[发明专利]一种永磁直线同步电机控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于数控技术领域，特别涉及一种永磁直线同步电机控制装置及方法。

背景技术

近年来，随着电力电子器件的性能不断提高，直驱控制技术的日趋成熟，用于数控机床的永磁同步直线电机受到了人们的重视，在本体和控制策略方面展开了大量的研究，并取得了相当多的成果。高档数控机床采用直线电机驱动是未来的发展趋势，大推力直线电机正在成为高档数控机床的关键基础部件，国家也将大力扶持和推进直线电机控制与驱动技术的研究，所以研究直线电机新的控制技术，提高我国在直线电机领域的理论研究和工业应用水平具有重要意义。

在近半个世纪以来，虽然数控机床的进给驱动技术在不断改进，但大多数伺服系统进给方式仍为“旋转电机+丝杠”，系统刚度大大降低，中间环节在加减速时降低了其快速性，这大大影响了伺服系统的伺服性能。而永磁直线同步电机利用高能永磁体，省去中间转换机构，具有推力强度大、损耗低、运行可靠性高、时间常数小、装置简单、响应快等特点，极大地提高了进给系统的快速反应能力和运动精度。由于永磁直线同步电动机铁心和绕组的两个端部区域与其中间位置的磁场分布显著不同，再加上参数摄动等不确定因素，很难精确的建立永磁直线同步电机的数学模型。同时，由于直线电机采用直接驱动方式，系统的负载扰动、参数摄动等不确定因素将直接作用于电动机，而没有任何中间的缓冲过程，这大大增加了直线电机的控制难度。

目前，国内外已经研究和发表了很多控制理论和控制算法来改善定位系统的精度。然而，在满足定位系统的可靠性和稳定性的前提下，将位置误差减小至最小都是这些控制理论的同一目标。所以，高精密智能控制已经成为数控机床技术发展的趋势。在这些控制策略中，滑模变结构控制较其他控制方法具有更好的鲁棒性，动态性能也较好。但传统滑模变结构控制的跟踪误差较大，系统响应速度也较慢，这难以满足高精度性能要求。

综上所述，为了满足数控技术的高精度、高速度的伺服系统性能要求，需要设计出适用于永磁同步直线电机的高速度、高精度和强鲁棒性的伺服控制系统，所以本发明提出了一种永磁直线同步电机控制装置及方法。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种永磁直线同步电机控制装置及方法，使数控技术的性能满足高精度、高速度和强鲁棒性的要求。

本发明的技术方案是这样实现的：一种永磁直线同步电机控制装置，包括：整流逆变输出电路、控制电路和永磁直线同步电机，其中，

整流逆变输出电路：用于将电源提供的固定幅值相位值的交流电进行交-直-交变换，得到幅值、相位值可调的交流电，供给永磁直线同步电机；整流逆变输出电路进一步包括：整流滤波电路和IPM逆变电路：

整流滤波电路：通过与三相交流电源相连，将变化的交流电转化为稳定的直流电；

IPM逆变电路：用于把整流滤波电路输出的直流电逆变成交流电，供给永磁直线同步电机；

控制电路：用于控制IPM逆变单元中的开关管通断，实现对永磁直线同步电机的控制；控制电路进一步包括：DSP处理器、IPM隔离驱动保护电路、电流检测电路和位置速度检测电路：

DSP处理器：用于根据接收到的位置、速度和电流信号，执行互补滑模变结构控制算法，产生控制IPM逆变单元中的开关管通断的驱动信号；

IPM保护隔离驱动电路：用于隔离IPM逆变电路和控制电路，并用于驱动IPM逆变电路中的六个IGBT工作；

电流检测电路：用于将采集的电流模拟量转变为DSP处理器可以识别的数字量；

位置速度检测电路：用于将光栅尺采集的位置速度信号转化为可被DSP处理器识别的数字量；

所述的整流滤波电路经IPM逆变电路的输出端连接永磁直线同步电机，IPM逆变电路经电流检测电路连接DSP处理器的一路输入端，永磁直线同步电机的输出端经光栅尺、位置速度检测电路连接至DSP处理器的另一路输入端，DSP处理器的一路输出端经IPM保护隔离驱动电路连接至IPM逆变电路的另一路输入端。

所述的DSP内的信号处理过程为：给定永磁直线同步电机位置信号后，与经光栅尺检测到的实际位置信号做差，产生位置误差信号，将位置误差信号作为互补滑模变结构控制器的输入量，经互补滑模变结构控制器计算得出电流控制信号，电流控制信号经DSP产生PWM脉冲序列，PWM脉冲序列控制IPM逆变电路的六个IGBT的导通与关断，得到满足需要的三相交流电，送至永磁直线同步电机的动子，控制永磁直线同步电机的动子运动。

一种永磁直线同步电机控制方法，包括以下步骤：