專利名稱：：直線電機伺服系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于工業(yè)測試
技術領域：
，涉及一種直線電機，尤其涉及一種直線電機伺服系統(tǒng)。
背景技術：
：目前，直線電機及其驅(qū)動器的生產(chǎn)技術和應用技術在工業(yè)發(fā)達國家正處于發(fā)展階段，并作為一種嶄新的進給方式呈現(xiàn)出極大的生命力，西方國家已有十多個著名的公司生產(chǎn)不同種類和型號的直線電機及驅(qū)動器。美國Anorad公司是世界上最大的直線電機供應商之一，從二十世紀八十年代初開始研制直線電機，主導產(chǎn)品是正弦波永磁交流直線電機和方波無刷直流直線電機，其應用的典型實例是二十世紀九十年代為美國Ingersoll銑床公司生產(chǎn)的高速臥式加工中心HVM800和X.Y.Z軸均采用永磁式同步直線伺服電動機驅(qū)動的HVM600.其最大進給速度為76.2m/min，加速度為5g。這轟動了當時的國際機床界，被譽為世界機床技術的新高峰。美國的Kollmorgen公司是世界上著名的工業(yè)運動控制廠家，其提供的永磁式直線伺服電機有兩大類型.一種是動子無鐵心結構，具有極高的動態(tài)性能，在速度低于60um/min時仍然能平滑運動。另一種是動子有鐵心結構，可獲得高達8000N推力。由于永磁體采用了模塊化設計，定子的長度可根據(jù)用戶需要加長，可達到1000mm以上，最高速度可達300m/min。日本三井精機公司生產(chǎn)的高速工具磨床，采用直線電機驅(qū)動Z軸，其上下移動的頻率可達400次/min(行程為25mm)，最高加速度為2.3g。日本sodick公司將直線電機應用于電火花機床，推出了裝配直線電機的AQ系列電火花成形機和線切割機。可在0.0001mm的控制當量的條件下將軸的運動速度提高到36m/min，最大加速度達到1.2g。這樣的技術指標使新一代的電火花成形機兼具了高速度和精加工的綜合條件，使電火花成形加工的性能有了較大的提高，在電加工界引起了很大反響。德國的Siemens公司的永磁式直線同步電機最大移動速度可達200m/min，最大推力可達6600N，最大位移504mm，適用于高速銑床、曲軸車床、超精密車床、磨床、激光車床等。直線電機直接驅(qū)動的飛速發(fā)展使一些不生產(chǎn)直線電機控制系統(tǒng)和驅(qū)動裝置的廠家與電機制造廠進行合作，開發(fā)生產(chǎn)直線電機配套系統(tǒng)的驅(qū)動裝置.例如Fanuc公司和美國電機制造廠AnoardInc之間的合作關系。另外一些公司，如美國Anorad公司和德國Siemens公司合作，他們專門定義了CNC和伺服系統(tǒng)與直線電機的性能和接口特性。德國Indramat公司在其數(shù)字化智能直線電機伺服驅(qū)動器中引進了先進的國際化、開放式SERCOS(SerialReal-timeCommunicationSystem)接口標準，使得位置閉環(huán)控制在驅(qū)動器內(nèi)部完成。總的來說，作為高速加工中心的新一代的直線電機伺服技術，在國外已進入工業(yè)應用階段。但國內(nèi)直線電機的研究和應用尚處于起步階段，大多數(shù)研究停留在仿真和試驗階段，試驗數(shù)據(jù)非常有限，缺乏對比資料和生產(chǎn)經(jīng)驗，與國外相比差距很大。由于關鍵的直線電機伺服技術主要掌握在少數(shù)直線電機和伺服控制裝置制造商手中，并視為商業(yè)機密，技術封鎖和技術保密使能夠查閱的資料少之又少；要發(fā)展我國的高速加工中心和高速運輸，建立相關產(chǎn)業(yè)，就必須走自己研究開發(fā)的道路。因此，直線電機及其測試裝置及測試方法的自主研發(fā)勢在必行。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種直線電機伺服系統(tǒng)，可完成對直線電機的驅(qū)動控制，且成本較低。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案—種直線電機伺服系統(tǒng)，該伺服系統(tǒng)包括直線電機、用以驅(qū)動直線電機的直線電機驅(qū)動器；所述直線電機驅(qū)動器包括數(shù)字信號處理器DSP，用以控制直線電機的位置環(huán)路、速度換路、電流環(huán)路；開關電源，與所述數(shù)字信號處理器DSP連接；驅(qū)動電路，包括自動保護單元；電機反饋位置獲取單元，用以獲取電機轉(zhuǎn)子的實際位置；電機轉(zhuǎn)子位置由編碼器送至接口電路，由DSP通過數(shù)據(jù)總線定時讀取，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波以及分析處理，得到電機轉(zhuǎn)子的實際位置；電機反饋轉(zhuǎn)速計算單元，用以根據(jù)所述電機反饋位置獲取單元獲取的電機轉(zhuǎn)子的實際位置、測量時間計算出電機的實際轉(zhuǎn)速；電機反饋電流獲取單元，利用電阻采樣，通過線性光藕隔離送給AD轉(zhuǎn)換器，模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后經(jīng)串行口送給DSP;位置環(huán)運算單元，采用負反饋控制模式，電機位置脈沖指令和電機轉(zhuǎn)子實際位置作為輸入量參與比例調(diào)節(jié)器運算，速度指令作為運算結果輸出，完成位置環(huán)子程序的運算；速度環(huán)運算單元，采用負反饋控制模式，速度指令和電機實際轉(zhuǎn)速作為輸入量參與比例積分調(diào)節(jié)器運算，力矩指令作為運算結果輸出，完成速度環(huán)子程序的運算；矢量控制單元，其控制對象為同步電機，在Id=Iq轉(zhuǎn)子結構對稱的情況下，永磁同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與Id無關電磁轉(zhuǎn)矩Te=(l/")E。Iq;其中，E0為轉(zhuǎn)子磁極在定子繞組中產(chǎn)生的感應電勢，Id、Iq為定子直交軸電流，Ld、Lq為定子直交軸電感，R為定子繞組電阻，"為同步角頻率。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述電機反饋位置獲取單元、電機反饋轉(zhuǎn)速計算單元包括可編程器件。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述電機反饋位置獲取單元中，電機轉(zhuǎn)子位置由編碼器送至專門的接口電路，并由硬件四倍頻，然后到16位加/減計數(shù)器進行記數(shù)，由DSP通過數(shù)據(jù)總線定時讀取，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波以及分析處理，得到電機轉(zhuǎn)子的實際位置。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述電機反饋電流獲取單元中，獲取三相電流分量ia、ib、ic中的ia、ib，根據(jù)ia、ib值計算第三相電流ic值。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述DSP包括ALU計算單元、MAC計算單元、sHIFTER計算單元；ALU執(zhí)行代數(shù)和邏輯操作的標準系列；MAC執(zhí)行單周期的乘法，乘/加，乘/減操作；SHIFTER執(zhí)行邏輯的和算術的移位，標準的、非標準的和指數(shù)操作，SHIFTER用來作為有效的執(zhí)行數(shù)字元格式控制包括多字的和塊狀的浮點表示法。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述驅(qū)動電路是自動保護單元包括過壓保護單元、欠壓保護單元、過流保護單元、過熱保護單元；所述開關電源包括溫度保護單元、外部過電流保護單元、輸出過載保護單元、過壓保護單元、欠壓鎖定單元。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，電機位置脈沖指令共有若干種方式，根據(jù)參數(shù)不同切換不同的計數(shù)方式，由16位加/減計數(shù)器進行記數(shù)，并由DSP通過數(shù)據(jù)總線定時讀取，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波以及分析處理，在位置控制模式下，作為電機的位置脈沖指令參與位置環(huán)的計算；電機速度模擬指令由硬件通過加法器使雙極性變?yōu)閱螛O性，并由AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，通過DSP的串行口讀入，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波以及分析處理，在速度控制模式下，作為速度指令參與速度環(huán)的計算。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在軟件初始化階段P麗信號送出以前，DSP先讀取ia、ib反饋電流值作為零電流值，以后所讀取的值均與此基準值比較，即軟件調(diào)零；零電流值是一個很關鍵的數(shù)據(jù)，為保證基準值正確，在初始化階段讀取ia、ib值數(shù)次，并經(jīng)數(shù)字濾波處理，完成零電流值的正確讀取。AD轉(zhuǎn)換器與DSP的串行口相連，數(shù)據(jù)通過DSP的DMA通道直接進入內(nèi)存，不中斷DSP程序的運行。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的直線電機伺服系統(tǒng)是一個集電源、驅(qū)動、控制一體的結構，強弱電控制信號混合，為防止強弱電、開關電源等各類信號之間的干擾，對印制線路板的布局進行詳細周密考慮，采取一系列防干擾、抗干擾措施，在電源驅(qū)動板中，強弱電走線盡可能分隔遠離，以及零線、接地線合理布局。本發(fā)明適合應用于大數(shù)據(jù)量的高速、實時的應用場合，可以充分滿足直線電機所需的大數(shù)據(jù)量、高處理速度的需求。圖1為本發(fā)明直線電機伺服系統(tǒng)的組成示意圖。圖2為本發(fā)明反饋電流采樣的示意圖。圖3為本發(fā)明鍵盤及顯示電路的組成示意圖。圖4為本發(fā)明驅(qū)動方法參數(shù)管理操作框圖。圖5為本發(fā)明驅(qū)動方法參數(shù)管理操作意義示意圖。圖6為本發(fā)明驅(qū)動方法參數(shù)設置操作框圖。具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。實施例一請參閱圖1，本發(fā)明揭示了一種直線電機伺服系統(tǒng)，包括直線電機20、直線電機驅(qū)動器IO。如圖1所示，直線電機驅(qū)動器10包括數(shù)字信號處理器1、開關電源2、電機反饋位置獲取單元3、電機反饋轉(zhuǎn)速計算單元4、電機反饋電流獲取單元5、位置環(huán)運算單元6、速度環(huán)運算單元7、矢量控制單元8、驅(qū)動電路9。數(shù)字信號處理器1、開關電源2分別與其他單元連接。數(shù)字信號處理器DSP數(shù)字信號處理器DSP用以控制直線電機的位置環(huán)路、速度換路、電流環(huán)路。DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。本實施例中，DSP采用三總線結構外部數(shù)據(jù)總線，外部地址總線和DMA總線，內(nèi)部的程序內(nèi)存數(shù)據(jù)總線和數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)總線共享一條外部數(shù)據(jù)總線；內(nèi)部的程序內(nèi)存地址總線和數(shù)據(jù)存儲器地址總線共享一條外部地址總線。此外，本實施例中，DSP支持新的指令，包括位元操作(位設置、位清除、位切換、位測試)新的算術邏輯部件常量，新的多功能操作和位移舍入。同時，DSP包括三個獨立的計算單元ALU、MAC、SHIFTER;ALU執(zhí)行代數(shù)和邏輯操作的標準系列；MAC執(zhí)行單周期的乘法，乘/加，乘/減操作(累積40位)；SHIFTER執(zhí)行邏輯的和算術的移位，標準的，非標準的和指數(shù)操作，SHIFTER可以用來作為有效的執(zhí)行數(shù)字元格式控制包括多字的和塊狀的浮點表示法。本實施例中，DSP能響應13個中斷信號6個外部中斷(一個邊緣感應，兩個電平感應和三個可重置的)和7個內(nèi)部中斷，它們分別由定時器、串行端口、BDMA、P0WER-D0WN和復位電路產(chǎn)生。DSP提供13個常規(guī)用途的標志引腳，SPR0T1中的輸入和輸出引腳可以設置成輸入標志或輸出標志。另外，有8個可編程的輸入/輸出標志和3個輸出標志?？删幊痰膬?nèi)部定時器可以產(chǎn)生周期的中斷。開關電源在全數(shù)字交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，需要多路控制電源，控制電源的可靠性在整個系統(tǒng)正常工作中非常關鍵，系統(tǒng)需要+5V、-5V電源，功率驅(qū)動中多路+15V電源。由于系統(tǒng)體積較小，電源的設計要求小型化，難度較高。此電源設計成開關電源，選用具有以下特點開關電源(1)、體積小、重量輕、成本低、內(nèi)置電流檢測MOSFET，具有自保護功能。(2)、門極驅(qū)動效率更高，可以減少開關損耗，最大占空比70%，可以減少傳輸損耗。(3)、所述開關電源包括溫度保護單元、外部過電流保護單元、輸出過載保護單元、過壓保護單元、欠壓鎖定單元。使得開關電源2具體有多種保護功能溫度保護，外部過電流保護，輸出過載保護，過壓保護，欠壓鎖定等功能。(4)、輸入電壓范圍廣AC85V-AC265V。(5)、軟啟動功能。驅(qū)動電路在全數(shù)字交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，功率驅(qū)動電路具有自動保護功能，本身帶有驅(qū)動的智能化IPM(IntelligentPowerModule)模塊。該模塊有過壓、欠壓、過流、過熱等自動保護功能，驅(qū)動接口只需高速光耦隔離驅(qū)動，大大簡化外圍電路，提高系統(tǒng)可靠性。在電源驅(qū)動板上選用的新器件均做了大量的試驗，如連續(xù)運行、過載運行、高溫老化等，保證了這些新器件在產(chǎn)品上安全可靠地應用。電機反饋位置獲取單元電機反饋位置獲取單元3用以獲取電機轉(zhuǎn)子的實際位置；電機轉(zhuǎn)子位置由編碼器送至接口電路，由DSP通過數(shù)據(jù)總線定時讀取，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波以及分析處理，得到電機7轉(zhuǎn)子的實際位置。本實施例中，電機轉(zhuǎn)子位置由編碼器送至專門的接口電路，并由硬件四倍頻，然后到16位加/減計數(shù)器進行記數(shù)，由DSP通過數(shù)據(jù)總線定時讀取，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波以及分析處理，得到電機的轉(zhuǎn)子實際位置，根據(jù)測量時間值算出電機的實際轉(zhuǎn)速。電機位置脈沖指令共有三種方式，根據(jù)參數(shù)不同切換不同的計數(shù)方式，由16位加\減計數(shù)器進行記數(shù)，并由DSP通過數(shù)據(jù)總線定時讀取，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波以及分析處理，在位置控制模式下，作為電機的位置脈沖指令參與位置環(huán)的計算。電機反饋轉(zhuǎn)速計算單元電機反饋轉(zhuǎn)速計算單元4用以根據(jù)所述電機反饋位置獲取單元獲取的電機轉(zhuǎn)子的實際位置、測量時間計算出電機的實際轉(zhuǎn)速。速度模擬指令由硬件通過加法器使雙極性變?yōu)閱螛O性，并由AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，通過DSP的串行口讀入，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波以及分析處理，在速度控制模式下，作為速度指令參與速度環(huán)的計算。[OO58]電機反饋電流獲取單元電機反饋電流獲取單元5利用電阻采樣，通過線性光藕隔離送給AD轉(zhuǎn)換器，模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后經(jīng)串行口送給DSP。本實施例中，利用電阻采樣后，通過線性光藕隔離送給AD轉(zhuǎn)換器，模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后經(jīng)串行口送給DSP，零位由軟件自動調(diào)整設置，反饋系數(shù)亦可由參數(shù)靈活設置，這樣就省卻了模擬電路中的電位器及其它分立器件，充分利用數(shù)字化的優(yōu)點。通過實驗，發(fā)覺采用電阻采樣代替HALL元件，電機的實際電流更接近理想的電流波形，主要表現(xiàn)在跟蹤響應更快，電流反饋回路遲滯時間更短，因而從理論上分析，其靜、動態(tài)性能應更好。請參閱圖2，本實施例中，為了保證在不降低性能的前提下降低產(chǎn)品成本，所述電機反饋電流獲取單元5獲取三相電流分量ia、ib、ic中的ia、ib，而后根據(jù)ia、ib值通過軟件計算第三相電流ic值。這樣不僅能降低成本、減少硬件，還可以減少一個A/D通道以及讀取A/D通道的軟件開銷時間。位置環(huán)運算單元位置環(huán)運算單元6采用負反饋控制模式，電機位置脈沖指令和電機轉(zhuǎn)子實際位置作為輸入量參與比例調(diào)節(jié)器運算，速度指令作為運算結果輸出，完成位置環(huán)子程序的運算。由于HALL元件成本較高，作為一種反饋元件，對其穩(wěn)定性、靈敏性及線性度均有較高的要求。本實施例中，位置環(huán)采用負反饋控制模式，為了提高動態(tài)響應速度，還加入了前饋控制。電機位置脈沖指令和電機轉(zhuǎn)子實際位置作為輸入量參與比例調(diào)節(jié)器運算(P模式)，速度指令作為運算結果輸出，完成位置環(huán)子程序的運算。速度環(huán)運算單元速度環(huán)運算單元7采用負反饋控制模式，速度指令和電機實際轉(zhuǎn)速作為輸入量參與比例積分調(diào)節(jié)器運算，力矩指令作為運算結果輸出，完成速度環(huán)子程序的運算。本實施例中，速度環(huán)也采用負反饋控制模式。速度指令和電機實際轉(zhuǎn)速作為輸入量參與比例積分調(diào)節(jié)器運算(PI模式)，力矩指令作為運算結果輸出，完成速度環(huán)子程序的運算。為減小速度超調(diào)，在速度環(huán)子程序的運算中采用帶積分分離的PI調(diào)節(jié)器。設定速度環(huán)PI調(diào)節(jié)器的積分分離點，當速度誤差超過設置值，速度調(diào)節(jié)器由PI調(diào)節(jié)器變成P調(diào)節(jié)8器。矢量控制單元矢量控制單元8其控制對象為同步電機，在Id=I,轉(zhuǎn)子結構對稱的情況下，永磁同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與Id無關電磁轉(zhuǎn)矩Te=(1/")E。I"其中，E。為轉(zhuǎn)子磁極在定子繞組中產(chǎn)生的感應電勢，Id、Iq為定子直交軸電流，Ld、Lq為定子直交軸電感，R為定子繞組電阻，"為同步角頻率。由于控制對象為同步電機，在Id=I,轉(zhuǎn)子結構對稱的情況下，永磁同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與Id無關電磁轉(zhuǎn)矩Te二(l/")E。Iq。其中，EO為轉(zhuǎn)子磁極在定子繞組中產(chǎn)生的感應電勢；Id、I,為定子直交軸電流；Ld、L,為定子直交軸電感；R為定子繞組電阻；"為同步角頻率。由于定子直軸電流不影響永磁同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，因而可以控制Id二O，使其定子電流中不產(chǎn)生勵磁分量，只產(chǎn)生力矩分量，照樣可以保持氣隙磁通恒定。這樣，在相同電磁轉(zhuǎn)矩情況下，最小的定子電流能夠獲得，即Iq流，其定子電壓有以下關系式I，I為電機電U=V(E0+IR)2+(coIqLq)=V(E0+IR)2+(wILq)2矢量控制原理在許多專著中均有論述，這里只給出三相電流分接變換式，其中92為轉(zhuǎn)子瞬時角位cos^2_sin62cos((92-120°)-sin(6>2_120。)(e2+120。)-sin(6>2+120。)ia、ib、ic的直COS對于e=90°的自控式(本系統(tǒng)采用)，0，I"L為電機電^1L請參閱圖1、圖3，本發(fā)明的直線電機驅(qū)動器還包括鍵盤及顯示電路，鍵盤及顯示電路充分利用DSP的串行口結構，利用二片串-并芯片，直接用軟件完成對鍵盤及顯示器的定時掃描，通過矩陣掃描讀取鍵值及顯示數(shù)據(jù)，省去了專用的鍵盤及顯示器件，使硬件結構簡潔、可靠。以上介紹了本發(fā)明揭示的直線電機伺服系統(tǒng)，本發(fā)明在揭示上述直線電機伺服系統(tǒng)的同時還揭示直線電機伺服系統(tǒng)驅(qū)動器的驅(qū)動方法。該驅(qū)動方法主要包括如下步驟步驟A、電機反饋位置獲取單元獲取電機轉(zhuǎn)子的實際位置；電機轉(zhuǎn)子位置由編碼器送至接口電路，由DSP通過數(shù)據(jù)總線定時讀取，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波以及分析處理，得到電機轉(zhuǎn)子的實際位置；步驟B、電機反饋轉(zhuǎn)速計算單元根據(jù)所述電機反饋位置獲取單元獲取的電機轉(zhuǎn)子的實際位置、測量時間計算出電機的實際轉(zhuǎn)速；步驟C、電機反饋電流獲取單元利用電阻采樣，通過線性光藕隔離送給AD轉(zhuǎn)換器，模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后經(jīng)串行口送給DSP;步驟D、位置環(huán)運算單元采用負反饋控制模式，電機位置脈沖指令和電機轉(zhuǎn)子實際位置作為輸入量參與比例調(diào)節(jié)器運算，速度指令作為運算結果輸出，完成位置環(huán)子程序的運算；步驟E、速度環(huán)運算單元采用負反饋控制模式，速度指令和電機實際轉(zhuǎn)速作為輸入量參與比例積分調(diào)節(jié)器運算，力矩指令作為運算結果輸出，完成速度環(huán)子程序的運算；步驟F、矢量控制單元的控制對象為同步電機，在Id二Iq轉(zhuǎn)子結構對稱的情況下，永磁同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與Id無關電磁轉(zhuǎn)矩Te=(l/")E。Iq;其中，E0為轉(zhuǎn)子磁極在定子繞組中產(chǎn)生的感應電勢，Id、Iq為定子直交軸電流，Ld、Lq為定子直交軸電感，R為定子繞組電阻，"為同步角頻率；步驟G、數(shù)字信號處理器DSP控制直線電機的位置環(huán)路、速度換路、電流環(huán)路。綜上所述，本發(fā)明提出的直線電機伺服系統(tǒng)是一個集電源、驅(qū)動、控制一體的結構，強弱電控制信號混合，為防止強弱電、開關電源等各類信號之間的干擾，對印制線路板的布局進行詳細周密考慮，采取一系列防干擾、抗干擾措施，在電源驅(qū)動板中，強弱電走線盡可能分隔遠離，以及零線、接地線合理布局。本發(fā)明適合應用于大數(shù)據(jù)量的高速、實時的應用場合，可以充分滿足直線電機所需的大數(shù)據(jù)量、高處理速度的需求。實施例二本實施例中，為了能讀取動子的位置和速度，在直線電機定子側安裝了HEIDENHAIN的增量式光柵尺LS1378C，信號周期為lum，即lmm的動子行程可以反饋1000個脈沖。直線電機的極距為32mm，則一個電距離就對應32000個脈沖。為了能在上電狀態(tài)能夠讀取動子的初始停留狀態(tài)，在動子側還安裝了和動子線圈機械位置相對固定的霍爾器件。速度檢測一般有M法、T法，M/T法及變M/T法四種，其中尤以最后一種檢測方法精度最高。變M/T法即不但測取編碼器的脈沖Ml和高頻時鐘脈沖M2，而且測量時間TC也是在變化的，目的是始終保持TC是完整的編碼器脈沖信號周期之和，因此，無論在低速和高速段，均都能獲得較好的精度，但需要復雜的硬件結構來支持一些邏輯判斷。若采用M法，則n=60*ml/P*Tc，單位米/分其中P=106為行進1米所接收到的脈沖數(shù)在實際程序中，取Tc=50*10-6秒作為中斷采樣周期時間，也是電流環(huán)的中斷周期時間，從而保證對電機電流和動子位置的實時控制和計算。本發(fā)明應用大規(guī)模邏輯電路FPGA，利用其靈活、軟件化的設計特點，將復雜的邏輯結構固化于其中，并與軟件相結合，完成了對速度的高精度的檢測。實施例三請參閱圖3-圖6，本實施例與以上實施例的區(qū)別在于，本實施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)包括參數(shù)的管理模塊。伺服驅(qū)動器參數(shù)分為用戶參數(shù)(表1為本實施例的用戶參數(shù)表)、系統(tǒng)參數(shù)和開發(fā)參數(shù)，通過密碼管理不同的級別。高級別密碼除可以觀察和修改本級別參數(shù)外，還可以對低級別參數(shù)進行同樣操作。10<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>序號<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表1參數(shù)管理，共有5種模式參數(shù)寫入，表示將內(nèi)存中的參數(shù)寫入EEPROM的參數(shù)區(qū)。用戶修改了參數(shù)，僅使內(nèi)存中參數(shù)值改變了，下次上電又會恢復成原來的數(shù)值。如果想永久改變參數(shù)值，就需要執(zhí)行參數(shù)寫入操作，將內(nèi)存中參數(shù)寫入到EEPROM的參數(shù)區(qū)中，以后上電就會使用修改后的參數(shù)。參數(shù)讀取，表示將EEPROM的參數(shù)區(qū)的數(shù)據(jù)讀到內(nèi)存中。這個過程在上電時會自動執(zhí)行一次，開始時，內(nèi)存參數(shù)值與EEPROM的參數(shù)區(qū)中是一樣的。但用戶修改了參數(shù)，就會改變內(nèi)存中參數(shù)值，當用戶對修改后的參數(shù)不滿意或參數(shù)被調(diào)亂時，執(zhí)行參數(shù)讀取操作，可將EEPROM的參數(shù)區(qū)中數(shù)據(jù)再次讀到內(nèi)存中，恢復成剛上電的參數(shù)。參數(shù)備份，表示將內(nèi)存中的參數(shù)寫入EEPROM的備份區(qū)。整個EEPROM分成參數(shù)區(qū)和備份區(qū)兩個區(qū)域，可以存儲兩套參數(shù)。系統(tǒng)上電、參數(shù)寫入和參數(shù)讀取操作使用EEPROM的參數(shù)區(qū)，而參數(shù)備份和恢復備份則使用EEPR0M的備份區(qū)。在參數(shù)設置過程中，如果用戶對一組參數(shù)比較滿意，但還想繼續(xù)修改，可以先執(zhí)行參數(shù)備份操作，保存內(nèi)存參數(shù)到EEPROM的備份區(qū)，然后再修改參數(shù)，如果效果變差，可以用恢復備份操作，將上次保存在EEPROM的備份區(qū)的參數(shù)讀到內(nèi)存中，然后可以再次修改或結束。另外，當用戶設置好參數(shù)后，可以執(zhí)行參數(shù)寫入和參數(shù)備份兩個操作，使EEPROM的參數(shù)區(qū)和備份區(qū)的數(shù)據(jù)完全一樣，防止以后參數(shù)不慎被修改，還可以啟用恢復備份操作，將EEPROM的備份區(qū)的數(shù)據(jù)讀到內(nèi)存中，再用參數(shù)寫入操作，將內(nèi)存參數(shù)寫入到EEPROM的參數(shù)區(qū)中?；謴蛡浞荩硎緦EPROM的備份區(qū)的數(shù)據(jù)讀到內(nèi)存中。這個操作沒有執(zhí)行參數(shù)寫入操作，下次上電時還是EEPROM的參數(shù)區(qū)的數(shù)據(jù)讀到內(nèi)存中。如果用戶想使永久使用EEPROM的備份區(qū)的參數(shù)，還需要執(zhí)行一次參數(shù)寫入操作?；謴腿笔≈?，表示將所有參數(shù)的缺省值(出廠值)讀到內(nèi)存中，并寫入到EEPROM的參數(shù)區(qū)中，下次電將使用缺省參數(shù)。當用戶將參數(shù)調(diào)亂，無法正常工作時，使用這個操作，可將所有參數(shù)恢復成出廠狀態(tài)。這里本發(fā)明的描述和應用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。1權利要求一種直線電機伺服系統(tǒng)，其特征在于，該伺服系統(tǒng)包括直線電機、用以驅(qū)動直線電機的直線電機驅(qū)動器；所述直線電機驅(qū)動器包括數(shù)字信號處理器DSP，用以控制直線電機的位置環(huán)路、速度換路、電流環(huán)路；驅(qū)動電路，包括自動保護單元；電機反饋位置獲取單元，用以獲取電機轉(zhuǎn)子的實際位置；電機轉(zhuǎn)子位置由編碼器送至接口電路，由DSP通過數(shù)據(jù)總線定時讀取，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波以及分析處理，得到電機轉(zhuǎn)子的實際位置；電機反饋轉(zhuǎn)速計算單元，用以根據(jù)所述電機反饋位置獲取單元獲取的電機轉(zhuǎn)子的實際位置、測量時間計算出電機的實際轉(zhuǎn)速；電機反饋電流獲取單元，利用電阻采樣，通過線性光藕隔離送給AD轉(zhuǎn)換器，模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后經(jīng)串行口送給DSP；位置環(huán)運算單元，采用負反饋控制模式，電機位置脈沖指令和電機轉(zhuǎn)子實際位置作為輸入量參與比例調(diào)節(jié)器運算，速度指令作為運算結果輸出，完成位置環(huán)子程序的運算；速度環(huán)運算單元，采用負反饋控制模式，速度指令和電機實際轉(zhuǎn)速作為輸入量參與比例積分調(diào)節(jié)器運算，力矩指令作為運算結果輸出，完成速度環(huán)子程序的運算；矢量控制單元，其控制對象為同步電機，轉(zhuǎn)子結構對稱，Id＝Iq，永磁同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與Id無關電磁轉(zhuǎn)矩Te＝(1/ω)EoIq；其中，E0為轉(zhuǎn)子磁極在定子繞組中產(chǎn)生的感應電勢，Id、Iq為定子直交軸電流，Ld、Lq為定子直交軸電感，R為定子繞組電阻，ω為同步角頻率；開關電源，與所述數(shù)字信號處理器DSP、驅(qū)動電路、電機反饋位置獲取單元、電機反饋轉(zhuǎn)速計算單元、電機反饋電流獲取單元、位置環(huán)運算單元、速度環(huán)運算單元、矢量控制單元連接。2.根據(jù)權利要求1所述的直線電機伺服系統(tǒng)，其特征在于所述電機反饋位置獲取單元、電機反饋轉(zhuǎn)速計算單元包括可編程器件。3.根據(jù)權利要求1所述的直線電機伺服系統(tǒng)，其特征在于所述電機反饋位置獲取單元中，電機轉(zhuǎn)子位置由編碼器送至專門的接口電路，并由硬件四倍頻，然后到16位加/減計數(shù)器進行記數(shù)，由DSP通過數(shù)據(jù)總線定時讀取，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波以及分析處理，得到電機轉(zhuǎn)子的實際位置。4.根據(jù)權利要求1所述的直線電機伺服系統(tǒng)，其特征在于所述電機反饋電流獲取單元中，獲取三相電流分量ia、ib、ic中的ia、ib，根據(jù)ia、ib值計算第三相電流ic值。5.根據(jù)權利要求1所述的直線電機伺服系統(tǒng)，其特征在于所述DSP包括ALU計算單元、MAC計算單元、SHIFTER計算單元；ALU執(zhí)行代數(shù)和邏輯操作的標準系列；MAC執(zhí)行單周期的乘法，乘/加，乘/減操作；SHIFTER執(zhí)行邏輯的和算術的移位，標準的、非標準的和指數(shù)操作，SHIFTER用來作為有效的執(zhí)行數(shù)字元格式控制包括多字的和塊狀的浮點表示法。6.根據(jù)權利要求1所述的直線電機伺服系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動電路是自動保護單元包括過壓保護單元、欠壓保護單元、過流保護單元、過熱保護單元；所述開關電源包括溫度保護單元、外部過電流保護單元、輸出過載保護單元、過壓保護單元、欠壓鎖定單元。7.根據(jù)權利要求1所述的直線電機伺服系統(tǒng)，其特征在于電機位置脈沖指令共有若干種方式，根據(jù)參數(shù)不同切換不同的計數(shù)方式，由16位加/減計數(shù)器進行記數(shù)，并由DSP通過數(shù)據(jù)總線定時讀取，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波以及分析處理，在位置控制模式下，作為電機的位置脈沖指令參與位置環(huán)的計算；電機速度模擬指令由硬件通過加法器使雙極性變?yōu)閱螛O性，并由AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，通過DSP的串行口讀入，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波以及分析處理，在速度控制模式下，作為速度指令參與速度環(huán)的計算。8.根據(jù)權利要求1所述的直線電機伺服系統(tǒng)，其特征在于在軟件初始化階段P麗信號送出以前，DSP先讀取ia、ib反饋電流值作為零電流值，以后所讀取的值均與此基準值比較，即軟件調(diào)零；零電流值是一個很關鍵的數(shù)據(jù)，為保證基準值正確，在初始化階段讀取ia、ib值數(shù)次，并經(jīng)數(shù)字濾波處理，完成零電流值的正確讀??；AD轉(zhuǎn)換器與DSP的串行口相連，數(shù)據(jù)通過DSP的DMA通道直接進入內(nèi)存，不中斷DSP程序的運行。全文摘要本發(fā)明揭示一種直線電機伺服系統(tǒng)，包括直線電機、直線電機驅(qū)動器。所述直線電機驅(qū)動器包括DSP、開關電源、驅(qū)動電路、電機反饋位置獲取單元、電機反饋轉(zhuǎn)速計算單元、電機反饋電流獲取單元、位置環(huán)運算單元、速度環(huán)運算單元、矢量控制單元。DSP控制直線電機的位置環(huán)路、速度換路、電流環(huán)路；電機反饋位置獲取單元獲取電機轉(zhuǎn)子的實際位置；電機反饋轉(zhuǎn)速計算單元根據(jù)電機轉(zhuǎn)子的實際位置、測量時間計算電機的實際轉(zhuǎn)速；電機反饋電流獲取單元利用電阻采樣，通過線性光藕隔離送給AD轉(zhuǎn)換器，模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后經(jīng)串行口送給DSP。本發(fā)明是一個集電源、驅(qū)動、控制一體的結構，強弱電控制信號混合，可防止強弱電、開關電源等各類信號之間的干擾。文檔編號H02P6/16GK101697466SQ20091019781公開日2010年4月21日申請日期2009年10月28日優(yōu)先權日2009年10月28日發(fā)明者劉軍,齊亮申請人:上海電機學院;上海電氣集團股份有限公司中央研究院;