[发明专利]基于控制线圈电流微分反馈的电-机械转换器的控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于控制线圈电流微分反馈的电-机械转换器的控制器。

背景技术

电-机械转换器作为执行元件已广泛应用于电液伺服、机电装备等工业系统中，提高其动态响应性能，对于提高系统整体性能具有重要意义。除了研究新结构和新材料外，目前已有多种控制策略及控制器被应用以改善电-机械转换器的动态响应性能。

在螺线管电磁铁的驱动中，常采用增大激励初始阶段驱动电流的方法，以及多线圈并联代替单线圈等改进的增大激励初始阶段驱动电流的方法，以提高其响应速度。该方法对提高开关型电-机械转换器的响应速度有一定效果，但对电-机械转换器稳态特性产生不良影响，不适用于非开关型电-机械转换器如永磁力马达、永磁力矩马达等的驱动。

基于位置反馈的闭环控制是提高电-机械转换器动态响应性能的另一种方法。采用LVDT或RVDT等位移传感器实时检测电-机械转换器的位移量并反馈以实现闭环控制，比如：Jinchuan Zheng等人提出的非线性控制法，Lawrence Mianzo等人提出的预测控制法，Yang Li等人提出的动态非线性控制策略等，均基于位置反馈。但这些控制策略在某些应用环境下因难以进行位移量的实时检测而无法使用，比如液压阀用电-机械转换器，其周围布满高压油，再如高频永磁力马达和永磁力矩马达的位移量很小，运动件很小且位于大体积金属导体中间，位移传感器的选用和安装存在困难。

Muhammed Fazlur Rahman等人提出了实时位移估值算法，以解决实时位移检测困难情况下的闭环控制，并应用于多相电机和螺线管电磁铁的控制系统。但在工业现场中，利用这种估值算法计算所得的位移与实际的实时位移之间的误差无法精确确定，位移估算精度存在不确定性，因此无法用于输出位移仅为几十微米的高频电-机械转换器的闭环控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种实现方便、结构简单、成本低，但效果明显的提高电-机械转换器动态响应性能的基于控制线圈电流微分反馈的电-机械转换器的控制器。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种基于控制线圈电流微分反馈的电-机械转换器的控制器，它主要包括：采样电阻、微分电路、比例调节电路、信号合成电路和功率放大器；所述的采样电阻与微分电路的输入端口、电-机械转换器的控制线圈分别相连，微分电路的输出端口与比例调节电路的输入端口相连，输入控制信号、比例调节电路的输出端口分别与信号合成电路的输入端口相连，信号合成电路的输出端口与功率放大器的输入端口相连，功率放大器的输出端口与电-机械转换器的控制线圈相连；采样电阻实时取样电-机械转换器的控制线圈的电流信号，输出至微分电路，经微分电路变换后得到电-机械转换器的控制线圈的电流微分信号，经比例调节电路变换后，由信号合成电路将其与输入控制信号相叠加，叠加信号经功率放大器放大后输出至电-机械转换器的控制线圈，驱动电-机械转换器动作，形成闭环控制。

所述的微分电路包括：运算放大器、电阻、电容；调整电阻值和电容值，从而调整其时间常数和电-机械转换器的动态响应性能。

所述的比例调节电路包括：运算放大器、电阻；调整其电阻值，从而调整其增益和电-机械转换器的动态响应性能。

本发明具有以下优点及效果：

1、采用控制线圈电流微分信号进行反馈，实现电-机械转换器的闭环控制，显著提高电-机械转换器的动态响应性能；

2、无需昂贵的位移传感器，仅需适当调整微分电路的时间常数和比例调节电路的增益即可实现对电-机械转换器动态性能的优化控制；

3、结构简单，成本低，容易实现，适用于开关型与非开关型等各类动铁式电-机械转换器的控制。

附图说明

图1为本发明的工作原理框图；

图2为本发明应用实施例高频永磁力矩马达的结构示意图；

图3为本发明的控制性能曲线；

图4为本发明微分电路的时间常数对控制性能的影响；

图5为本发明比例调节电路的增益对控制性能的影响；

图中的标号有：信号合成电路1，比例调节电路2，功率放大器3，微分电路4，电-机械转换器5(图中仅示出其控制线圈)，采样电阻6，底座7，左导磁体8，衔铁9，扭轴10，控制线圈11，右导磁体12，永久磁钢13，磁通旁路调整机构14，输入控制信号15，电流微分信号16，开环控制的阶跃响应曲线17，本发明的阶跃响应曲线18，不同时间常数时的阶跃响应特性曲线19，不同增益时的阶跃响应特性曲线20。