动子绕组分别连接两套逆变器，两套逆变器共用整流环节以及直流滤波环节。2.根据权利要求1所述的一种跑步机用双直线电机协同控制器，其特征在于，该跑步机用双直线电机协同控制器还包括位置给定模块、误差补偿器、位置调节器、速度调节器、电流调节器、旋转/静止坐标变换模块、脉宽调制模块、速度位置信号处理模块以及静止/旋转坐标变换模块。3.根据权利要求2所述的一种跑步机用双直线电机协同控制器，其特征在于，所述位置给定模块，用于接收跑步机的速度给定信号，并输出运动踏板的位置给定值；所述误差补偿器，通过加法器连接两台直线电机，加法器的两个输入端信号分别为直线电机一的位置反馈信号和直线电机二的位置反馈信号，加法器的输出端连接误差补偿器的信号输入端；所述位置调节器，包括位置调节器一和位置调节器二，所述位置调节器一通过减法器一连接位置给定模块和误差补偿器，减法器一用于将所述运动踏板的位置给定值分别与直线电机一的位置反馈信号、位置补偿信号作差，输入到位置调节器一，位置调节器一输出直线电机一的速度给定信号，所述位置调节器二通过减法器二连接位置给定模块和误差补偿器，减法器二用于将所述运动踏板的位置给定值作反相运算后分别与直线电机二的位置反馈信号、位置补偿信号作差，输入到位置调节器二，位置调节器二输出直线电机二的速度给定信号。4.根据权利要求3所述的一种跑步机用双直线电机协同控制器，其特征在于，所述速度调节器，包括速度调节器一和速度调节器二，速度调节器一通过减法器三连接位置调节器一，减法器三用于将直线电机一的速度给定信号与直线电机一的速度反馈信号作差，速度调节器一输出直线电机一的q轴电流给定信号，速度调节器二通过减法器四连接位置调节器二，减法器四用于将直线电机二的速度给定信号与直线电机二的速度反馈信号作差，速度调节器二输出直线电机二的q轴电流给定信号，直线电机一的q轴电流给定信号和直线电机二的q轴电流给定信号均由位置速度信号处理模块计算得到；所述电流调节器，包括直线电机一的d轴电流调节器、直线电机一的q轴电流调节器、直线电机二的d轴电流调节器和直线电机二的q轴电流调节器，直线电机一的d轴电流调节器输入端连接直线电机一的d轴电流给定信号与直线电机一的d轴电流反馈信号的差值信号，直线电机一的d轴电流调节器输出直线电机一的d轴电压给定信号，直线电机一的q轴电流调节器输入端连接直线电机一的q轴电流给定信号与直线电机一的q轴电流反馈信号的差值信号，直线电机一的q轴电流调节器输出直线电机一的q轴电压给定信号，直线电机二的d轴电流调节器输入端连接直线电机二的d轴电流给定信号与直线电机二的d轴电流反馈信号的差值信号，直线电机二的d轴电流调节器输出直线电机二的d轴电压给定信号，直线电机二的q轴电流调节器输入端连接直线电机二的q轴电流给定信号与直线电机二的q轴电流反馈信号的差值信号，直线电机二的q轴电流调节器输出直线电机二的q轴电压给定信号。5.根据权利要求4所述的一种跑步机用双直线电机协同控制器，其特征在于，所述旋转/静止坐标变换模块包括直线电机一的旋转/静止坐标变换模块和直线电机二的旋转/静止坐标变换模块，所述直线电机一的旋转/静止坐标变换模块输入端连接直线电机一的d轴
电压给定值、直线电机一的q轴电压给定值和动子电角度反馈信号θ
r1
，所述直线电机一的旋转/静止坐标变换模块用于将直线电机一的d轴电压给定值、直线电机一的q轴电压给定值合成电压矢量变换到静止坐标系，得到静止αβ坐标系下直线电机一的α轴给定电压、β轴给定电压；所述直线电机二的旋转/静止坐标变换模块输入端连接直线电机二的d轴电压给定值、直线电机二的q轴电压给定值和动子电角度反馈信号θ
r1
，所述直线电机二的旋转/静止坐标变换模块用于将直线电机二的d轴电压给定值、直线电机二的q轴电压给定值合成电压矢量变换到静止坐标系，得到静止αβ坐标系下直线电机二的α轴给定电压、β轴给定电压；所述脉宽调制模块包括直线电机一的脉宽调制模块和直线电机二的脉宽调制模块，所述直线电机一的脉宽调制模块输入端连接直线电机一的α轴给定电压、β轴给定电压，直线电机一的脉宽调制模块进行空间矢量脉宽调制，产生A、B、C相的电压占空比信号，最终产生作用在直线电机一的逆变器中A、B、C相桥臂上的PWM驱动信号，所述直线电机二的脉宽调制模块输入端连接直线电机二的α轴给定电压、β轴给定电压，直线电机二的脉宽调制模块进行空间矢量脉宽调制，产生A、B、C相的电压占空比信号，最终产生作用在直线电机二的逆变器中A、B、C相桥臂上的PWM驱动信号。6.根据权利要求5所述的一种跑步机用双直线电机协同控制器，其特征在于，所述速度位置信号处理模块包括直线电机一的速度位置信号处理模块和直线电机二的速度位置信号处理模块，分别连接直线电机一和直线电机二，所述速度位置信号处理模块用于直线电机一、直线电机二的位置反馈信号，动子速度反馈信号，动子电角度反馈信号；所述静止/旋转坐标变换模块包括直线电机一的静止/旋转坐标变换模块和直线电机二的静止/旋转坐标变换模块，直线电机一的静止/旋转坐标变换模块输入端连接直线电机一的动子电角度信号，以及A、B、C相电流信号，输出直线电机一的d、q轴直流电流信号，直线电机二的静止/旋转坐标变换模块输入端连接直线电机二的动子电角度信号，以及A、B、C相电流信号，输出直线电机二的d、q轴直流电流信号。7.一种跑步机用双直线电机协同控制方法，其特征在于，采用权利要求1
‑
6任一项所述的控制器，包含以下步骤：步骤1、将跑步机的速度给定信号v
*
作为位置给定模块的输入信号，所述位置给定模块输出运动踏板的位置给定值y
r*
；步骤2、将直线电机一的位置反馈信号y
r1
、直线电机二的位置反馈信号y
r2
相加，作为误差补偿器的输入信号，所述误差补偿器输出位置补偿信号Δy
r
，通过调节Δy
r
，使得y
r1
+y
r2
始终为零，即控制两运动踏板在二维平面上反向往复运行；步骤3、将所述运动踏板的位置给定值y
r*
分别与直线电机一的位置反馈信号y
r1
、位置补偿信号Δy
r
作差，输入直线电机一的位置调节器，所述直线电机一的位置调节器输出直线电机一的速度给定信号v
r1*
，通过调节v
r1*
，使得y
r*
‑
y
r1
‑
Δy
r
始终为零，即对y
r*
进行无差跟踪，将所述运动踏板的位置给定值y
r*
作反相运算，分别与直线电机二的位置反馈信号y
r2
、位置补偿信号
‑
Δy
r
作差，输入直线电机二的位置调节器，所述直线电机二的位置调节器输出直线电机二的速度给定信号v
r2*
，通过调节v
r2*
，使得
‑
y
r*
‑
y
r2
+Δy
r
始终为零，即对
‑
y
r*
进行无差跟踪；步骤4、将所述直线电机一的速度给定信号v
r1*
与直线电机一的速度反馈信号v
r1
作差，输入直线电机一的速度调节器，所述直线电机一的速度调节器输出直线电机一的q轴电流
给定信号i
q1*
，通过调节i
q1*
，使得v
r1*
‑
v
r1
始终为零，即对v
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