交流永磁伺服電機(jī)電子模擬器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種交流永磁伺服電機(jī)電子模擬器，屬于電子儀器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是微電子、計(jì)算機(jī)，電力半導(dǎo)體和電機(jī)制造技 術(shù)取得的巨大技術(shù)進(jìn)步，使得位置伺服這樣一種扮演重要支柱技術(shù)角色的自動(dòng)控制系統(tǒng)， 在許多高科技領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，如激光加工、機(jī)器人，數(shù)控機(jī)床、雷達(dá)和各種裝 備隨動(dòng)控制系統(tǒng)等等。位置伺服系統(tǒng)的控制性能，對這些高科技裝備的應(yīng)用起著越來越關(guān) 鍵的支撐作用。同時(shí)，隨著功率電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及控制原理的進(jìn)步，以交 流永磁伺服電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的交流伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)備具有了可與直流伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)備相比 擬的特性，從而使得交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)固有的優(yōu)勢得到了充分的發(fā)揮，交流伺服驅(qū)動(dòng)已 成為現(xiàn)代伺服驅(qū)動(dòng)發(fā)展的方向。交流伺服系統(tǒng)的主要任務(wù)就是按照控制命令要求，對信號 進(jìn)行變換、調(diào)控和功率放大等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度及位置都能得到靈活方便 的控制。
[0003] 目前，由交流永磁伺服電機(jī)組成的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)大量應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域?？刂葡到y(tǒng) 由控制器、驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)和負(fù)載裝置組成。在某些特殊情況下，伺服系統(tǒng)本身出現(xiàn)問題， 現(xiàn)場工作人員無法準(zhǔn)確判斷問題發(fā)生的部位和原因。如果采用部件替換的方法進(jìn)行判斷， 則需要另外構(gòu)建伺服電機(jī)和負(fù)載裝置。當(dāng)實(shí)際的伺服電機(jī)和負(fù)載裝置較為笨重或復(fù)雜時(shí)， 構(gòu)建和使用這樣的檢測系統(tǒng)不利于系統(tǒng)排故和檢查，特別是在野外環(huán)境下，不利于迅速排 除故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于上述情況，本專利提出一種小型集成的交流永磁伺服電機(jī)電子模擬器，用于 替代實(shí)際電機(jī)和負(fù)載裝置檢查控制系統(tǒng)其它部分的工作性能，使其可以方便地在各種場合 條件下檢測控制系統(tǒng)的控制器和驅(qū)動(dòng)器的性能。
[0005] 為滿足該模擬器小型化、精確化的要求，實(shí)現(xiàn)模擬器準(zhǔn)確模擬伺服電機(jī)運(yùn)行，實(shí)時(shí) 反應(yīng)伺服電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案在如下幾方面進(jìn)行了改進(jìn)。
[0006] 1.利用電阻、電感、電容模擬伺服電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0007] 2.建立伺服電機(jī)運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型來計(jì)算相應(yīng)的參數(shù)。
[0008] 3.利用M0S管作開關(guān)，對電容進(jìn)行充放電，實(shí)時(shí)模擬交流永磁伺服電機(jī)的反電動(dòng) 勢，并加載到模擬電路之中。
[0009] 4.利用DSP的運(yùn)算結(jié)果及I/O口，模擬交流永磁伺服電機(jī)的碼盤反饋信號，反饋 到真實(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之中。
[0010] 具體如下：所述交流永磁伺服電機(jī)電子模擬器由如下部分組成：電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、 CPU、AD采樣芯片、電容、電感組成，其特征在于：CPU -端連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，另一端分別連接 三個(gè)并聯(lián)電容，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器依次串聯(lián)連接電阻，電感，電容，并且分別并聯(lián)連接三組；在每個(gè) 電容兩端分別加載上正負(fù)電壓，并且用MOS管開關(guān)控制其開關(guān)；AD采樣芯片并聯(lián)連接三組 電阻，AD采樣芯片并且與CPU連接，AD采樣芯片對電容兩端的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，采樣得到 的三個(gè)電流值會(huì)被送到CPU之中，之后CPU根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到伺服電機(jī)模擬器關(guān)鍵的 運(yùn)行參數(shù)：扭矩、轉(zhuǎn)速、角位移以及相應(yīng)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢。將實(shí)時(shí)采樣的電壓值與計(jì)算得到 的反電動(dòng)勢進(jìn)行對比，如果電容的實(shí)際電壓與計(jì)算得到的電壓數(shù)值不符，則利用CPU程序 控制M0S管開關(guān)的關(guān)斷對電容端進(jìn)行充放電操作，控制電容電壓與計(jì)算得到的電壓數(shù)值一 致，保證電容兩端的電壓與真實(shí)電機(jī)的繞組反電動(dòng)勢相符，達(dá)到模擬電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。
[0011] 所述電阻為大功率精密電阻，可以精確模擬出伺服電機(jī)的內(nèi)阻并且消耗相應(yīng)的功 率。
[0012] 所述電感為功率精密電感。
[0013]所述電容為大容量電解電容，利用其充放電工程中電荷的存儲(chǔ)模擬伺服電機(jī)運(yùn)行 時(shí)所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢。
[0014]所述數(shù)學(xué)模型是利用DSP對采集到的三相電流進(jìn)行處理，并計(jì)算出伺服電機(jī)運(yùn)行 時(shí)相應(yīng)的轉(zhuǎn)速、扭矩、角位移和反電動(dòng)勢。
[0015] CPU連接電腦。
[0016]電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出三相電流。電容兩端分別加載12v正負(fù)電壓。
[0017]如下述公式所示，要得到被模擬的伺服電機(jī)的任何一項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，首先就要得到 三相電流的大小，就可以計(jì)算出伺服電機(jī)的一系列運(yùn)行參數(shù)，如下：
公式1 :三相電流向d/q軸電流的轉(zhuǎn)換
公式2 :利用d/q軸電流計(jì)算扭矩
公式3 :利用扭矩、慣量、摩擦系數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)速
公式4 :計(jì)算角位移。
[0018] 驅(qū)動(dòng)器反饋電機(jī)運(yùn)行的位置，其反饋方式主要有串口通訊和編碼盤直接反饋形 式。模擬器可根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況加以定制。優(yōu)選利用DSP給出相應(yīng)的碼盤反饋信號，給 驅(qū)動(dòng)器做出反饋。
[0019] 用DSP串口發(fā)出DSP計(jì)算出的數(shù)據(jù)，用上位機(jī)對模擬器的實(shí)際工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí) 監(jiān)控。
[0020] 結(jié)合附圖1、2說明本發(fā)明原理：如圖1所示，首先電機(jī)驅(qū)動(dòng)器在得到運(yùn)行的命令的 時(shí)候，會(huì)向外輸出三相電流，這里模擬器取代了交流永磁伺服電機(jī)接入三相電流。電阻為大 功率精密電阻，可以精確模擬出伺服電機(jī)的內(nèi)阻并且消耗相應(yīng)的功率，可以理解為伺服電 機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)消耗的能量在這里被該電阻消耗了一部分。之后，三相電流流過功率電感，這 里的電感可以模擬交流永磁伺服電機(jī)線圈內(nèi)感，伺服電機(jī)實(shí)際運(yùn)行消耗的能量在這里也被 相應(yīng)的消耗了一部分。最后，三相電流流過電容，此處電容是為了實(shí)現(xiàn)反電動(dòng)勢的加載，利 用電容兩端會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢的特性模擬了伺服電機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢，三相交流 電流過電容，基本不會(huì)消耗能量。
[0021] 實(shí)際交流永磁伺服電機(jī)運(yùn)行過程之中的反電動(dòng)勢由充放電的電容實(shí)現(xiàn)。如圖2所 示，在電容兩端加載上正負(fù)電壓，并且用M0S管開關(guān)將其斷開。在模擬器中加上一個(gè)采樣芯 片，對電容兩端的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，同時(shí)實(shí)時(shí)采樣的電壓值與計(jì)算得到的反電動(dòng)勢進(jìn)行 對比，如果電容的實(shí)際電壓與計(jì)算得到的電壓數(shù)值不符，需要利用CPU程序控制CMOS管開 關(guān)的關(guān)