一種驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)擴(kuò)容方法及結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高性能大功率伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中的伺服驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)擴(kuò)容技術(shù)，特別 是一種基于三角載波同步技術(shù)的驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)擴(kuò)容方法及結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 大功率伺服壓力機(jī)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的容量提出了越來越高的要求，有效的驅(qū)動(dòng)器擴(kuò) 容技術(shù)可縮短開發(fā)周期，滿足伺服壓力機(jī)等大功率場(chǎng)合。
[0003] 工程上廣泛應(yīng)用的并聯(lián)擴(kuò)容技術(shù)是功率管直接并聯(lián)技術(shù)，如IGBT并聯(lián)，其具有 簡(jiǎn)單易行的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在功率管開關(guān)時(shí)刻不一致、對(duì)驅(qū)動(dòng)電路要求高、均流效果差 等缺陷，且開發(fā)周期長(zhǎng)，無法實(shí)現(xiàn)模塊化擴(kuò)容。功率管并聯(lián)技術(shù)的相關(guān)文獻(xiàn)有：株洲變流 技術(shù)國(guó)家工程研究中心于2013年9月27日申請(qǐng)，并于2014年2月5日公開，公開號(hào)為 CN1035560655A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)《基于多功率半導(dǎo)體器件并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器及其系統(tǒng)》，該 文主要解決了驅(qū)動(dòng)信號(hào)延遲、抖動(dòng)等問題，但卻無法克服功率器件特性差異導(dǎo)致的開通時(shí) 刻不一致問題，也無法實(shí)現(xiàn)模塊化擴(kuò)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為，基于三角載波同步技術(shù)提出一種驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)擴(kuò)容方 法及結(jié)構(gòu)，降低對(duì)功率管開關(guān)特性的一致性要求，容易實(shí)現(xiàn)模塊化，同時(shí)縮短開發(fā)周期。
[0005] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案具體為：一種驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)擴(kuò)容方法，包括以下步驟：
[0006] 1)確定需要并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器的個(gè)數(shù)：定義所需驅(qū)動(dòng)器總?cè)萘縎Ptotal，單臺(tái)驅(qū)動(dòng) 器容量為Ppct，則需要并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器個(gè)數(shù)為
η為容量折損系數(shù)， 0· 7 彡 η 彡 〇· 85 ;
[0007] 2)將待并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器的其中一臺(tái)確定為主驅(qū)動(dòng)器，其余為從驅(qū)動(dòng)器；
[0008] 選擇所述主驅(qū)動(dòng)器上的一個(gè)端口作為同步脈沖信號(hào)輸出端口，各從驅(qū)動(dòng)器上的一 個(gè)端口作為同步脈沖信號(hào)輸入端口，主驅(qū)動(dòng)器的同步脈沖信號(hào)輸出端口分別連接各從驅(qū)動(dòng) 器的同步脈沖信號(hào)輸入端口；
[0009] 分別選擇主驅(qū)動(dòng)器及各從驅(qū)動(dòng)器上的一個(gè)端口作為總線通信端口，主驅(qū)動(dòng)器、從 驅(qū)動(dòng)器通過總線通信端口進(jìn)行總線連接通信；
[0010] 3)主驅(qū)動(dòng)器發(fā)出同步脈沖信號(hào)，從驅(qū)動(dòng)器接收同步脈沖信號(hào)，并將自身三角載波 與主驅(qū)動(dòng)器的三角載波進(jìn)行相位同步；
[0011] 4)主驅(qū)動(dòng)器通過總線通信端口請(qǐng)求每個(gè)從驅(qū)動(dòng)器的輸出電流，以實(shí)現(xiàn)電流均分算 法：
[0012] 將得到的從驅(qū)動(dòng)器的輸出電流與主驅(qū)動(dòng)器自身輸出電流相加，得到電機(jī)實(shí)際總電 流 &(?;
[0013] 定義電機(jī)總電流指令值<，將電機(jī)總電流指令值〈與電機(jī)實(shí)際總電流
送 入PI調(diào)節(jié)器，得到總參考電壓<，則η個(gè)并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器校正前的參考 電壓
.將第k個(gè)從驅(qū)動(dòng)器的指令電流平均值與實(shí)際電流iq(k)送入PI調(diào) 節(jié)器，得到第k個(gè)從驅(qū)動(dòng)器的參考電壓補(bǔ)償值*，則第k個(gè)從驅(qū)動(dòng)器的參考電壓值
[0014] 主驅(qū)動(dòng)器向第k個(gè)從驅(qū)動(dòng)器發(fā)送參考電壓指令<#!，上述k為驅(qū)動(dòng)器編號(hào)；
[0015] 5)將主驅(qū)動(dòng)器的輸出端口 U、V、W與每個(gè)從驅(qū)動(dòng)器的輸出端口 U、V、W都分別串聯(lián) 電抗器，然后按照U、V、W端口分別對(duì)應(yīng)并聯(lián)，進(jìn)而連接伺服電機(jī)的U、V、W端口中的相應(yīng)端 口，則實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)擴(kuò)容。
[0016] 本發(fā)明基于現(xiàn)有的三角載波同步技術(shù)，從驅(qū)動(dòng)器接收到主驅(qū)動(dòng)器發(fā)出的同步脈沖 信號(hào)后，即可進(jìn)行并完成自身三角載波與主驅(qū)動(dòng)器三角載波的同步。所述驅(qū)動(dòng)器為現(xiàn)有伺 服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品。三角載波同步技術(shù)用于驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)時(shí)，可保證不同驅(qū)動(dòng)器之間同一位 置的開關(guān)管具有相同的脈沖信號(hào)，但要求同步信號(hào)具有傳送延遲小、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。 本發(fā)明使用光信號(hào)傳送同步脈沖，克服了傳送延時(shí)及電磁干擾引起的三角波信號(hào)不同步， 從而減小系統(tǒng)環(huán)流，保證穩(wěn)定性。步驟5)中所述電機(jī)總電流指令值^根據(jù)電機(jī)控制需求定 義，為現(xiàn)有技術(shù)。
[0017] 進(jìn)一步的，本發(fā)明中，主驅(qū)動(dòng)器發(fā)送同步脈沖信號(hào)的時(shí)刻為主驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部三角載 波信號(hào)的最低點(diǎn)。主驅(qū)動(dòng)器與從驅(qū)動(dòng)器之間通過百兆光纖傳輸同步脈沖信號(hào)，可減小同步 脈沖信號(hào)的傳輸延遲。主從驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的三角載波在同步前相位具有不確定性，主驅(qū)動(dòng)器 每隔100個(gè)三角載波周期向從驅(qū)動(dòng)器發(fā)送一次同步脈沖信號(hào)，從驅(qū)動(dòng)器接收到該同步脈沖 信號(hào)后，將調(diào)整自身三角載波相位，使其與主機(jī)三角載波相位一致。
[0018] 優(yōu)選的，本發(fā)明中主驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的同步脈沖信號(hào)寬度為200ns，從驅(qū)動(dòng)器僅檢測(cè)同步 脈沖信號(hào)的邊沿，可防止信號(hào)衰減。
[0019] 本發(fā)明中，主從驅(qū)動(dòng)器之間的電流采集通信可采用EtherCAT(以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線） 總線形式，即主、從驅(qū)動(dòng)器的總線通信端口通過EtherCAT總線進(jìn)行通信。主驅(qū)動(dòng)器要在一 個(gè)三角載波周期內(nèi)完成每臺(tái)從驅(qū)動(dòng)器的電流采集，并向每臺(tái)從驅(qū)動(dòng)器發(fā)送參考電壓指令 ?:⑷，因此，每臺(tái)從驅(qū)動(dòng)器需要與主驅(qū)動(dòng)器通信兩次，每次傳輸16比特的數(shù)字量，如使用 EtherCAT總線完成一次收發(fā)需要的時(shí)間為5us左右。
[0020] 現(xiàn)有的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品，一般皆包含有用于電機(jī)閉環(huán)控制的位置環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán) 和電流環(huán)，以及SVPffM(空間矢量脈寬調(diào)制）模塊。為了使得并聯(lián)擴(kuò)容后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加精 簡(jiǎn)，本發(fā)明中僅主驅(qū)動(dòng)器中保留電流環(huán)，主、從驅(qū)動(dòng)器中皆保留SVPffM模塊。
[0021] 相應(yīng)的，本發(fā)明還公開一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)擴(kuò)容結(jié)構(gòu)，其包括1個(gè)主驅(qū)動(dòng)器和1 個(gè)以上從驅(qū)動(dòng)器，主驅(qū)動(dòng)器上設(shè)有同步脈沖輸出端口和總線通信端口，從驅(qū)動(dòng)器上分別設(shè) 有同步脈沖信號(hào)輸入端口和總線通信端口；各從驅(qū)動(dòng)器的同步脈沖輸入端口分別連接主驅(qū) 動(dòng)器的同步脈沖輸出端口；各從驅(qū)動(dòng)器的總線通信端口分別與主驅(qū)動(dòng)器的總線通信端口相 連；
[0022] 主驅(qū)動(dòng)器和從驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端皆分別包括U、V、W端口，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制輸 入端包括u、v、w端口；主驅(qū)動(dòng)器的輸出端口與每個(gè)從驅(qū)動(dòng)器的輸出端口皆分別串聯(lián)電抗器 后按照U、V、W端口分別對(duì)應(yīng)并聯(lián)，進(jìn)而連接伺服電機(jī)的U、V、W端口中的相應(yīng)端口。
[0023] 本發(fā)明的有益效果為：能夠有效擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)器容量，克服了功率管直接并聯(lián)擴(kuò)容技 術(shù)存在的對(duì)功率管及驅(qū)動(dòng)電路特性要求高等問題，具體表現(xiàn)為：
[0024] 1)通過調(diào)整并聯(lián)驅(qū)動(dòng)器的個(gè)數(shù)可調(diào)整并聯(lián)擴(kuò)容后的整體容量；
[0025] 2)在通用驅(qū)動(dòng)器的基礎(chǔ)上僅需增加同步信號(hào)端口、總線端口及輸出端電抗器即可 實(shí)現(xiàn)并聯(lián)擴(kuò)容，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，開發(fā)周期短；
[0026] 主從驅(qū)動(dòng)器之間的電流均分不再依賴于功率管的開關(guān)特性，而是通過主驅(qū)動(dòng)器內(nèi) 部的電流均分控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，易于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0027] 圖1所示為本發(fā)明原理結(jié)構(gòu)框圖；
[0028] 圖2所示為三角載波同步原理及同步脈沖信號(hào)產(chǎn)生示意圖；
[0029] 圖3所示為主驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部電流均分算法控制框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步描述。
[0031] 參考圖1至圖3,本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)擴(kuò)容方法，包括以下步驟：
[0032] 1)確定需要并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器的個(gè)數(shù)：定義所需驅(qū)動(dòng)器總?cè)萘縎Ptotal，單臺(tái)驅(qū)動(dòng) 器容量為Ppct，則需要并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器個(gè)數(shù)為
η為容量折損系數(shù)， 0· 7 彡 η 彡 〇· 85 ;
[0033] 2)將待并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器的其中一臺(tái)確定為主驅(qū)動(dòng)器，其余為從驅(qū)動(dòng)器；
[0034] 選擇所述主驅(qū)動(dòng)器上的一個(gè)端口作為同步脈沖信號(hào)輸出端口，各從驅(qū)動(dòng)器上的一 個(gè)端口作為同步脈沖信號(hào)輸入端口，主驅(qū)動(dòng)器的同步脈沖信號(hào)輸出端口分別連接各從驅(qū)動(dòng) 器的同步脈沖信號(hào)輸入端口；
[0035] 分別選擇主驅(qū)動(dòng)器及各從驅(qū)動(dòng)器上的一個(gè)端口作為總線通信端口，主驅(qū)動(dòng)器、從 驅(qū)動(dòng)器通過總線通信端口進(jìn)行總線連接通信；
[0036] 3)主驅(qū)動(dòng)器發(fā)出同步脈沖信號(hào)，從驅(qū)動(dòng)器接收同步脈沖信號(hào)，并將自身三角載波 與主驅(qū)動(dòng)器的三角載波進(jìn)行相位同步；
[0037] 4)主驅(qū)動(dòng)器通過總線通信端口請(qǐng)求每個(gè)從驅(qū)動(dòng)器的輸出電流，以實(shí)現(xiàn)電流均分算 法：
[0038] 將得到的從驅(qū)動(dòng)器的輸出電流與主驅(qū)動(dòng)器自身輸出電流相加，得到電機(jī)實(shí)際總電