專利名稱：繞組分段直線電機(jī)的無(wú)傳感器控制裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種繞組分段直線電機(jī)的無(wú)傳感器控制裝置及控制方法，屬于直線電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
直線電機(jī)不需要中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，可以將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的直接驅(qū)動(dòng)，可應(yīng)用于艦載機(jī)彈射起飛、火箭和衛(wèi)星發(fā)射、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、星際航行及采油設(shè)備等領(lǐng)域，極具運(yùn)行優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用潛力。
直線電機(jī)分為短初級(jí)長(zhǎng)次級(jí)和長(zhǎng)初級(jí)短次級(jí)兩種類(lèi)型，前者在短行程場(chǎng)合具有一定優(yōu)勢(shì)，但次級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)帶來(lái)拖曳電纜導(dǎo)線的問(wèn)題。短次級(jí)直線電機(jī)則沒(méi)有這些缺點(diǎn)，但其初級(jí)電樞較長(zhǎng)，繞組的電阻和電感較大，會(huì)引起電機(jī)的損耗及系統(tǒng)效率的降低。所以長(zhǎng)初級(jí)電機(jī)繞組一般采用分段供電的方式驅(qū)動(dòng)。這種分段供電的直線電機(jī)只對(duì)與次級(jí)產(chǎn)生耦合的電樞段通電，并根據(jù)次級(jí)位置的變化將電源順次切換至其余電樞段，并可隨時(shí)更替發(fā)生故障的模塊，便于維護(hù)管理。
繞組分段直線電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，控制系統(tǒng)需要根據(jù)準(zhǔn)確的位置及速度信號(hào)來(lái)保證供電切換及控制策略的實(shí)施。傳統(tǒng)的獲取位置及速度信號(hào)的方法是采用機(jī)械傳感器，但在一些特殊場(chǎng)合如電磁彈射領(lǐng)域，檢測(cè)系統(tǒng)面臨高溫、粉塵、振動(dòng)、強(qiáng)磁場(chǎng)等特殊工況，會(huì)對(duì)機(jī)械傳感器(如光柵尺、磁柵尺)及其連接器形成很大干擾，極易導(dǎo)致傳感器性能的不穩(wěn)定，而影響檢測(cè)精度。同時(shí)，對(duì)于高速直線電機(jī)來(lái)說(shuō)，機(jī)械傳感器的安裝增加了電機(jī)動(dòng)子與控制系統(tǒng)之間的連接線和接口電路，造成系統(tǒng)的可靠性難以保證。另外，在行程較長(zhǎng)的系統(tǒng)中，常規(guī)傳感器的大量鋪設(shè)無(wú)疑增加了系統(tǒng)成本和維修難度。而位置信息和速度信息的獲取又是必不可少的，隨著無(wú)傳感器技術(shù)研究理論漸趨成熟，無(wú)傳感器檢測(cè)成為解決這些問(wèn)題的重要手段。
無(wú)位置傳感器技術(shù)的基本原理是依賴于電機(jī)系統(tǒng)本身的運(yùn)行狀態(tài)變量(如磁鏈或者反電勢(shì)等)來(lái)估計(jì)運(yùn)動(dòng)部件的位置和速度信息。在電機(jī)處于低速時(shí)，大多利用電機(jī)的凸極特性以及磁場(chǎng)飽和特性來(lái)預(yù)估運(yùn)動(dòng)部件的位置和速度；處于高速狀態(tài)時(shí)，反電勢(shì)或者磁鏈中就包含有位置及速度信號(hào)，這使得高速時(shí)的無(wú)傳感技術(shù)比低速有著更廣泛的應(yīng)用范圍，而且相對(duì)更簡(jiǎn)單。相比于普通電機(jī)呈現(xiàn)周期性變化的狀態(tài)變量，繞組分段直線電機(jī)的次級(jí)動(dòng)子在兩電樞段之間過(guò)渡時(shí)，具有兩通路的三相反電勢(shì)或磁鏈信號(hào)，它們隨動(dòng)子位置而呈現(xiàn)出非周期性變化。因此，對(duì)于繞組分段直線電機(jī)來(lái)說(shuō)，常規(guī)的普通高速電機(jī)無(wú)傳感器檢測(cè)的方法顯然不能夠適用，它必需獲取準(zhǔn)確的速度或位置信息來(lái)進(jìn)行供電切換，若檢測(cè)方法不當(dāng)，不能準(zhǔn)確識(shí)別動(dòng)子位置，必然會(huì)造成供電切換的失效，影響電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，甚至造成電機(jī)系統(tǒng)的損壞。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決常規(guī)的普通高速電機(jī)無(wú)傳感器控制的方法不能用于繞組分段直線電機(jī)的控制的問(wèn)題，提供一種繞組分段直線電機(jī)的無(wú)傳感器控制裝置及控制方法。
本發(fā)明所述繞組分段直線電機(jī)的無(wú)傳感器控制裝置，所述直線電機(jī)每個(gè)定子段的長(zhǎng)度均大于所述直線電機(jī)動(dòng)子沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度，它由第一智能功率模塊、第二智能功率模塊、第一電流傳感器、第二電流傳感器、光隔驅(qū)動(dòng)器、邏輯信號(hào)處理及鎖存器和微控制器 DSP組成，
微控制器DSP由第一電流信號(hào)采樣處理單元、第二電流信號(hào)采樣處理單元、第一 Clark變換單元、第二 Clark變換單元、第一 Park變換單元、第二 Park變換單元、第一反電勢(shì)觀測(cè)器、第二反電勢(shì)觀測(cè)器、區(qū)間判斷信號(hào)單元、復(fù)合相加單元、位置及速度估計(jì)單元、速度調(diào)節(jié)器、第一電流調(diào)節(jié)器、第二電流調(diào)節(jié)器、第一 Park逆變換單元、第二 Park逆變換單元、第一空間矢量脈寬調(diào)制單元和第二空間矢量脈寬調(diào)制單元組成，
第一智能功率模塊用于對(duì)所述直線電機(jī)的奇數(shù)段繞組進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，第二智能功率模塊用于對(duì)所述直線電機(jī)的偶數(shù)段繞組進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，
第一電流傳感器用于采集第一智能功率模塊中的三相電流信號(hào)，第二電流傳感器用于采集第二智能功率模塊中的三相電流信號(hào)，
第一電流傳感器的電流信號(hào)輸出端連接第一電流信號(hào)采樣處理單元的電流信號(hào)輸入端，第一電流信號(hào)采樣處理單元的電流信號(hào)輸出端連接第一 Clark變換單元的電流信號(hào)輸入端，第一 Clark變換單元的電流信號(hào)輸出端同時(shí)連接第一 Park變換單元的電流信號(hào)輸入端和第一反電勢(shì)觀測(cè)器的電流信號(hào)輸入端，第一反電勢(shì)觀測(cè)器的電壓信號(hào)輸入端連接第一 Park逆變換單元的電壓信號(hào)輸出端，第一反電勢(shì)觀測(cè)器的電勢(shì)信號(hào)輸出端同時(shí)連接區(qū)間判斷信號(hào)單元的第一電勢(shì)信號(hào)輸入端和復(fù)合相加單元的第一電勢(shì)信號(hào)輸入端，
第二電流傳感器的電流信號(hào)輸出端連接第二電流信號(hào)采樣處理單元的電流信號(hào)輸入端，第二電流信號(hào)采樣處理單元的電流信號(hào)輸出端連接第二 Clark變換單元的電流信號(hào)輸入端，第二 Clark變換單元的電流信號(hào)輸出端同時(shí)連接第二 Park變換單元的電流信號(hào)輸入端和第二反電勢(shì)觀測(cè)器的電流信號(hào)輸入端，第二反電勢(shì)觀測(cè)器的電壓信號(hào)輸入端連接第二 Park逆變換單元的電壓信號(hào)輸出端，第二反電勢(shì)觀測(cè)器的電勢(shì)信號(hào)輸出端同時(shí)連接區(qū)間判斷信號(hào)單元的第二電勢(shì)信號(hào)輸入端和復(fù)合相加單元的第二電勢(shì)信號(hào)輸入端，
復(fù)合相加單元的電勢(shì)信號(hào)輸出端連接位置及速度估計(jì)單元的電勢(shì)信號(hào)輸入端，位置及速度估計(jì)單元的段間位置系數(shù)輸入端連接區(qū)間判斷信號(hào)單元的段間位置系數(shù)輸出端， 區(qū)間判斷信號(hào)單元的段間位置系數(shù)輸出端同時(shí)連接邏輯信號(hào)處理及鎖存器段間位置系數(shù)輸入端，
位置及速度估計(jì)單元的位置信號(hào)輸出端同時(shí)連接第一 Park變換單元的位置信號(hào)輸入端、第一 Park逆變換單元的位置信號(hào)輸入端、第二 Park變換單元的位置信號(hào)輸入端及第二 Park逆變換單元的位置信號(hào)輸入端，
位置及速度估計(jì)單元的速度信號(hào)輸出端連接速度調(diào)節(jié)器的估算速度信號(hào)輸入端， 速度調(diào)節(jié)器的給定速度信號(hào)輸入端用于輸入給定速度信號(hào)，
速度調(diào)節(jié)器電流信號(hào)輸出端同時(shí)連接第一電流調(diào)節(jié)器的估計(jì)電流信號(hào)輸入端和第二電流調(diào)節(jié)器的估計(jì)電流信號(hào)輸入端，第一電流調(diào)節(jié)器的給定電流信號(hào)輸入端用于輸入給定電流信號(hào)，第一電流調(diào)節(jié)器的Park變換電流信號(hào)輸入端連接第一 Park變換單元的電流信號(hào)輸出端，第一電流調(diào)節(jié)器的電壓信號(hào)輸出端連接第一 Park逆變換單元的電壓信號(hào)輸入端，第一 Park逆變換單元的電壓信號(hào)輸出端連接第一空間矢量脈寬調(diào)制單元的電壓信號(hào)輸入端，第一空間矢量脈寬調(diào)制單元的電壓信號(hào)輸出端連接邏輯信號(hào)處理及鎖存器的第一電壓信號(hào)輸入端，
第二電流調(diào)節(jié)器的給定電流信號(hào)輸入端用于輸入給定電流信號(hào)，第二電流調(diào)節(jié)器的Park變換電流信號(hào)輸入端連接第二 Park變換單元的電流信號(hào)輸出端，第二電流調(diào)節(jié)器的電壓信號(hào)輸出端連接第二 Park逆變換單元的電壓信號(hào)輸入端，第二 Park逆變換單元的電壓信號(hào)輸出端連接第二空間矢量脈寬調(diào)制單元的電壓信號(hào)輸入端，第二空間矢量脈寬調(diào)制單元的電壓信號(hào)輸出端連接邏輯信號(hào)處理及鎖存器的第二電壓信號(hào)輸入端，
邏輯信號(hào)處理及鎖存器的電壓信號(hào)輸出端連接光隔驅(qū)動(dòng)器的電壓信號(hào)輸入端，光隔驅(qū)動(dòng)器的第一組驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接第一智能功率模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，光隔驅(qū)動(dòng)器的第二組驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接第二智能功率模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端。
本發(fā)明所述基于上述裝置的控制方法
采用第一智能功率模塊對(duì)所述直線電機(jī)的奇數(shù)段繞組進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，采用第二智能功率模塊對(duì)所述直線電機(jī)的偶數(shù)段繞組進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，
當(dāng)電機(jī)動(dòng)子整體位于一個(gè)定子段內(nèi)時(shí)，通過(guò)相應(yīng)的電流傳感器對(duì)該定子段的電樞繞組的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行采集，并控制相應(yīng)的智能功率模塊控制該定子段的電樞繞組的驅(qū)動(dòng)電流，以電機(jī)動(dòng)子位于奇數(shù)段的一個(gè)定子段內(nèi)為例說(shuō)明控制過(guò)程
采用第一電流傳感器采集第一智能功率模塊的三相電流信號(hào)，然后將該三相電流信號(hào)輸入到第一電流信號(hào)采樣處理單元進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到三相電流信號(hào)ila、ilb和h。，三相電流信號(hào)ila、ilb和ilc;經(jīng)第一 Clark變換單元進(jìn)行三相靜止坐標(biāo)系到二相靜止坐標(biāo)系的變換獲得二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)ila和iie，該二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)ila和 i10同時(shí)輸入給第一 Park變換單元和第一反電勢(shì)觀測(cè)器，第一反電勢(shì)觀測(cè)器同時(shí)接收第一 Park逆變換單元輸出的電壓信號(hào)Ula和U10，第一反電勢(shì)觀測(cè)器經(jīng)運(yùn)算獲得此時(shí)某一奇數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)AGla, §10)，
奇數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)的α軸分量gla和β軸分量e經(jīng)過(guò)一階低通濾波，濾除高頻干擾信號(hào)后，通過(guò)atan2(-gla，e10)函數(shù)可以求出其觀測(cè)值^，^表示電機(jī)的d軸與其A相的夾角，再利用旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)變換方程i = 1即求出動(dòng)子位置，對(duì)動(dòng)子位π置進(jìn)行微分即獲得動(dòng)子的速度信號(hào)々；
第一 Park變換單元將輸入的二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)ila和iie及位置信號(hào)^ 進(jìn)行靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，獲得的結(jié)果輸入到第一電流調(diào)節(jié)器，
速度調(diào)節(jié)器將其輸入的速度信號(hào) 與給定速度信號(hào)/進(jìn)行比較，經(jīng)速度PID調(diào)節(jié)運(yùn)算后獲得電流信號(hào)、，
第一電流調(diào)節(jié)器將接收到的由電流信號(hào)ila和iie經(jīng)靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換后獲得的信號(hào)和電流信號(hào)、與電流給定信號(hào)i/進(jìn)行比較后，獲得的電壓信號(hào)經(jīng)第一 Park逆變換單元進(jìn)行二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到二相靜止坐標(biāo)系的變換獲得二相靜止坐標(biāo)系的電壓信號(hào)Ula和U10，該二相靜止坐標(biāo)系的電壓信號(hào)Ula和U10經(jīng)第一空間矢量脈寬調(diào)制單元輸入給邏輯信號(hào)處理及鎖存器，
邏輯信號(hào)處理及鎖存器將接收到的信號(hào)進(jìn)行緩存處理后輸出給光隔驅(qū)動(dòng)器，光隔驅(qū)動(dòng)器將強(qiáng)弱電信號(hào)進(jìn)行隔離后輸出給第一智能功率模塊，由第一智能功率模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)所述直線電機(jī)的奇數(shù)段繞組的控制；
當(dāng)電機(jī)動(dòng)子的位置信號(hào)i達(dá)到預(yù)設(shè)定閾值時(shí)，即電機(jī)動(dòng)子橫跨相鄰兩個(gè)定子段時(shí)，啟動(dòng)與所述定子段相鄰的下一個(gè)定子段的智能功率模塊驅(qū)動(dòng)所述下一個(gè)定子段的電樞繞組開(kāi)始工作，同時(shí)通過(guò)相應(yīng)的電流傳感器對(duì)該定子段的電樞繞組驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行采集，該過(guò)程具體為
采用第一電流傳感器采集第一智能功率模塊的三相電流信號(hào)，然后將該三相電流信號(hào)輸入到第一電流信號(hào)采樣處理單元進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到三相電流信號(hào)ila、ilb和h。，三相電流信號(hào)ila、ilb和ilc;經(jīng)第一 Clark變換單元進(jìn)行三相靜止坐標(biāo)系到二相靜止坐標(biāo)系的變換獲得二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)ila和iie，該二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)ila和 i10同時(shí)輸入給第一 Park變換單元和第一反電勢(shì)觀測(cè)器，第一反電勢(shì)觀測(cè)器同時(shí)接收第一 Park逆變換單元輸出的電壓信號(hào)U1 α和U1 e，第一反電勢(shì)觀測(cè)器經(jīng)運(yùn)算獲得此時(shí)某一奇數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)4，
采用第二電流傳感器采集第二智能功率模塊的三相電流信號(hào)，然后將該三相電流信號(hào)輸入到第二電流信號(hào)采樣處理單元進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到三相電流信號(hào)i2a、i2b和i2。，三相電流信號(hào)i2a、i2b和i2。經(jīng)第二 Clark變換單元進(jìn)行三相靜止坐標(biāo)系到二相靜止坐標(biāo)系的變換獲得二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)i2a和i2e，該二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)i2a和 i20同時(shí)輸入給第二 Park變換單元和第二反電勢(shì)觀測(cè)器，第二反電勢(shì)觀測(cè)器同時(shí)接收第二 Park逆變換單元輸出的電壓信號(hào)U2α和U20，第二反電勢(shì)觀測(cè)器經(jīng)運(yùn)算獲得此時(shí)某一偶數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)hG2a，，
當(dāng)電機(jī)動(dòng)子勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)
奇數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)模值Ig1I，即H =和偶數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)Ig2I，即1^1 = +1+ ，通過(guò)區(qū)間判斷信號(hào)單元進(jìn)行模值比較獲取段間位置系數(shù)纟，該段間位置系數(shù)《輸入給邏輯信號(hào)處理及鎖存器，再把^、ej.lej送給位置及速度估計(jì)單元進(jìn)行估算，獲得位置信號(hào)i和速度信號(hào) ；
當(dāng)電機(jī)動(dòng)子在相鄰兩個(gè)定子段間進(jìn)行加速、減速或勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)
奇數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)和偶數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)%2經(jīng)復(fù)合運(yùn)算單元進(jìn)行相加合成，獲得兩個(gè)定子段感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)的統(tǒng)一合成值(Ba，ge)，該電勢(shì)信號(hào)值經(jīng)過(guò)位置及速度估計(jì)單元進(jìn)行估算，獲得位置信號(hào)i和速度信號(hào) ，
第一 Park變換單元將輸入的二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)ila和iie及位置信號(hào)義進(jìn)行靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，獲得的結(jié)果輸入到第一電流調(diào)節(jié)器，
第二 Park變換單元將輸入的二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)i2a和i20及位置信號(hào)義進(jìn)行靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，獲得的結(jié)果輸入到第二電流調(diào)節(jié)器，
速度調(diào)節(jié)器將其輸入的速度信號(hào) 與給定速度信號(hào)/進(jìn)行比較，獲得電流信號(hào)i,，
第一電流調(diào)節(jié)器將接收到的由電流信號(hào)ila和iie經(jīng)靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換后獲得的信號(hào)和電流信號(hào)、與電流給定信號(hào)i/進(jìn)行比較后，獲得的電壓信號(hào)經(jīng)第一 Park逆變換單元進(jìn)行二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到二相靜止坐標(biāo)系的變換獲得二相靜止坐標(biāo)系的電壓信號(hào)ula和u10，該二相靜止坐標(biāo)系的電壓信號(hào)ula和u10經(jīng)第一空間矢量脈寬調(diào)制單元輸入給邏輯信號(hào)處理及鎖存器，
第二電流調(diào)節(jié)器將接收到的由電流信號(hào)i2a和i20經(jīng)靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換后獲得的信號(hào)和電流信號(hào)、與電流給定信號(hào)i/進(jìn)行比較后，獲得的電壓信號(hào)經(jīng)第二 Park逆變換單元進(jìn)行二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到二相靜止坐標(biāo)系的變換獲得二相靜止坐標(biāo)系的電壓信號(hào)u2a和u20，該二相靜止坐標(biāo)系的電壓信號(hào)u2a和u20經(jīng)第二空間矢量脈寬調(diào)制單元輸入給邏輯信號(hào)處理及鎖存器，
邏輯信號(hào)處理及鎖存器將接收到的信號(hào)進(jìn)行緩存處理后輸出給光隔驅(qū)動(dòng)器，光隔驅(qū)動(dòng)器將強(qiáng)弱電信號(hào)進(jìn)行隔離后輸出給第一智能功率模塊和第二智能功率模塊，由第一智能功率模塊和第二智能功率模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)所述直線電機(jī)的奇數(shù)段繞組和偶數(shù)段繞組的控制。
所述位置及速度估計(jì)單元對(duì)電機(jī)動(dòng)子位置進(jìn)行判斷的具體方法分為加速或減速運(yùn)動(dòng)位置判斷方法和勻速運(yùn)動(dòng)位置判斷方法
加速或減速運(yùn)動(dòng)位置判斷方法
根據(jù)公式
權(quán)利要求
1. 一種繞組分段直線電機(jī)的無(wú)傳感器控制裝置，所述直線電機(jī)每個(gè)定子段的長(zhǎng)度均大于所述直線電機(jī)動(dòng)子沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度，其特征在于它由第一智能功率模塊(1-1)、第二智能功率模塊(1-2)、第一電流傳感器(2-1)、第二電流傳感器(2-2)、光隔驅(qū)動(dòng)器(3)、邏輯信號(hào)處理及鎖存器(4)和微控制器DSP ( 組成，微控制器DSP 由第一電流信號(hào)采樣處理單元(5-11)、第二電流信號(hào)采樣處理單元 (5-12)、第一 Clark變換單元(5_21)、第二 Clark變換單元(5_22)、第一 Park變換單元 (5-31)、第二Park變換單元(5-3 、第一反電勢(shì)觀測(cè)器(5_41)、第二反電勢(shì)觀測(cè)器(5_42)、 區(qū)間判斷信號(hào)單元(5-5)、復(fù)合相加單元(5-6)、位置及速度估計(jì)單元(5-7)、速度調(diào)節(jié)器 (5-8)、第一電流調(diào)節(jié)器(5-91)、第二電流調(diào)節(jié)器(5-9 、第一Park逆變換單元(5-101)、第二 Park逆變換單元(5-102)、第一空間矢量脈寬調(diào)制單元(5-111)和第二空間矢量脈寬調(diào)制單元(5-11 組成，第一智能功率模塊(1-1)用于對(duì)所述直線電機(jī)的奇數(shù)段繞組進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，第二智能功率模塊(1-2)用于對(duì)所述直線電機(jī)的偶數(shù)段繞組進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，第一電流傳感器(2-1)用于采集第一智能功率模塊(1-1)中的三相電流信號(hào)，第二電流傳感器(2-2)用于采集第二智能功率模塊(1-2)中的三相電流信號(hào)，第一電流傳感器的電流信號(hào)輸出端連接第一電流信號(hào)采樣處理單元(5-11)的電流信號(hào)輸入端，第一電流信號(hào)采樣處理單元(5-11)的電流信號(hào)輸出端連接第一 Clark變換單元(5-21)的電流信號(hào)輸入端，第一 Clark變換單元(5_21)的電流信號(hào)輸出端同時(shí)連接第一 Park變換單元(5-31)的電流信號(hào)輸入端和第一反電勢(shì)觀測(cè)器(5_41)的電流信號(hào)輸入端，第一反電勢(shì)觀測(cè)器(5-41)的電壓信號(hào)輸入端連接第一 Park逆變換單元(5-101) 的電壓信號(hào)輸出端，第一反電勢(shì)觀測(cè)器(5-41)的電勢(shì)信號(hào)輸出端同時(shí)連接區(qū)間判斷信號(hào)單元(5-5)的第一電勢(shì)信號(hào)輸入端和復(fù)合相加單元(5-6)的第一電勢(shì)信號(hào)輸入端，第二電流傳感器0-2)的電流信號(hào)輸出端連接第二電流信號(hào)采樣處理單元(5-12)的電流信號(hào)輸入端，第二電流信號(hào)采樣處理單元(5-1 的電流信號(hào)輸出端連接第二 Clark變換單元(5-2 的電流信號(hào)輸入端，第二 Clark變換單元(5-2 的電流信號(hào)輸出端同時(shí)連接第二 Park變換單元(5-3 的電流信號(hào)輸入端和第二反電勢(shì)觀測(cè)器(5-4 的電流信號(hào)輸入端，第二反電勢(shì)觀測(cè)器(5-4 的電壓信號(hào)輸入端連接第二 Park逆變換單元(5-102) 的電壓信號(hào)輸出端，第二反電勢(shì)觀測(cè)器(5-42)的電勢(shì)信號(hào)輸出端同時(shí)連接區(qū)間判斷信號(hào)單元(5-5)的第二電勢(shì)信號(hào)輸入端和復(fù)合相加單元(5-6)的第二電勢(shì)信號(hào)輸入端，復(fù)合相加單元(5-6)的電勢(shì)信號(hào)輸出端連接位置及速度估計(jì)單元(5-7)的電勢(shì)信號(hào)輸入端，位置及速度估計(jì)單元(5-7)的段間位置系數(shù)輸入端連接區(qū)間判斷信號(hào)單元(5-5)的段間位置系數(shù)輸出端，區(qū)間判斷信號(hào)單元(5-5)的段間位置系數(shù)輸出端同時(shí)連接邏輯信號(hào)處理及鎖存器(4)段間位置系數(shù)輸入端，位置及速度估計(jì)單元(5-7)的位置信號(hào)輸出端同時(shí)連接第一 Park變換單元(5_31)的位置信號(hào)輸入端、第一 Park逆變換單元(5-101)的位置信號(hào)輸入端、第二 Park變換單元 (5-32)的位置信號(hào)輸入端及第二 Park逆變換單元(5-102)的位置信號(hào)輸入端，位置及速度估計(jì)單元(5-7)的速度信號(hào)輸出端連接速度調(diào)節(jié)器(5-8)的估算速度信號(hào)輸入端，速度調(diào)節(jié)器(5-8)的給定速度信號(hào)輸入端用于輸入給定速度信號(hào)，速度調(diào)節(jié)器(5-8)電流信號(hào)輸出端同時(shí)連接第一電流調(diào)節(jié)器(5-91)的估計(jì)電流信號(hào)輸入端和第二電流調(diào)節(jié)器(5-9 的估計(jì)電流信號(hào)輸入端，第一電流調(diào)節(jié)器(5-91)的給定電流信號(hào)輸入端用于輸入給定電流信號(hào)，第一電流調(diào)節(jié)器(5-91)的Park變換電流信號(hào)輸入端連接第一 Park變換單元(5-31)的電流信號(hào)輸出端，第一電流調(diào)節(jié)器(5_91)的電壓信號(hào)輸出端連接第一 Park逆變換單元(5-101)的電壓信號(hào)輸入端，第一 Park逆變換單元 (5-101)的電壓信號(hào)輸出端連接第一空間矢量脈寬調(diào)制單元(5-111)的電壓信號(hào)輸入端， 第一空間矢量脈寬調(diào)制單元(5-111)的電壓信號(hào)輸出端連接邏輯信號(hào)處理及鎖存器(4)的第一電壓信號(hào)輸入端，第二電流調(diào)節(jié)器(5-9 的給定電流信號(hào)輸入端用于輸入給定電流信號(hào)，第二電流調(diào)節(jié)器(5-9 的Park變換電流信號(hào)輸入端連接第二 Park變換單元(5-3 的電流信號(hào)輸出端，第二電流調(diào)節(jié)器(5-9 的電壓信號(hào)輸出端連接第二 Park逆變換單元(5-102)的電壓信號(hào)輸入端，第二Park逆變換單元(5-10 的電壓信號(hào)輸出端連接第二空間矢量脈寬調(diào)制單元(5-112)的電壓信號(hào)輸入端，第二空間矢量脈寬調(diào)制單元(5-112)的電壓信號(hào)輸出端連接邏輯信號(hào)處理及鎖存器(4)的第二電壓信號(hào)輸入端，邏輯信號(hào)處理及鎖存器的電壓信號(hào)輸出端連接光隔驅(qū)動(dòng)器(3)的電壓信號(hào)輸入端，光隔驅(qū)動(dòng)器(3)的第一組驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接第一智能功率模塊(1-1)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，光隔驅(qū)動(dòng)器(3)的第二組驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端連接第二智能功率模塊(1- 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繞組分段直線電機(jī)的無(wú)傳感器控制裝置，其特征在于所述第一反電勢(shì)觀測(cè)器(5-41)和第二反電勢(shì)觀測(cè)器(5-4 為狀態(tài)觀測(cè)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繞組分段直線電機(jī)的無(wú)傳感器控制裝置，其特征在于所述第一反電勢(shì)觀測(cè)器(5-41)和第二反電勢(shì)觀測(cè)器(5-42)為滑膜觀測(cè)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的繞組分段直線電機(jī)的無(wú)傳感器控制裝置，其特征在于 所述第一智能功率模塊(1-1)和第二智能功率模塊(1-2)的型號(hào)為T(mén)MS150RLEA060。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的繞組分段直線電機(jī)的無(wú)傳感器控制裝置，其特征在于 所述光隔驅(qū)動(dòng)器(3)的型號(hào)為HCPL4504。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的繞組分段直線電機(jī)的無(wú)傳感器控制裝置，其特征在于 所述第一電流傳感器0-1)和第二電流傳感器0-2)的型號(hào)為L(zhǎng)A-100P。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的繞組分段直線電機(jī)的無(wú)傳感器控制裝置，其特征在于 所述邏輯信號(hào)處理及鎖存器的型號(hào)為74LSM1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的繞組分段直線電機(jī)的無(wú)傳感器控制裝置，其特征在于 所述微控制器DSP 的型號(hào)為T(mén)MS320F28335。
9.一種基于權(quán)利要求1所述繞組分段直線電機(jī)的無(wú)傳感器控制裝置的控制方法，其特征在于采用第一智能功率模塊(1-1)對(duì)所述直線電機(jī)的奇數(shù)段繞組進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，采用第二智能功率模塊(1-2)對(duì)所述直線電機(jī)的偶數(shù)段繞組進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，當(dāng)電機(jī)動(dòng)子整體位于一個(gè)定子段內(nèi)時(shí)，通過(guò)相應(yīng)的電流傳感器對(duì)該定子段的電樞繞組的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行采集，并控制相應(yīng)的智能功率模塊控制該定子段的電樞繞組的驅(qū)動(dòng)電流， 以電機(jī)動(dòng)子位于奇數(shù)段的一個(gè)定子段內(nèi)為例說(shuō)明控制過(guò)程采用第一電流傳感器采集第一智能功率模塊(1-1)的三相電流信號(hào)，然后將該三相電流信號(hào)輸入到第一電流信號(hào)采樣處理單元(5-11)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到三相電流信號(hào)ila、ilb和ilc，三相電流信號(hào)ila、ilb和I1。經(jīng)第一 Clark變換單元(5-21)進(jìn)行三相靜止坐標(biāo)系到二相靜止坐標(biāo)系的變換獲得二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)ila和iie，該二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)ila和iie同時(shí)輸入給第一 Park變換單元(5_31)和第一反電勢(shì)觀測(cè)器 (5-41)，第一反電勢(shì)觀測(cè)器(5-41)同時(shí)接收第一 Park逆變換單元(5-101)輸出的電壓信號(hào)Ula和U10，第一反電勢(shì)觀測(cè)器(5-41)經(jīng)運(yùn)算獲得此時(shí)某一奇數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)(βιa，βιβ)，奇數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)I的α軸分量和β軸分量經(jīng)過(guò)一階低通濾波， 濾除高頻干擾信號(hào)后，通過(guò)atan2(-gla，gie)函數(shù)可以求出其觀測(cè)值^，^表示電機(jī)的d軸與其A相的夾角，再利用旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)變換方程力=θ · 1即求出動(dòng)子位置，對(duì)動(dòng)子位置π進(jìn)行微分即獲得動(dòng)子的速度信號(hào)々；第一 Park變換單元(5-31)將輸入的二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)ila和iie及位置信號(hào)&進(jìn)行靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，獲得的結(jié)果輸入到第一電流調(diào)節(jié)器(5-91)，速度調(diào)節(jié)器(5-8)將其輸入的速度信號(hào) 與給定速度信號(hào)/進(jìn)行比較，經(jīng)速度PID調(diào)節(jié)運(yùn)算后獲得電流信號(hào)、，第一電流調(diào)節(jié)器(5-91)將接收到的由電流信號(hào)ila和iie經(jīng)靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換后獲得的信號(hào)和電流信號(hào)、與電流給定信號(hào)i/進(jìn)行比較后，獲得的電壓信號(hào)經(jīng)第一 Park逆變換單元(5-101)進(jìn)行二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到二相靜止坐標(biāo)系的變換獲得二相靜止坐標(biāo)系的電壓信號(hào)Ula和U10，該二相靜止坐標(biāo)系的電壓信號(hào)Ula和U10經(jīng)第一空間矢量脈寬調(diào)制單元(5-111)輸入給邏輯信號(hào)處理及鎖存器G)，邏輯信號(hào)處理及鎖存器(4)將接收到的信號(hào)進(jìn)行緩存處理后輸出給光隔驅(qū)動(dòng)器(3)， 光隔驅(qū)動(dòng)器(3)將強(qiáng)弱電信號(hào)進(jìn)行隔離后輸出給第一智能功率模塊(1-1)，由第一智能功率模塊(1-1)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述直線電機(jī)的奇數(shù)段繞組的控制；當(dāng)電機(jī)動(dòng)子的位置信號(hào)i達(dá)到預(yù)設(shè)定閾值時(shí)，即電機(jī)動(dòng)子橫跨相鄰兩個(gè)定子段時(shí)，啟動(dòng)與所述定子段相鄰的下一個(gè)定子段的智能功率模塊驅(qū)動(dòng)所述下一個(gè)定子段的電樞繞組開(kāi)始工作，同時(shí)通過(guò)相應(yīng)的電流傳感器對(duì)該定子段的電樞繞組驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行采集，該過(guò)程具體為采用第一電流傳感器采集第一智能功率模塊(1-1)的三相電流信號(hào)，然后將該三相電流信號(hào)輸入到第一電流信號(hào)采樣處理單元(5-11)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到三相電流信號(hào) ila、ilb和I1。，三相電流信號(hào)ila、、和I1。經(jīng)第一 Clark變換單元(5_21)進(jìn)行三相靜止坐標(biāo)系到二相靜止坐標(biāo)系的變換獲得二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)ila和iie，該二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)ila和iie同時(shí)輸入給第一Park變換單元(5_31)和第一反電勢(shì)觀測(cè)器(5_41)， 第一反電勢(shì)觀測(cè)器(5-41)同時(shí)接收第一 Park逆變換單元(5-101)輸出的電壓信號(hào)Ula和 U10，第一反電勢(shì)觀測(cè)器(5-41)經(jīng)運(yùn)算獲得此時(shí)某一奇數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)采用第二電流傳感器(2-2)采集第二智能功率模塊(1-2)的三相電流信號(hào)，然后將該三相電流信號(hào)輸入到第二電流信號(hào)采樣處理單元(5-1 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到三相電流信號(hào)i2a、i2b和i2。，三相電流信號(hào)i2a、i2b和經(jīng)第二 Clark變換單元(5-22)進(jìn)行三相靜止坐標(biāo)系到二相靜止坐標(biāo)系的變換獲得二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)i2a和i2e，該二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)i2a和i2e同時(shí)輸入給第二 Park變換單元(5-3 和第二反電勢(shì)觀測(cè)器 (5-42)，第二反電勢(shì)觀測(cè)器(5-4 同時(shí)接收第二 Park逆變換單元(5-10 輸出的電壓信號(hào)u2a和U20，第二反電勢(shì)觀測(cè)器(5-4 經(jīng)運(yùn)算獲得此時(shí)某一偶數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)^2 (^2 a，e2 β)，當(dāng)電機(jī)動(dòng)子勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)奇數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)模值1，即悶=ψ +ξβ和偶數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)e21，即問(wèn)=ψ22α + β22β，通過(guò)區(qū)間判斷信號(hào)單元(5-5)進(jìn)行模值比較獲取段間位置系數(shù)^，該段間位置系數(shù)《輸入給邏輯信號(hào)處理及鎖存器@)，再把《、ej, |g2|送給位置及速度估計(jì)單元(5-7)進(jìn)行估算，獲得位置信號(hào)i和速度信號(hào)當(dāng)電機(jī)動(dòng)子在相鄰兩個(gè)定子段間進(jìn)行加速、減速或勻速運(yùn)動(dòng)時(shí) 奇數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)I和偶數(shù)段繞組的預(yù)估電勢(shì)信號(hào)&經(jīng)復(fù)合運(yùn)算單元(5-6) 進(jìn)行相加合成，獲得兩個(gè)定子段感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)的統(tǒng)一合成值(Ba，ge)，該電勢(shì)信號(hào)值經(jīng)過(guò)位置及速度估計(jì)單元(5-7)進(jìn)行估算，獲得位置信號(hào)i和速度信號(hào) ，第一 Park變換單元(5-31)將輸入的二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)ila和iie及位置信號(hào)i進(jìn)行靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，獲得的結(jié)果輸入到第一電流調(diào)節(jié)器(5-91)，第二 Park變換單元(5-3 將輸入的二相靜止坐標(biāo)系的電流信號(hào)i2a和i20及位置信號(hào)i進(jìn)行靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，獲得的結(jié)果輸入到第二電流調(diào)節(jié)器(5-92)， 速度調(diào)節(jié)器(5-8)將其輸入的速度信號(hào) 與給定速度信號(hào)/進(jìn)行比較，獲得電流信號(hào)第一電流調(diào)節(jié)器(5-91)將接收到的由電流信號(hào)ila和iie經(jīng)靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換后獲得的信號(hào)和電流信號(hào)、與電流給定信號(hào)i/進(jìn)行比較后，獲得的電壓信號(hào)經(jīng)第一Park逆變換單元(5-101)進(jìn)行二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到二相靜止坐標(biāo)系的變換獲得二相靜止坐標(biāo)系的電壓信號(hào)Ula和U10，該二相靜止坐標(biāo)系的電壓信號(hào)Ula和U10經(jīng)第一空間矢量脈寬調(diào)制單元(5-111)輸入給邏輯信號(hào)處理及鎖存器G)，第二電流調(diào)節(jié)器(5-9 將接收到的由電流信號(hào)i2a和i20經(jīng)靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換后獲得的信號(hào)和電流信號(hào)、與電流給定信號(hào)i/進(jìn)行比較后，獲得的電壓信號(hào)經(jīng)第二Park逆變換單元(5-10 進(jìn)行二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到二相靜止坐標(biāo)系的變換獲得二相靜止坐標(biāo)系的電壓信號(hào)u2a和U20，該二相靜止坐標(biāo)系的電壓信號(hào)u2a和U20經(jīng)第二空間矢量脈寬調(diào)制單元(5-11 輸入給邏輯信號(hào)處理及鎖存器G)，邏輯信號(hào)處理及鎖存器(4)將接收到的信號(hào)進(jìn)行緩存處理后輸出給光隔驅(qū)動(dòng)器(3)， 光隔驅(qū)動(dòng)器(3)將強(qiáng)弱電信號(hào)進(jìn)行隔離后輸出給第一智能功率模塊(1-1)和第二智能功率模塊(1-2)，由第一智能功率模塊(1-1)和第二智能功率模塊(1-2)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述直線電機(jī)的奇數(shù)段繞組和偶數(shù)段繞組的控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的繞組分段直線電機(jī)的無(wú)傳感器控制方法，其特征在于所述位置及速度估計(jì)單元(5-7)對(duì)電機(jī)動(dòng)子位置進(jìn)行判斷的具體方法分為加速或減速運(yùn)動(dòng)位置判斷方法和勻速運(yùn)動(dòng)位置判斷方法 加速或減速運(yùn)動(dòng)位置判斷方法 根據(jù)公式
全文摘要
繞組分段直線電機(jī)的無(wú)傳感器控制裝置及控制方法，屬于直線電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。它解決了常規(guī)的普通高速電機(jī)無(wú)傳感器控制的方法不能用于繞組分段直線電機(jī)的控制的問(wèn)題?？刂蒲b置由第一智能功率模塊、第二智能功率模塊、第一電流傳感器、第二電流傳感器、光隔驅(qū)動(dòng)器、邏輯信號(hào)處理及鎖存器和微控制器DSP組成；控制方法依據(jù)繞組分段直線電機(jī)相鄰兩個(gè)電樞段的三相反電勢(shì)的非周期變化特點(diǎn)，通過(guò)電流傳感器檢測(cè)相鄰兩段電樞繞組中的三相電流信號(hào)，進(jìn)而計(jì)算獲得其三相電壓信號(hào)，并進(jìn)行采樣處理，在非周期信號(hào)的變化過(guò)程中，抽取變量特征獲得電勢(shì)信號(hào)特征值，來(lái)獲得動(dòng)子的準(zhǔn)確位置及速度信息。本發(fā)明適用于直線電機(jī)的控制。
文檔編號(hào)H02P25/06GK102497157SQ20111037643
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者劉家曦, 李立毅, 祝賀, 馬明娜 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)