[发明专利]一种永磁交流伺服系统转矩惯量双可变装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁交流伺服系统转矩惯量双可变装置及其控制方法，装置包括：永磁同步电机、减速机、磁粉制动器、磁粉离合器、联轴器、推力球轴承、小电机、模组和滑块。通过控制磁粉制动器的激磁电流来控制永磁同步电机输出轴上的负载转矩，实现转矩的突变；通过控制磁粉离合器的脱离和结合实现惯量的突变；通过控制惯量盘内滑块的位置，改变惯量盘的质量分布，实现惯量的多方式渐变。本发明不仅可以实现伺服系统转矩的突变，同时还可以实现惯量的突变和渐变。

【技术领域】

本发明涉及一种永磁交流伺服系统转矩惯量双可变装置及其控制方法，属于机电控制技术领域。

【背景技术】

由于永磁同步电机具有高功率密度、高效率、高可靠性及结构简单、体积小、重量轻等优点，它可以满足高性能系统要求，如快速动态响应、宽调速范围和高功率因数等，因此被广泛地应用于工业机器人、数控机床、航空航天等热门领域。高性能交流伺服系统不仅要求系统能对伺服指令做出快速响应，而且要求当外部出现扰动或负载对象特征变化时也能保证系统具有良好的鲁棒性，这就要求伺服系统的控制器结构和控制器参数能够随负载特性作适当的调整。

伺服系统的负载转矩和转动惯量的变化对系统影响很大，直接关系到伺服系统的运行性能。对不同的转动惯量，需要对伺服控制器参数以及和系统运行相关的一些参数作相应的调整，若能让系统本身具有识别转动惯量并据识别结果对系统的相应参数进行自动调整和优化的功能，这将对交流伺服系统性能的提高具有非常重要的意义。另外，在永磁交流调速系统中，控制系统速度环的动静态特性会随着负载转矩的改变而变化，负载转矩的变化往往会导致伺服电机转速的波动产生，使得转速产生振荡，无法满足高精度伺服系统的动态性能要求。

因此，在永磁交流伺服系统中，需要对负载转矩和转动惯量进行辨识。在对转动惯量和负载转矩进行辨识时，需要在伺服平台上改变转矩和惯量来验证算法的正确性。传统的方法或是通过电机连接磁粉制动器，单一实现负载转矩的突变；或是通过电机连接磁粉离合器，单一实现转动惯量突变；再或是通过电机同时连接磁粉离合器和制动器，虽能实现转矩和惯量的改变，但仅能实现突变。

【发明内容】

本发明针对传统技术中不合理的地方，为解决以上问题，做了结构和功能上的改进。本发明不仅可以实现永磁交流伺服系统负载转矩的突变，同时还可以实现转动惯量的突变和多方式渐变。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种永磁交流伺服系统转矩惯量双可变装置，包括：永磁同步电机、磁粉制动器、磁粉离合器和惯量盘；所述的永磁同步电机连接第一减速机，第一减速机输出轴一端接磁粉制动器，另一端接磁粉离合器，磁粉离合器通过轴与第二减速机连接；

所述的惯量盘设置在支撑板上，惯量盘包括转盘、第三减速机、小电机、模组和滑块，支撑板通过立柱支撑，转盘设置在支撑板上，第二减速机通过推力球轴承与转盘连接；转盘上设置有连接法兰，小电机通过第三减速机与连接法兰连接，连接法兰侧面设置有模组，模组上设置滑块。

所述的模组设置两个，两个模组对称设置。

所述的推力球轴承为双向推力球轴承。

所述的第一减速机输出轴通过联轴器与磁粉离合器连接，联轴器为刚性联轴器。

所述的磁粉制动器安装在挡板上，第一减速机安装在减速机固定板上，挡板、减速机固定板、磁粉离合器、立柱和第二减速机均固定在底座上。

所述的磁粉制动器、第一减速机、磁粉离合器和第二减速机同轴设置。

一种基于所述的永磁交流伺服系统转矩惯量双可变装置的控制方法，包括转矩突变、惯量突变和惯量渐变三种工作模式；

转矩突变工作模式是通过永磁同步电机来控制磁粉制动器，当磁粉制动器中的励磁线圈中有电流通过时，激磁电流与传递转矩呈正比例线性关系，通过控制磁粉制动器中激磁电流的大小实现对负载转矩的控制，从而实现对转矩的突变；