[发明专利]一种直驱龙门式运动平台轮廓控制装置及方法

权利要求书

1.一种直驱龙门式运动平台轮廓控制装置，其特征在于：包括IPM、霍尔电流传感器、位置传感器、DSP控制系统、IPM隔离驱动保护电路；

IPM的输出端连接直驱龙门式运动平台2Y/X方向直线电机定子三相绕组的输入端；

霍尔电流传感器、位置传感器均有两个，两个霍尔电流传感器的输入端分别连接直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机，两个位置传感器的输入端分别连接直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机，霍尔电流传感器的输出端、位置传感器的输出端分别连接DSP控制系统的输入端，DSP控制系统的输出端连接IPM隔离驱动保护电路的输入端，IPM隔离驱动保护电路的输出端连接IPM的逆变单元的输入端。

2.根据权利要求1所述的直驱龙门式运动平台轮廓控制装置，其特征在于：所述DSP控制系统设置有NURBS插补器、流线场路径规划器、Lyapunov速度控制器和驱动器；

NURBS插补器作为龙门式运动平台执行任意轮廓运动的指令发生器，用于根据待加工工件的形状进行轨迹规划，确定直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机的初始位置；

流线场路径规划器用于建立从直驱龙门式运动平台的轮廓曲线微分系统到欧氏微分系统的对应向量关系，将位置-速度-电流的三环控制转化为速度-电流的二环控制，得到直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机的规划速度；

Lyapunov速度控制器用于抑制扰动并实现对直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机规划的运动速度的精确跟踪；

驱动器用于分别对采样的2Y/X方向直线电机电流进行三相静止坐标到两相旋转坐标的变换、利用交轴计算推力并求出推力偏差、根据推力偏差进行电流调节、对调节后的电流值进行两相旋转坐标到三相静止坐标的变换，将变换得到的电流值作为载波与三角波调制获得用于控制IPM隔离驱动保护电路的开通关断的PWM信号。

3.根据权利要求2所述的直驱龙门式运动平台轮廓控制装置，其特征在于：所述Lyapunov速度控制器包括扰动补偿器和速度控制器；

扰动补偿器用于对直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机进行扰动估计，得到扰动力估计值，即扰动补偿控制信号，利用扰动补偿控制信号实现抑制扰动；

速度控制器用于计算流线场路径规划器得到的直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机的规划速度与采样的2Y/X方向直线电机实际速度之间的速度偏差，将速度偏差缩减到零，在抑制扰动的同时实现对速度信号精确跟踪。

4.采用权利要求1所述的直驱龙门式运动平台轮廓控制装置的直驱龙门式运动平台轮廓控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据待加工工件的形状进行轨迹规划，确定直驱龙门式运动平台的给定轮廓曲线和直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机的初始位置；

步骤2：对2Y/X方向直线电机位置采样；

步骤3：建立从直驱龙门式运动平台的轮廓曲线微分系统到欧氏微分系统的对应向量关系，将位置-速度-电流的三环控制转化为速度-电流的二环控制，利用流线场得到直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机的规划速度；

步骤4：利用Lyapunov函数抑制扰动并对直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机的规划速度精确跟踪；

步骤5：利用霍尔电流传感器对直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机电流进行采样；

步骤6：分别对采样的2Y/X方向直线电机电流进行三相静止坐标到两相旋转坐标的变换；

步骤7：利用交轴计算推力，并求出推力偏差；

步骤8：根据推力偏差进行电流调节；

步骤9：对调节后的电流值进行两相旋转坐标到三相静止坐标的变换；

步骤10：将变换得到的电流值作为载波与三角波调制获得PWM信号；

步骤11：PWM信号控制IPM隔离驱动保护电路的开通关断实现对2Y/X方向直线电机的电流控制，进而对龙门式运动平台进行轮廓控制。