[发明专利]通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法

说明书

技术领域

本发明属于机电控制领域，特别涉及一种用于大型转台的多定子的拼接式伺服电机控制方法，具体为通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法。

背景技术

随着科学技术的发展，机床、雷达、望远镜等设备的尺寸越来越大，需要的转台尺寸也越来越大。如国外最新型的天文望远镜尺寸已经达到30至50米（m）。以往的传动系统已经不能满足这些设备所需要的转动惯量和机械刚度的要求——如果按照传统传动设计方案，需要采用的直接驱动的力矩电机直径将达到10m以上。这将给电机的加工、运输带来很大的麻烦。

采用多定子结构的拼接式伺服电机对上述大型转台进行驱动的解决方法被提出并得到了广泛的应用。所述的拼接式伺服电机由多块弧形定子组成，拼接式伺服电机的每块定子和拼接式伺服电机的动子之间都相当于一台单元电机，整台拼接式伺服电机可以看成是由多台单元电机构成的大电机。该拼接式伺服电机和大型转台之间再采用机电一体化的设计，可以形成刚度很强的连接关系，从而大幅度提高大型转台的动态响应。此外，当拼接式伺服电机内的一块定子出现故障的时候，可以随时拆除维修，并不影响整台拼接式伺服电机的工作。

但是该种拼接式伺服电机存在力矩波动较大的问题。拼接式伺服电机产生的力矩波动较大，将导致拼接式伺服电机无法平稳地旋转。力矩波动造成的原因有很多种，其中最主要的原因就是该种拼接式伺服电机存在较大的边端力和齿槽力，二者可以统称为拼接式伺服电机的磁阻力。

目前降低拼接式伺服电机产生的力矩波动的方法是对拼接式伺服电机的机械结构进行专门的结构优化，降低拼接式伺服电机的磁阻力。但是该方法重复性低，且成本高，周期长。

发明内容

 针对拼接式伺服电机存在较大的力矩波动的问题，本发明提供一种通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法。

具体的步骤如下：通过磁阻力补偿来减小拼接式伺服电机力矩波动的方法，在拼接式伺服电机的转子上安装有一个位置传感器，在拼接式伺服电机的驱动模块上安装有一个电流传感器，所述拼接式伺服电机的驱动模块与拼接式伺服电机的定子组相连接；在拼接式伺服电机旁配置一台数字信号处理器DSP，所述数字信号处理器DSP内含串行通信接口模块SCI、模数转换模块AD、脉冲宽度调制模块PWM和正交编码脉冲模块QEP；其中，数字信号处理器DSP内的模数转换模块AD与电流传感器相连接；通过模数转换模块AD将电流传感器所输出的模拟值转换为数字量值；数字信号处理器DSP内的串行通信接口模块SCI与一台工控机相连接，；数字信号处理器DSP内的脉冲宽度调制模块PWM经光耦合器OC与拼接式伺服电机的驱动模块相连接，由脉冲宽度调制模块PWM对拼接式伺服电机的驱动模块进行控制；数字信号处理器DSP内的正交编码脉冲模块QEP与位置传感器相连接，通过正交编码脉冲模块QEP将位置传感器发出的信号转换成拼接式伺服电机当前的机械角度φ。并按以下步骤对拼接式伺服电机进行监测与控制：

步骤1：用一台标准电机带动拼接式伺服电机旋转，测量拼接式伺服电机在旋转一周的过程中每旋转1度时所受的磁阻力矩T_c，一共获得360个离散的磁阻力矩T_c值；

步骤2：由数字信号处理器DSP通过傅里叶级数将步骤1获得的360个离散的磁阻力矩T_c值拟合且构建成拼接式伺服电机的磁阻力矩与旋转位置的线性函数表达式                                                ： 

其中T_c是电机的磁阻力矩大小，T_cn是磁阻力谐波余弦项系数，T_sn是磁阻力谐波正弦弦项系数，φ是拼接式伺服电机的机械角度，τ是拼接式伺服电机的极距；

步骤3：断开标准电机与拼接式伺服电机的连接；将拼接式伺服电机装配置至需要使用的设备中，向拼接式伺服电机供电并令其自行旋转工作；用电流传感器采集旋转工作中的拼接式伺服电机的三相电流值：A相电流值i_a、B相电流值i_b和C相电流值i_c，并传递至数字信号处理器DSP。由数字信号处理器DSP对三相电流值依次进行的CLARKE变换和PARK矢量变换将实时采集的A相电流值i_a、B相电流值i_b和C相电流值i_c转变为直轴电流值I_d和交轴电流值I_q；