永磁同步电机齿槽力矩的测量及抑制系统，包括：数字控制器、功率驱动模块、电流传感器、永磁同步电机、角位置传感器、角速度传感器；数字控制器由电流控制器、第一速度控制器、第二速度控制器和查找表LUT组成；本发明专利技术能够得到的齿槽力矩精度高、实施方便，并可将辨识出的齿槽力矩信息应用于闭环系统，不论是针对周期性速度参考信号，还是非周期性速度参考信号，都可以抑制转矩波动，使电机运行更为平滑。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于永磁同步电机控制领域，涉及高精度转台系统中永磁同步力矩电机齿槽力矩的测量及抑制系统及方法。
技术介绍
永磁同步电机中，有很多干扰力矩的存在，比如齿槽力矩、气隙磁场的谐波、摩擦力矩，等等。这些因素影响了速度的平稳性，降低了系统的性能。针对齿槽力矩，目前基本方法是在优化电机本体的设计和制造环节尽量减少齿槽力矩，如汪旭东等人在文献《永磁电机齿槽力矩综合抑制方法研究现状及展望》(《微电机》，2009，42(12)，pp64-70)中提供的电机设计方面的方法定子斜槽、转子斜极、改变极弧宽度等。但是由于设计、制造工艺等问题，相对于额定转矩一般仍有-3%的齿槽力矩存在。在高精度伺服转台系统中，尤其在低速或超低速运行时，对系统性能的影响将不能忽略。齿槽力矩是永磁体与线圈绕组的铁心相互作用的结果，是与位置相关的物理量， 并且在电机制造之后将不会改变。但是电机制造商很少会提供齿槽力矩的详细参数。齿槽力矩的测量方法目前大部分是采用弹簧秤或称重物的方法，这种方法只能测量电机一周中的几个离散点的齿槽力矩，不能充分反映电机齿槽力矩的详细信息，也不能用来抑制齿槽力矩。另一种方法是采用扭矩传感器测量。这种方法通过联轴器将电机转子与扭矩传感器连接，固定扭矩传感器的另一端，然后转动电机的定子，扭矩传感器的输出就是齿槽力矩波动。这种方法需要扭矩传感器、联轴器等，且安装、操作非常复杂，不便于实施(A Simple Method for Measuring Cogging Torque in Permanent Magnet Machines. IEEE,2009)。Z. Q. Zhu等人采用直接转矩控制方法来减小齿槽力矩(Minimizing the Influence of Cogging Torque on Vibration of PM Brushless Machines by Direct Torque Control, IEEE TRANS ON MAGNETICS, 42 (10), OCT, 2006) 但是齿槽力矩需要事先通过有限元分析软件计算得出，这需要知道电机结构的设计参数，而这些参数电机厂商往往不会提供。((Torque ripple minimization in PM synchronous motors using iterative learning control》(IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 19, NO. 2, MARCH 2004) 一文，采用迭代学习控制设计了转矩控制器，但是需要转矩传感器来提供转矩参考值，大大增加了系统的复杂度。陈娟等人通过设计重复控制来减小力矩波动的影响(《电机波动力矩的重复学习控制补偿》，光学精密工程，2003，11(4),ρρ390-393)。但文中提供的方法只能针对周期型参考信号，对非周期参考信号，系统性能将极度恶化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术测量精度不高、测量方法复杂的缺点，提供一种，在不破坏转台完整性和不增加额外硬件的条件下，辨识出电机连续、精确的齿槽力矩。本专利技术的技术解决方案永磁同步电机齿槽力矩的测量及抑制系统，包括数字控制器100、功率驱动模块101、电流传感器102、永磁同步电机103、角位置传感器104、角速度传感器105 ；其中，数字控制器100由电流控制器1001、第一速度控制器1002、第二速度控制器1003和查找表LUT1004组成；角位置传感104用来测量永磁同步电机103的转子相对于定子的位置信息，并将所述位置信息送至查找表LUT1004 ；角速度传感器105用来测量永磁同步电机103的转子相对于定子的速度ω，速度ω的期望值为ω*，二者的差值为速度误差e，e = ω*-ω，速度误差信号e被送到第一速度控制器1002和第二速度控制器1003 的输入端，第一速度控制器1002完成速度闭环控制得到电流期望值，将所述电流期望值送至电流控制器1001的输入端，第二速度控制器1003完成速度优化得到电流优化期望值u， 并将所述电流优化期望值u输出送至查找表LUT1004和电流控制器1001的输入端；电流传感器102安装永磁同步电机电源线1031上，用来测量永磁同步电机103的电流，并将所测量的电流信号送至电流控制器1001的输入端，所述电流控制器1001的输入信号为第一速度控制器1002输出的电流期望值、第二速度控制器1003输出的电流优化期望值u (或者是查找表LUT1004的输出信号)、电流传感器102测量的电流信号(以负反馈形式加到电流控制器1001的输入端)；电流控制器1001通过优化控制得到电机的期望电压信号，将所述期望电压信号输出送至功率驱动模块101，功率驱动模块101通过永磁同步电机电源线1031 驱动永磁同步电机103完成速度优化；在得到速度优化之后，查找表LUT1004把第二速度控制器1003输出的电流优化期望值u按照角位置传感器104送来的位置信息，做成一维查找表，一维查找表乘以-Kt就得到电机的齿槽力矩信息(Kt为电机力矩系数)；在齿槽力矩补偿方面，电流控制器1001通过逻辑判断选择第二速度控制器1003的输出信号或者查找表 1004的输出信号送至电流控制器1001的输入端，即可完成齿槽力矩的补偿。所述第一速度控制器1002的设计原则是使得速度环开环传递函数至少为I型系统，以抑制恒定的摩擦力矩和负载力矩；所述第一速度控制器1002的闭环控制算法为{K'S + Ki),其中Kp为比例系数，Ki为积分系数，S为拉普拉斯算子。所述第二速度控制器1003具有学习、优化功能，能够对第一速度控制器作用之后的速度信息进行优化；所述第二速度控制器1003速度优化算法为U]+1 (k) = Q(S)Iuj (k) + L(S)Cj (k +1)]= —~TS+ \其中L(s)为学习函数；Q(S)为滤波函数；j代表迭代周期；k代表每个迭代周期中的采样点；ej(k) = *(k)- j(k)为第二速度控制器1003的输入信号；kp为比例系数，kd 为微分系数，、和、的整定方式类似于PID控制器参数的整定方式，τ为一阶惯性环节的时间常数，s为拉普拉斯算子，u为第二速度控制器1003的输出信号。所述电流控制器1001必须保证电流环的带宽大于200Hz，以保证永磁同步电机103有足够快的力矩响应特性；所述电流控制器1001的优化控制算法为+ ,其中Kp 为比例系数，Ki为积分系数。5所述位置信息为电机的一周0° -360° ；所述一维查找表的长度根据实际情况进行选择，要足够长(本专利技术实施例选择为2000)，以保证可以精确表述齿槽力矩信息，另外要求位置传感器要达到精度要求。永磁同步电机齿槽力矩的测量及抑制方法，实现步骤如下(1)按照权利要求1安装电流传感器102、角速度传感器105和角位置传感器104 ；(2)设计电流控制器1001，使电流环带宽大于200Hz，以保证永磁同步电机103具有足够快的力矩响应；(3)设计第一速度控制器1002，使得速度环开环传递函数至少为I型系统，以抑制恒定的摩擦力矩和负载力矩；(4)设计具有学习、优化功能的第二速度控制器1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李锦英，付承毓，陈兴龙，田竞，于伟，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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