[发明专利]一种开关磁阻电动机定位控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电动机定位控制系统，具体地说，涉及一种定位于任意设定转角的开关磁阻电动机定位控制系统。

背景技术

目前，在以转角和位移为输出量的定位系统中，最简捷的执行元件是步进电动机。步进电动机把电脉冲信号转换成角位移，转子总的转角与输入脉冲的个数成正比。在时间上，转角与输入脉冲同步而旋转的方向则处于对相绕组的通电顺序。电动机每转一周都有固定的步数，误差不会累计，也不需要角位移传感器。如果不改变绕组的通电状态，电动机还具有自锁能力。

N相开关磁阻电动机就是一台N相反应式步进电动机，假定转子凸极数为Z，则其转子极距等于一般的开关磁阻电动机未经过专门设计，只能按N拍运行。每一次通电状态的改变，所对应的转子步距角为N相绕组依次通电后，转子转过一个极距定转子凸极间关系就回到初始状态。

图1示为步进电动机控制系统方框图，脉冲源1发出脉冲信号，经过门电路2后送给环形分配器3，再经功率放大器4放大去驱动步进电动机相绕组5。要让门电路接通，必须启动开关6置于运行位置，同时被计数器7记录的经门电路来的脉冲数，不等于预置器8所选定的值。当两者刚好相等时，门电路关闭，相绕组就不再得到电脉冲，电动机自行停车。

步进电动机转子凸极数比较多，为了简化定子绕组结构，通常相邻的若干个定子小齿合并起来，成为嵌有共同线圈的一个凸极。步进电动机转子的矩角特性近似地符合正弦波规律。工作时一般采用双N拍运行方式，交替地单相通电和两相邻相同时通电；这种双N拍方式，可使步距角减小一半，成为

步进电动机定位系统简化可靠，在开环的进给驱动中得到广泛的应用。缺点方面，主要在于受步距角的限制，转子不能停在任意设定的转角，在大负载和高转速情况下会产生失步，同时输出功率也不够大。

从分析开关磁阻电动机转子的矩角特性着手，适当改进电动机的转子结构，并且引入专门的两相邻相同时通电方式和正确的分相闭环控制定子绕组，就可让转子定位于任意的转角，定位性能良好。

发明内容

本发明正是为了解决上述技术问题而设计的一种开关磁阻电动机定位控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种开关磁阻电动机定位控制系统，包括开关磁阻电动机和控制器；开关磁阻电动机是转子可以定位在任意设定转角的电动机；控制器由脉冲源电路、门电路、转矩给定器、可逆计数器和比较器组成；脉冲源产生表示一定转角间隔的脉冲序列，经过门电路后送至转矩给定器，门电路受启动信号和比较器的输出控制，比较器受定位角给定和可逆计数器的输出控制，可逆计数器受比较器和置零信号的输出控制，同时转矩给定器也受比较器的输出控制，转矩给定器的输出与开关磁阻电动机相绕组相连。

所述一种开关磁阻电动机定位控制系统，其门电路的输出与可逆计数器输入相连，构成开环控制电路。

所述一种开关磁阻电动机定位控制系统，其可逆计数器输入与编码器信号相连，构成闭环控制电路。

所述一种开关磁阻电动机定位控制系统，其开关磁阻电动机电动机相数大于2；可以分相控制各定子绕组的电流；电动机转子凸极的结构特殊，在一个相绕组中通以电流时，转子上复位转矩与失调角间的矩角特性近似地符合正弦波规律。

所述一种开关磁阻电动机定位控制系统，其两相邻相同时通电，对于任意设定的转角，转子上总复位转矩的矩角特性仍近似地符合正弦波规律；两相邻相产生的复位转矩的幅值适当，总复位转矩的幅值基本不变；两相邻相同时通电的临界点是一相通电，此时空载时定/转子凸极的中心线重合；在转子上带有负载以后，定位角及换相角则顺着负载转矩转向偏移一个负载角；当负载转矩恒定，负载角不变，定位角和换相角也不变。

在两相邻相中有一相的复位转矩幅值降到零以后，就切换到新的两相邻相同时通电，对于N相开关磁阻电动机而言，在同一转向上顺序通电，一共有N个不同的两相邻相组合。空载换相时，定/转子凸极的中心线重合。

本发明是允许电动机带载的，在负载转矩作用下，定位角及换相角将顺着负载转矩转向偏移一个负载角。负载转矩与总复位幅值之比等于负载角的正弦，如果负载转矩恒定，负载角不变，定位角和换向角也不变。

本发明对定子绕组实行分相的闭环控制，各相复位转矩的幅值由转矩给定器给出后，或者经M/I变换器变成绕组电流的给定值，再用电流传感器测得的反馈信号进行闭环，或者用I/M变换器把测得的反馈信号变成反馈转矩信号，直接进行转矩闭环。