[发明专利]永磁同步电动机模拟器

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电动机模拟器，更确切的说，是指一种具备永磁同步电动机基本特性（如：阻尼系数、转动惯量、极对数、反电势系数、力矩方程、运动方程等）的电子负载。本发明具有与实际永磁同步电动机绕组相同或者相似的电感、电阻等电气参数；可在驱动器驱动下运行；运行过程客观体现永磁同步电动机的基本特性。 

背景技术

永磁同步电动机是交流伺服系统中常用的执行机构。永磁同步电动机采用正弦波电流驱动，具有电动机转矩脉动小，在低速工况下运行更稳定，速度和位置控制精度高的特点。在一些高精度、高性能要求的场合，如在数控机床、工业机器人、柔性制造系统、石油化工设备、载人宇宙飞船等方面，得到了广泛的应用。 

对于使用永磁同步电动机作为执行机构的交流伺服系统，在驱动器的研制、调试、老化测试过程中，经常会使永磁同步电动机工作在过压、过流以及非期望的运行状态。若采用实际系统进行实验，往往会造成不可预想的后果，严重可能会造成设备性能下降甚至损坏。这在某些应用领域（如航天）将造成不可估量的损失。 

采用永磁同步电动机模拟器除能克服以上问题外，对于实际电动机测定困难甚至难以测定的参数（如电磁转矩，无误差的转子电角度等）均有明确的数字表达，可有效缩短驱动器的研制周期以及控制算法的调试时间。 

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁同步电动机模拟器，是一种具备永磁同步电动机的基本特性（如：阻尼系数、转动惯量、极对数、反电势系数、力矩方程、运动方程等）的电子负载，并模拟工程应用中常用的两种传感器（旋转变压器与光电码盘）的输出信号；永磁同步电动机模拟器的虚拟绕组具有与实际电动机相似的绕组电阻和绕组电感；在驱动器的驱动下，永磁同步电动机模拟器能模拟永磁同步电动机的工作状态，客观的反应永磁同步电动机的基本特性；永磁同步电动机模拟器的各项参数均通过上位机管理模块配置；上位机管理模块可实时显示转子机械角度、转子机械角速度、电磁转矩。 

本发明的永磁同步电动机模拟器，其包括绕组模拟电路（2）、旋转变压器信号模拟 模块（3）、光电码盘信号模拟模块（4）、电流调理电路（5）、反电势调理电路（6）、系统算法模块（7）、USB通信模块（8）和上位机管理模块（9）； 

绕组模拟电路（2）由继电器（21）、电流传感器（22）、绕组电阻（23）、绕组电感（24）和可控电压源（25）组成；继电器（21）在线圈绕组过压或过流时可切断永磁同步电动机模拟器与控制器的连接；电流传感器（22）输出三相绕组电流模拟值i_a(t)、i_b(t)、i_c(t)；绕组电阻（23）、绕组电感（24）模拟永磁同步电动机的绕组电阻、绕组电感；可控电压源（25）根据接收的反电势模拟控制信号e_a(t)、e_b(t)、e_c(t)，产生永磁同步电动机反电势E_a(t)、E_b(t)、E_c(t)； 

旋转变压器信号模拟模块（3）接收系统算法模块（7）输出的转子机械角度θ(j)的数字正弦值sinθ_j与数字余弦值cosθ_j，对其进行D/A转换后与电动机驱动器（1）输入的旋转变压器载波信号V_ex(t)相乘，得到旋转变压器输出信号V_s(t)、V_c(t)； 

光电码盘信号模拟模块（4）根据系统算法模块（7）输出的转子机械角度θ(j)，输出光电码盘信号A、B、Z，其可由CPU的I/O引脚直接产生； 

电流调理电路（5）将绕组模拟电路（2）输出的三相绕组电流模拟值i_a(t)、i_b(t)、i_c(t)放大、滤波及A/D转换，输出三相绕组电流数字值i_a(j)、i_b(j)、i_c(j)，并传递至系统算法模块（7）； 

反电势调理电路（6）对系统算法模块（7）输出的反电势控制信号数字值e_a(j)、e_b(j)、e_c(j)进行D/A转换，输出反电势控制信号模拟值e_a(t)、e_b(t)、e_c(t)；