[发明专利]一种自动循环散热式直线电机运动控制平台及控制方法

说明书

本发明为一种自动循环散热式直线电机运动控制平台及控制方法，包括上位机、下位机控制器、自动循环散热装置，下位机控制器包括温度控制板卡，上位机与下位机控制器通过RS232串口线通讯；温度控制板卡给自动循环散热装置中的电动调节阀控制信号；在永磁同步直线电机的电机动子温度发热最明显的区域安装电机温度传感器；自动循环散热装置包括冷却板，在电机动子的线圈绕组上侧表贴式组装冷却板，在冷却板上铺设有冷却管，冷却液入口上通过电动调节阀连接外部冷却液供给回路，在电动调节阀的阀杆上设置阀门位置传感器；电机温度传感器、电动调节阀均与温度控制卡相连。该平台解决了电机不同运动状态下的发热问题，提高了其运动精度。

技术领域

本发明属于运动平台及控制领域，具体是一种自动循环散热式直线电机运动控制平台及控制方法。

背景技术

当前制造业的发展过程中，对具有复杂轮廓的高性能零件需求越来越大，对数控机床性能及进给运动平台的控制精度要求不断提高，不仅要求运动平台在高速度场合下的控制精度，还对其在高速频繁启停操作所带来的高加速度场合下的稳定性提出了更高的技术要求。

直线电机驱动的运动平台与传统的滚珠丝杠+旋转伺服电机驱动的传动方式相比，不包含中间传动环节，直接由电能产生电磁推力推动电机的动子做直线进给运动，在速度、精度等方面有明显的优势。

申请号201810842430.6公开了一种直线运动平台，包括：基座；第一运动座与基座导向配合，且第一运动座能够相对基座沿第一轴线方向往复运动；且该直线运动平台还包括第一散热装置和第二散热装置分别用于对两个直线电机进行散热。该专利在机械结构设计时，第二驱动机构运动行程受限于滑轨的长度，且运行过程中电机发热采用集中冷却方式，没有涉及到温升实时检测及自动循环散热控制，散热效率不高，也未能很好解决直线运动平台不同工况下不均匀发热造成滑轨热变形问题，也未涉及相应控制策略用于改善精度及提高系统快速响应性。

现有的直线电机驱动的运动控制平台也存在一些亟需解决的以下问题：

1.对于永磁式直线同步电机在应用于数控机床或高速精密定位平台上时，其初、次级绕组在电磁能量的转换过程中，励磁电流通过线圈绕组并在线圈绕组中产生损耗，这些损耗几乎全部转变为热能，并且驱动力越大，产生的热量也越大，使线圈温度升高，线圈发热一方面会引起热变形，使导轨应力增大，运行过程中增大了导轨的磨损，严重时甚至会影响径向误差；另一方面，发热导致线圈电阻增加，并使其电气时间常数增大，降低了系统的响应，温升一旦超过极限，会影响其绝缘性能和机械强度，降低使用寿命，甚至损坏出现故障；

2.现有的直线电机驱动的运动控制平台线圈所处的位置散热差，更容易导致热量累积，且以往散热装置只是简单地采用外置式散热片和风扇集中冷却的方式，通过对机械结构集中冷却来改善电机发热，其散热效率不高，且没有相应的温度检测装置，未能按实际运行条件及工况动态自动调整散热，也未涉及温度控制器及实时的冷却控制方法进行自动循环散热，直接制约着直线电机运动平台优良特性的发挥；

3、关于别的领域现有冷却装置的温度控制方法：一类是设定一固定不变的温度阈值，当传感器测得温度大于阈值时相应的增大冷却液的流速，当传感器测得温度小于阈值时，则相应的减小冷却液的流速，使其温度处于阈值附近，这类方法的缺点是当所测温度处于温度阈值附近来回波动时，将致使电动调节阀阀门开度频繁切换，影响阀门的使用寿命，该类方法存在控制精度不高，算法粗糙，控制效果不佳等缺点；另外一类是采用传统PID连续控制的方式，但是温度控制为一阶纯滞后的大惯性环节则无法解决控制精度与动态响应之间的矛盾，会引起较大的振荡；

所以，需要研发一种自动循环散热式直线电机运动控制平台及控制方法，其目的在于解决上述技术问题，提高运动平台的控制精度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种自动循环散热式直线电机运动控制平台及控制方法。