[发明专利]基于方向场的电机驱动XY平台轮廓加工控制装置及方法

权利要求书

1.一种基于方向场的电机驱动XY平台轮廓加工控制装置，该装置包括交流调压单元、电压调整电路、整流滤波单元、IPM逆变单元、数字信号处理器DSP、霍尔传感器、光栅尺、电流采样电路、位置采样电路和IPM隔离驱动保护电路，其特征在于：所述的数字信号处理器DSP内还设置有NURBS插补器、速度场控制器、IP控制器和积分器；

所述的数字信号处理器DSP内部NURBS插补器作为产生XY平台加工轮廓轨迹的指令发生器，用于产生XY平台系统的电机动子位置指令信号；速度场控制器用于将NURBS插补器输出的位置指令信号转换为速度指令信号；IP控制器用于消除XY平台系统的X、Y轴速度误差；积分器用于将直线电机模块输出的实际速度信号转换为XY平台系统实际的电机动子位置信号。

2.采用权利要求1所述的基于方向场的电机驱动XY平台轮廓加工控制装置进行轮廓加工的方法，其特征在于：包括步骤如下：

步骤1：由数字信号处理器DSP内的NURBS插补器计算XY轴相应的电机动子位置坐标，作为XY平台控制系统的输入；

步骤2：利用方向场控制将NURBS输出的位置指令转化为各轴的速度指令，并将这个速度指令信号送入XY平台的控制系统；

步骤3：确定直线电机速度；

步骤4：通过光栅尺采样电机动子速度，在数字信号处理器DSP内比较后，执行IP控制器；

步骤5：数字信号处理器DSP产生六路PWM脉冲信号，驱动XY平台的X、Y两轴直线电机按照速度指令的方向及大小进行轮廓运动；

整流滤波电路把三相交流电转换成直流电给IPM逆变单元供电，IPM逆变单元根据DSP产生的六路PWM脉冲信号对IPM逆变单元内的六个IGBT开关元件的导通与关断进行控制，驱动直线电机运行。

3.根据权利要求2所述的基于方向场的电机驱动XY平台轮廓加工控制装置进行轮廓加工的方法，其特征在于：步骤2中所述的利用方向场控制将NURBS输出的位置指令转化为各轴的速度指令，包括以下步骤：

步骤2-1、在二维平面内选择一个矩形区域，选择一个网格间距h及网格个数n，划定这个矩形区域的网格；

步骤2-2、求解每个网格点上的方向场向量，并利用方向场向量计算期望轨迹通过该网格点的速度V大小，其值为

V=(dx/dt)2+(dy/dt)2]]>

其中：V为该网格点的速度；

x为Y轴上的量；

y为Y轴上的量；

t为时间；

步骤2-3、当轨迹不在网格点上时，其速度可以利用特殊插值方法通过相邻网格点的速度进行确定：

①当轨迹通过两个相邻网格点中间时，可以利用相邻两个网格点的速度v₁与v₂，按照下式计算

V→=(v1+v22)i→+(v1+v22)j→]]>

其中，为该点速度向量；

v₁为相邻第一网格点的速度；

v₂为相邻第二网格点的速度；

②当轨迹通过四个网格点中间时，可由四个网格点上的X、Y轴的速度和按照下式计算

V→=V→x+V→y]]>

其中：为在X轴上的分量；

为在Y轴上的分量；

V→x=(1-a)(v1x+v2x2)+a(v3x+v4x2)]]>

其中：v_1x与v_1y分别为在X轴与Y轴的分量，

v_2x与v_2y分别为在X轴与Y轴的分量；

v_3x与v_3y分别为在X轴与Y轴的分量，

v_4x与v_4y分别为在X轴与Y轴的分量；

α与β为常数；

V→y=(1-β)(v1y+v3y2)+a(v2y+v4y2)]]>

a=(x-x1)/(x2-x1)β=(y-y1)/(y2-y1)]]>

其中：x₁、x₂与y₁、y₂分别为网格点的横纵坐标。