交流伺服電機硬件在環(huán)試驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種電機控制領(lǐng)域的試驗裝置，尤其涉及的是一種交流伺服電機 硬件在環(huán)試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前交流伺服電機的伺服系統(tǒng)的構(gòu)建主要有兩種形式：（1)在專用的仿真軟件環(huán) 境下構(gòu)建交流伺服電機的控制模型，在該模型中進(jìn)行控制算法的實現(xiàn)、參數(shù)尋優(yōu)等理論模 擬仿真；（2)利用專門的電機控制芯片設(shè)計成的控制器來實現(xiàn)交流伺服電機的控制系統(tǒng)。 第一種方法屬于算法上的理論驗證，實驗條件是在理想情況下的模擬仿真，該方法有方便 快速的建立仿真模型等優(yōu)點，但同時該方法也存在著無法將處理結(jié)果實時的應(yīng)用到伺服系 統(tǒng)中；第二種方法是基于專門的DSP芯片的伺服系統(tǒng)，該方法具有較高的精度，但是算法及 算法參數(shù)的修改和負(fù)載的改變需要花費巨大的時間和精力，并不適用于試驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決實際應(yīng)用存在的問題，本發(fā)明提供了一種交流伺服電機硬件在環(huán)試驗裝 置，通過實時控制單元和硬件驅(qū)動電路相結(jié)合的半實物仿真模式的硬件在環(huán)，來實現(xiàn)交流 伺服電機控制。
[0004] 本發(fā)明技術(shù)方案如下：
[0005] 一種交流伺服電機硬件在環(huán)試驗裝置，包括工作電機驅(qū)動控制器、可調(diào)負(fù)載單元、 負(fù)載控制器、實時控制單元和扭矩傳感器單元；
[0006] 實時控制單元與工作電機驅(qū)動控制器相連，扭矩傳感器單元、可調(diào)負(fù)載單元、負(fù)載 控制器和實時控制單元依次順序相連，試驗用交流伺服電機連接在工作電機驅(qū)動控制器、 扭矩傳感器單元之間；扭矩傳感器單元與實時控制單元相連接。
[0007] 可調(diào)負(fù)載單元為負(fù)載電機。
[0008] 負(fù)載控制器通過實時控制單元控制。
[0009] 工作電機驅(qū)動控制器包括高壓供電模塊、光電隔離模塊、功率芯片供電模塊、功率 驅(qū)動模塊、編碼器模塊、電流傳感器、電壓傳感器、工作電機電源模塊、保護(hù)電路模塊；
[0010] 高壓供電模塊與工作電機電源模塊相連，光電隔離模塊、功率芯片供電模塊、工作 電機電源模塊、保護(hù)電路模塊均與功率驅(qū)動模塊相連，功率驅(qū)動模塊連接試驗用交流伺服 電機；
[0011] 實時控制單元通過光電隔離模塊連接功率驅(qū)動模塊，編碼器模塊、電流傳感器、電 壓傳感器均分別連接試驗用交流伺服電機和實時控制單元。
[0012] 實時控制單元產(chǎn)生六路PWM信號通過六路接口輸送到工作電機驅(qū)動控制器，工作 電機驅(qū)動控制器和試驗用交流伺服電機通過三相電源線、信號線相連，工作電機驅(qū)動控制 器控制交流伺服電機的運行，并獲得試驗用交流伺服電機的位置和速度信息；
[0013] 工作電機驅(qū)動控制器采集到的交流伺服電機的實時數(shù)據(jù)傳送給實時控制單元；
[0014] 實時控制單元上設(shè)置的負(fù)載力矩參數(shù)傳送給負(fù)載控制器，負(fù)載控制器控制可調(diào)負(fù) 載單元產(chǎn)生變化的負(fù)載力矩，同時實時控制單元對扭矩傳感器單元的輸出信號實時采集。
[0015] 可調(diào)負(fù)載單元、扭矩傳感器單元和交流伺服電機同軸相連連，可調(diào)負(fù)載單元給工 作電機加載不同的負(fù)載，同時，扭矩傳感器單元能夠采集可調(diào)負(fù)載單元和交流伺服電機的 相對扭矩。
[0016] 高壓供電模塊用于為工作電機電源模塊提供電源，包括接線端子部分、整流橋部 分、繼電器保護(hù)部分，接線端子部分、整流橋部分、繼電器保護(hù)部分依次順序連接；
[0017] 接線端子部分每個引線上均設(shè)置一個電容，用于濾波；整流橋選用的型號為 6RI100G-160,該型號性能穩(wěn)定，使得交流電轉(zhuǎn)化成直流電；第三部分的繼電器采用的是 NVF4-3A-Z80b，防止初始上電時電流過大而燒壞電路元器件。
[0018] 光電隔離模塊的控制電路由PWM控制信號控制，光耦在PWM中的控制信號作用下 導(dǎo)通和關(guān)斷IPMdntelligentPowerModule，智能功率模塊）的輸入信號；每路光耦都是 相同的結(jié)構(gòu)，控制六路信號。這里的光耦相當(dāng)于一個開關(guān)，起到隔離電路的作用，避免了相 互的干擾。
[0019] 功率芯片供電模塊包括四路相同的供電電路，供電電路彼此之間相互獨立，相互 不干擾，保證穩(wěn)定性；
[0020] 每條供電電路包括24V電源和F2415S-2W集成器件，24V電源、F2415S-2W集成器 件相連接。
[0021] 工作電機電源模塊輸出電機工作電源給功率驅(qū)動模塊，高壓供電模塊的電壓轉(zhuǎn)換 后輸出電壓至工作電機電源模塊轉(zhuǎn)換為電機工作電源，同時電機工作電源經(jīng)過電源轉(zhuǎn)換芯 片獲得功率芯片供電模塊輸出的24V電源，以及為電流傳感器、電壓傳感器提供供電的的 ±12V直流電源。
[0022] 所述± 12V直流電源連接電流傳感器、電壓傳感器，為電流傳感器、電壓傳感器提 供電源?！?2V為電流傳感器提供電源，在電源和地之間接上電容防止電磁干擾，通過采樣 電阻獲得米樣電流。
[0023] 保護(hù)電路模塊包括母線過壓欠壓保護(hù)電路、IPM輸出異常保護(hù)電路和保護(hù)控制電 路，母線過壓欠壓保護(hù)電路、IPM輸出異常保護(hù)電路均與保護(hù)控制電路相連接。
[0024] 較優(yōu)地，實時控制單元的控制過程具體包括以下步驟：
[0025] S1，實時控制單元采集電機轉(zhuǎn)子參考速度wMf、電機轉(zhuǎn)子實測速度w、電機相電流 ia，ib、輸入電機轉(zhuǎn)子角度9 ;
[0026] S2,計算誤差e=wref_w;
[0027] S3,進(jìn)行速度環(huán)PI運算，得到控制量輸出
【主權(quán)項】
1. 一種交流伺服電機硬件在環(huán)試驗裝置，其特征在于，包括工作電機驅(qū)動控制器（1)、 可調(diào)負(fù)載單元（3)、負(fù)載控制器（4)、實時控制單元（5)和扭矩傳感器單元（30); 實時控制單元（5)與工作電機驅(qū)動控制器（1)相連，扭矩傳感器單元（30)、可調(diào)負(fù)載單 元（3)、負(fù)載控制器⑷和實時控制單元（5)依次順序相連，試驗用交流伺服電機⑵連接 在工作電機驅(qū)動控制器（1)、扭矩傳感器單元（30)之間；扭矩傳感器單元（30)與實時控制 單元（5)相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流伺服電機硬件在環(huán)試驗裝置，其特征在于：所述的工作 電機驅(qū)動控制器（1)包括高壓供電模塊（6)、光電隔離模塊（7)、功率芯片供電模塊（8)、功 率驅(qū)動模塊（9)、編碼器模塊（10)、電流傳感器（11)、電壓傳感器（12)、工作電機電源模塊 (13)、保護(hù)電路模塊（14); 高壓供電模塊（6)與工作電機電源模塊（13)相連，光電隔離模塊（7)、功率芯片供電模 塊⑶、工作電機電源模塊（13)、保護(hù)電路模塊（14)均與功率驅(qū)動模塊（9)相連，功率驅(qū)動 模塊（9)連接試驗用交流伺服電機（2); 實時控制單元（5)通過光電隔離模塊（7)連接功率驅(qū)動模塊（9)，編碼器模塊（10)、 電流傳感器（11)、電壓傳感器（12)均分別連接試驗用交流伺服電機（2)和實時控制單元 (5)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流伺服電機硬件在環(huán)試驗裝置，其特征在于： 所述實時控制單元（5)產(chǎn)生六路PWM信號通過六路接口輸送到工作電機驅(qū)動控制器 (1)，工作電機驅(qū)動控制器（1)和試驗用交流伺服電機（2)通過三相電源線、信號線相連，工 作電機驅(qū)動控制器（1)控制交流伺服電機（2)的運行，并獲得試驗用交流伺服電機（2)的 位置和速度信息； 工作電機驅(qū)動控制器（1)采集到的交流伺服電機（2)的實時數(shù)據(jù)傳送給實時控制單元 (5)； 實時控制單元（5)上設(shè)置的負(fù)載力矩參數(shù)傳送給負(fù)載控制器（4)，負(fù)載控制器（4)控 制可調(diào)負(fù)載單元（3)產(chǎn)生變化的負(fù)載力矩，同時實時控制單元（5)對扭矩傳感器單元（30) 的輸出信號實時采集； 可調(diào)負(fù)載單元（3)、扭矩傳感器單元（30)，和交流伺服電機（2)同軸相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流伺服電機硬件在環(huán)試驗裝置，其特征在于： 所述高壓供電模塊（6)用于為工作電機電源模塊（13)提供電源，包括接線端子部分、 整流橋部分、繼電器保護(hù)部分，所述接線端子部分、整流橋部分、繼電器保護(hù)部分依次順序 連接； 接線端子部分每個引線上均設(shè)置一個電容。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流伺服電機硬件在環(huán)試驗裝置，其特征在于： 光電隔離模塊（7)包括六路控制電路，受實時控制單元（5)輸出的PWM信號的控制，光 耦在PWM控制信號作用下導(dǎo)通和關(guān)斷IPM的輸入信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流伺服電機硬件在環(huán)試驗裝置，其特征在于： 功率芯片供電模塊（8)包括四路相同的供電電路，供電電路彼此之間相互獨立； 所述每條供電電路包括24V電源和F2415S-2W集成器件，所述24V電源、F2415S-2W集 成器件相連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流伺服電機硬件在環(huán)試驗裝置，其特征在于： 工作電機電源模塊（13)輸出電機工作電源給功率驅(qū)動模塊（9)，高壓供電模塊（6)的 電壓轉(zhuǎn)換后輸出電壓至工作電機電源模塊（13)轉(zhuǎn)換為電機工作電源，同時電機工作電源 經(jīng)過電源轉(zhuǎn)換芯片獲得功率芯片供電模塊（8)輸出的24V電源，以及為電流傳感器（11)、電 壓傳感器（12)提供供電的±12V直流電源； 所述± 12V直流電源連接電流傳感器（11)、電壓傳感器（12)，為電流傳感器（11)、電壓 傳感器（12)提供電源。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流伺服電機硬件在環(huán)試驗裝置，其特征在于： 保護(hù)電路模塊（14)包括母線過壓欠壓保護(hù)電路、IPM輸出異常保護(hù)電路和保護(hù)控制電 路；所述母線過壓欠壓保護(hù)電路、IPM輸出異常保護(hù)電路、軟啟動繼電器電路均與保護(hù)控制 電路相連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流伺服電機硬件在環(huán)試驗裝置，其特征在于：所述實時控 制單元（5)的控制過程具體包括以下步驟： S1，實時控制單元（5)采集電機轉(zhuǎn)子參考速度￥#、電機轉(zhuǎn)子實測速度 ￥、電機相電流ia，ib、輸入電機轉(zhuǎn)子角度9 ; 52, 計算誤差e=wIef-w; t 53, 進(jìn)行速度環(huán)PI運算，得到控制量輸出; 0 54, 根據(jù)u，ia，ib，0進(jìn)行Park變換、Clark變換、雙電流環(huán)PI運算，得到中間電壓變量 ua，up; 55, 根據(jù)中間電壓變量Ua，Up，進(jìn)行SVPWM變換，輸出PWM控制信號； 56, PWM控制信號送給工作電機驅(qū)動控制器（1)，工作電機驅(qū)動控制器（1)控制交流伺 服電機⑵運轉(zhuǎn)； 57, 輸出扭矩控制量給負(fù)載控制器（4)，負(fù)載控制器（4)控制可調(diào)負(fù)載單元（3)輸出相 應(yīng)的負(fù)載。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的交流伺服電機硬件在環(huán)試驗裝置，其特征在于：所述步驟S1 實時控制單元（5)參數(shù)調(diào)整時，通過計算機在線操作，在計算機屏幕上以圖形的形式，實時 動態(tài)顯示電機轉(zhuǎn)子參考速度、電機轉(zhuǎn)子實測速度、電機相電流、輸入電機轉(zhuǎn)子角度和扭矩信 息。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種交流伺服電機硬件在環(huán)試驗裝置，包括工作電機驅(qū)動控制器（1）、可調(diào)負(fù)載單元（3）、負(fù)載控制器（4）、實時控制單元（5）和扭矩傳感器單元（30）； 實時控制單元（5）與工作電機驅(qū)動控制器（1）相連，扭矩傳感器單元（30）、可調(diào)負(fù)載單元（3）、負(fù)載控制器（4）和實時控制單元（5）依次順序相連，試驗用交流伺服電機（2）連接在工作電機驅(qū)動控制器（1）、扭矩傳感器單元（30）之間；扭矩傳感器單元（30）與實時控制單元（5）相連接，本發(fā)明搭建模型快速方便，相對專用DSP芯片的控制系統(tǒng)要簡單且節(jié)省時間，實時控制修改算法參數(shù)，為參數(shù)尋優(yōu)、各種算法的性能比較，以及控制算法的參數(shù)調(diào)節(jié)提供了方便。
【IPC分類】G05B23-02
【公開號】CN104615129
【申請?zhí)枴緾N201510084702
【發(fā)明人】黃家才, 張玎橙, 施昕昕, 李宏勝
【申請人】南京工程學(xué)院
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月16日