[发明专利]一种力矩电机宽范围调速装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种力矩电机调速装置，特别涉及一种力矩电机无需减速机构情况下其速度在零至数千转的宽范围内可以平稳连续调节的装置。

背景技术：

速度调节装置中，力矩电机调速在许多机械设备和武器装备中是经常遇到的，如机械臂的回转，加工设备的旋转运动，自动化生产线中工件的传送，雷达天线的搜索，火炮的瞄准等。力矩电机调速装置中，调节的变量是机械负载的运动速度。为了获得机械负载较低的运行速度，力矩电机与机械负载之间必须配置减速装置。这样，不仅增加了调速装置的成本，而且增大了调速装置的体积和重量。即使在配置减速装置的情况下，力矩电机调速装置在低速运行时性能仍不稳定，特别是在极低速度运行时，由于负载变化或外界干扰，经常会发生不能连续平稳运行的情况，即所谓的爬行现象。

为了获得优良的速度调节性能，力矩电机调速装置必须采用调速控制装置。也就是说，机械装备中运动部件的速度必须经检测传感器反馈到调速装置输入端，与调速指令信号进行比较产生误差信号，然后再由调速控制器对误差信号进行控制运算后发出控制信号，对运动部件的速度实施控制。然而，即使采用目前广泛使用的反馈控制方法或其它所谓的现代控制方法，力矩电机调速性能虽能获得一定的改进，但在低速时仍不能平稳运行，特别在负载变动或外界干扰情况下，爬行现象较为明显。究其原因，传统的反馈控制方法或其它控制方法主要是在对误差控制运算方面采取各种改进措施，如增加对误差的控制运算。事实上，前向控制回路中对误差每增加一种运算，对调速指令信号和反馈信号同时增加了控制运算。对调速指令信号的每一种运算就相当于在调速装置的动态微分方程的右边增加一个强迫项，使控制装置出现多个强迫项。这样，调速装置输出就不能精确跟踪调速指令信号。

随着各种机械设备和武器装备的运行精度、响应速度以及自动化程度的提高，对力矩电机调速性能提出了越来越高的要求。当今广泛使用的一般反馈控制方法已不能满足要求，特别是无法满足低速或极低速运行条件下的性能要求。因此，采用新的调速装置和调速控制方法是进一步提高力矩电机调速性能所要解决的问题。不仅保证力矩电机在高速情况下正常运转，而且在低速和极低速情况下也能平稳运转，实现力矩电机在无减速机构情况下其速度在零至数千转宽范围内可以平稳连续调节的目的。

发明内容：

本发明的目的是针对上述现有技术中存在的问题，为实现力矩电机在无减速机构情况下其速度在零至数千转宽范围内可以平稳连续调节，并进一步提高力矩电机速度可调范围内的静态和动态性能，提供一种力矩电机宽范围调速装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种力矩电机宽范围调速装置，由调速指令发生器、调速控制器、功率驱动模块、调速执行机构和速度传感器组成；其中所述的调速控制器由比较器、积分器、积分系数乘法器、减法器、PDF（Pseudo-Derivative-Feedback)系数乘法器、PDF跟随器、反馈跟随器和积分饱和限制器组成，所述的调速执行机构由力矩电机、联轴节和机械负载组成；所述的比较器、积分器、积分系数乘法器、减法器、功率驱动模块、力矩电机、联轴节、机械负载、速度传感器和反馈跟随器按序顺时针方向环形连接，所述的比较器还与调速指令发生器连接，所述的减法器还依顺序与PDF系数乘法器、PDF跟随器、速度传感器相连接，所述的积分饱和限制器分别与积分系数乘法器的输出和积分器相连接。

由于该调速控制器与众不同的结构形式，在前向回路中对误差信号实施积分运算和乘法运算，在反馈回路中不仅实现了速度反馈，而且在不需要加速度传感器的情况下实现了加速度的反馈。也就是说，不仅实现了所要调节的速度变量状态信息的反馈，而且还实现了速度变量变化率状态信息的反馈。

本发明的有益效果是：

1、本发明在力矩电机和所带的机械负载之间不需要任何减速箱，可实现零转速至每分钟几千转的宽范围内连续调节。低速和极低速运行十分平稳，无爬行现象。

2、本发明的调速装置不仅具有调节变量本身状态信息的反馈，而且具有调节变量变化率状态信息的反馈，实现了调节变量两种状态信息的反馈。而一般调速装置仅能实现调节变量的一种状态信息反馈，即只能实现速度反馈。

3、该力矩电机调速装置中采用速度传感器实现速度状态信息的反馈，但是，并没有采用任何加速度传感器，却实现了加速度状态信息的反馈。也就是说，只采用了一种检测传感器就实现了两种状态信息的反馈，控制装置结构具有独到之处，在工程实施中不仅方便易行，而且节省成本。