[发明专利]一种低速直驱式交流伺服系统的控制方法

摘要

本发明公开一种低速直驱式交流伺服系统的控制方法，本低速直驱式交流伺服系统的控制结构包括位置闭环、速度闭环、交轴电流闭环和直轴电流闭环；采用间接观测交流伺服电机转角和转速的方法，提高转角和转速的检测精度；间接观测得到的转角观测值用于旋转变换和位置反馈，速度观测值用于速度反馈；通过对交流伺服电机绕组电流的检测和旋转变换，分别得到交轴电流反馈信号和直轴电流反馈信号。引入转矩抖动信号，使交流伺服电机在低速或静止时处于“微抖动”状态，改善低速死区和滞后特性。根据本发明提供的方法，仅采用普通的交流伺服电机和普通增量式光电脉冲编码器，可以实现高精度的低速直接驱动。

主权项

一种低速直驱式交流伺服系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：对交流伺服系统的输出电流i_a、i_b进行检测，并通过旋转变换得到交轴电流i_q和直轴电流i_d；以交流伺服电机的转角观测值为旋转变换角度，所述转角观测值的获取包括如下步骤：（11）在交流伺服电机轴上安装光电脉冲编码器，并采集该光电脉冲编码器的输出脉冲计数，得到第k个控制周期的实测角度信号θ(k)，k=1,2,3,···，以此实测角度信号θ(k)作为间接观测的参考信号；（12）计算第k个控制周期的间接观测偏差其中，表示第k个控制周期的转角观测值；（13）将步骤（12）得到的Δθ(k)输入转矩补偿控制器，得到第k个控制周期的转矩补偿信号ΔM(k)；（14）计算交流伺服电机在第k个控制周期输出转矩的估算值其中，为第k个控制周期的交轴电流给定信号，K_T为交流伺服电机的转矩系数；（15）交流伺服系统的动力学模型的拉氏变换为将交流伺服系统的动力学模型离散化，得到交流伺服电机的速度观测值和转角观测值的递推算式：$\widehat{\mathrm{\ω}}(k+1)=(1-B\·\mathrm{\λ})\widehat{\mathrm{\ω}}\left(k\right)+\mathrm{\λ}\·M\left(k\right)$$\widehat{\mathrm{\θ}}(k+1)=\widehat{\mathrm{\θ}}\left(k\right)+\widehat{\mathrm{\ω}}(k+1)\·\mathrm{\Δ}$k=1,2,3,······其中，s为拉氏算子，J为转动惯量，B为粘性摩擦系数，Δ是采样周期，λ=Δ/J；步骤二：以转角观测值为位置反馈信号，将转角位置给定信号θ^*和转角观测值相比较，得到位置跟随偏差，此位置跟随偏差经过位置控制器的调节运算，得到速度给定信号ω^*；步骤三：以速度给定信号ω^*和前述速度观测值相比较，得到速度偏差，此速度偏差经过速度控制器的调节运算得到前述交轴电流给定信号步骤四：将交轴电流给定信号与前述交轴电流i_q进行比较，得到交轴电流偏差，此交轴电流偏差经过交轴电流控制器的调节运算，得到交轴电压u_q；步骤五：设定直轴电流给定信号为0，将该直轴电流给定信号与前述直轴电流i_d进行比较，得到直轴电流偏差，此直轴电流偏差经过直轴电流控制器的调节运算，得到直轴电压u_d；步骤六：以转角观测值为旋转角度，对前述交轴电压u_q和直轴电压u_d进行逆旋转变换，得到三相交流电压参考信号u_a、u_b、u_c，再对前述三相交流电压参考信号u_a、u_b、u_c进行空间矢量脉宽调制，得到的脉宽调制信号用于控制逆变器，驱动交流伺服电机。