專利名稱：高精度跟蹤系統(tǒng)中引入力矩修正的多閉環(huán)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于跟蹤控制領(lǐng)域，涉及高精度跟蹤系統(tǒng)中永磁同步電機的控制方法。
背景技術(shù)：
目前，光電跟蹤系統(tǒng)多采用直流力矩電機作為驅(qū)動機構(gòu)，但直流力矩電機因為有機械電刷和換向器，存在換向火花、電磁干擾大、換向摩擦大和容易磨損的缺點。而永磁同步電機采用電子換向，成功避免了上述問題。同時由于永磁同步電機的勵磁磁場為正弦波， 比勵磁磁場為方波型的無刷直流電機具有更小的力矩波動，所以被廣泛應(yīng)用于機器人、數(shù)控機床和航空航天中。但是由于磁場諧波和齒槽力矩的存在，永磁同步電機在低速時仍然有一定的力矩波動。尤其隨著跟蹤精度的要求越來越高，磁場諧波造成的力矩波動成為影響速度平穩(wěn)性的重要因素。光電跟蹤系統(tǒng)一般采用位置、速度和電流閉環(huán)的控制方式，其中電流環(huán)可以改善速度回路控制對象的特性，但并不能抑制電機磁場諧波引起的力矩波動。熊皚等人在文獻(xiàn) 《光電跟蹤系統(tǒng)力矩波動干擾抑制的研究》(參見《電光與控制》，2009，16 (4)，pp72-74)中指出，可以通過提高速度環(huán)的帶寬來抑制電機的力矩波動。但由于受機械諧振和延時等因素的影響，速度環(huán)的帶寬并不能提得很高。Kento Nakamura等人在文獻(xiàn)《Torque Ripple Suppression Control for PM Motor with High Bandwidth Torque Meter》 (IEEE, 2009，pp2572-2577)中采用高帶寬的力矩傳感器形成轉(zhuǎn)矩閉環(huán)，能將轉(zhuǎn)矩諧波抑制到原來的40%以下。但扭矩傳感器需安裝在電機與負(fù)載中間，不便于工程實現(xiàn)。Se-Kyo Chung 等人在文獻(xiàn)《A new instantaneous torque control of PM synchronous motor for high-performance direct-drive applications》中米用轉(zhuǎn)矩估計器對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行辨識，進(jìn)而形成轉(zhuǎn)矩閉環(huán)，但轉(zhuǎn)矩閉環(huán)帶寬受轉(zhuǎn)矩估計器響應(yīng)能力的限制，所以只適用于轉(zhuǎn)矩變化不大的場合。但跟蹤系統(tǒng)速度變化劇烈，需要系統(tǒng)具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有跟蹤控制系統(tǒng)中電流環(huán)對力矩控制精度不高而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩波動、轉(zhuǎn)速波動問題，提供一種高精度跟蹤系統(tǒng)中引入力矩修正的多閉環(huán)方法，該方法采用引入具有力矩修正功能的轉(zhuǎn)矩估計器，一方面可以達(dá)到對轉(zhuǎn)矩的精確控制，另一方面可以克服轉(zhuǎn)矩閉環(huán)帶寬較低的缺點。本發(fā)明的技術(shù)解決方案高精度跟蹤系統(tǒng)中采用轉(zhuǎn)矩估計器實時估計出力矩系數(shù)，以引入力矩修正的電流閉環(huán)和速度閉環(huán)的多閉環(huán)控制方式取代電流閉環(huán)和速度閉環(huán)， 具體實現(xiàn)步驟如下(I)電流回路作為內(nèi)回路，速度回路作為外回路。ω為電機的實際速度，而速度的期望值為ω'速度控制器的輸入信號為ω*-ω，速度控制器的輸出值乘以增益修正值K'， 得到作為電流回路的期望值。電流控制器的輸入信號為電流回路的期望值i^-iqs，其中iqs為電流實際值。電流控制器的輸出信號為加給電機的電壓信號Vqs。轉(zhuǎn)矩估計器的輸入信號包括速度、電流和電壓信號，輸出為增益修正值K'，Γ用來修正速度控制器的輸出信號，以得到電流回路的期望信號 ,Λ電機的電流和速度信號由相應(yīng)的傳感器測得，電壓信號由于是控制器本身輸出的信號，不需要傳感器測量。(2)設(shè)計電流控制器，使電流環(huán)路具有較高的帶寬，以保證永磁同步電機具有足夠快的力矩響應(yīng)。電流回路采用矢量控制，控制算法采用P I算法；(3)設(shè)計速度控制器，使速度開環(huán)傳遞函數(shù)至少為I型系統(tǒng)，速度控制器控制算法
為
權(quán)利要求
1.高精度跟蹤系統(tǒng)中引入力矩修正的多閉環(huán)方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下(1)采用電流閉環(huán)和速度閉環(huán)的閉環(huán)控制方式，電流回路作為內(nèi)回路，速度回路作為外回路，在速度回路和電流回路之間，引入力矩修正參數(shù)K'，形成具有力矩修正功能的速度、 電流閉環(huán)方式，即速度控制器的輸入信號為0^-(0，其中(0為電機的實際速度，ω*為速度的期望值，速度控制器的輸出值乘以增益修正值K,，得到iqs%作為電流回路的期望值；電流控制器的輸入信號為電流回路的期望值iq/_iqs，其中iqs為電流實際值；電流控制器的輸出信號為加給電機的電壓信號Vqs，轉(zhuǎn)矩估計器的輸入信號包括速度、電流和電壓信號，輸出為增益修正值K,，K,用來修正速度控制器的輸出信號，以得到電流回路的期望信號iq/;(2)設(shè)計電流控制器，使電流環(huán)路具有較高的帶寬，以保證永磁同步電機具有足夠快的力矩響應(yīng)；電流回路采用矢量控制，控制算法采用PI算法；(3)設(shè)計速度控制器，使速度開環(huán)傳遞函數(shù)至少為I型系統(tǒng)，速度控制器控制算法為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高精度跟蹤系統(tǒng)中引入力矩修正的多閉環(huán)方法，其特征在于所述增益修正值K'可以放在速度控制器之后，也可以放在電流控制器中或者放在電流反饋回路。
全文摘要
高精度跟蹤系統(tǒng)中引入力矩修正的多閉環(huán)方法，高精度跟蹤系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的快速性與平穩(wěn)性均有較高要求。傳統(tǒng)的電流閉環(huán)并不能抑制電機磁場畸變造成的轉(zhuǎn)矩波動；而轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的帶寬受限，不能提供快速的力矩響應(yīng)。本發(fā)明針對永磁同步電機驅(qū)動的高精度跟蹤系統(tǒng)，提出以引入力矩修正的電流閉環(huán)和速度閉環(huán)的多閉環(huán)控制方式取代傳統(tǒng)的電流閉環(huán)和速度閉環(huán)的多閉環(huán)控制方式，在提供高帶寬力矩響應(yīng)的同時，可以抑制電機磁場諧波引起的力矩波動，其中力矩修正參數(shù)通過轉(zhuǎn)矩估計器實時估計出來。
文檔編號H02P21/13GK102594252SQ20121003833
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者付承毓, 包啟亮, 李錦英, 楊云偉, 田競, 陳興龍 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所