[发明专利]一种永磁游标直线电机的控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种永磁游标直线电机的控制方法及系统，方法包括根据电机的反电势特性以及速度控制器的输出信号，计算dq坐标系下的参考电流正序分量和参考电流负序分量；将所述dq坐标系下的参考电流正序分量和参考电流负序分量进行Park反变换到两相静止αβ坐标系下；所述αβ坐标系下的参考电流正序分量和参考电流负序分量与电机电流作差产生的电流误差信号，经过VPI控制器输出，通过SVPWM产生逆变器开关的开关信号。系统包括速度控制器、电流正负序分量参考值计算模块、第一Park反变换模块、第二Park反变换模块、电流VPI控制器和SVPWM模块。本发明能够有效地降低电机输出电磁推力的波动，提高电流控制精度，从而获得更为理想的控制性能。

技术领域

本发明属于电机伺服及控制领域，更具体地，涉及一种永磁游标直线电机的控制方法及系统。

背景技术

随着超高速切削、超精密加工、多轴联动等一系列先进加工制造技术的快速发展，机械加工对机床的性能要求越来越高。相比于传统的“旋转电机+滚珠丝杠”传动方式，直线电动机取消了电动机与工作台的机械机构，从而可以实现直接驱动的高速响应，减小了机械摩擦，提高了机床的精度。高性能机床采用直线电机驱动已经成为趋势。

为了确保控制精度要求和性能要求，直线电机的控制系统中普遍采用双环控制系统，包括电流内环和速度外环，可以实现励磁和推力的解耦，进行矢量控制，既可以抑制电流的波动又可以实现速度的快速跟踪。

永磁游标直线电机具有高推力密度的特点，但是由于存在直线电机两端开断的特殊结构导致端部效应、电机三相不对称，采用传统的三相电流对称的控制方法将会造成电机电磁推力的波动，控制器很难达到精准的控制要求。由于三相不对称问题的存在，为了实现输出平稳推力，需要在电机的三相电流中注入正序电流和负序电流，从而实现消除电机电磁推力波动的效果。现有正负序电流控制技术广泛应用于电网，在dq坐标系下提取正负序电流需要加入滤波器，导致电流控制带宽降低的问题，由于电网运行于固定频率，其电流控制方法无法直接应用于电机不同速度运行的控制，需要对现有的控制方法进行改进。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种永磁游标直线电机的控制方法及系统，旨在解决传统三相对称控制方法应用于直线电机绕组三相不对称系统输出电磁推力存在波动，控制系统精度低的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种永磁游标直线电机的控制方法，包括：

根据电机的反电势特性以及速度控制器的输出信号，计算dq坐标系下的参考电流正序分量和参考电流负序分量；

将dq坐标系下的参考电流正序分量和参考电流负序分量进行Park反变换到两相静止αβ坐标系下；

所述αβ坐标系下的参考电流正序分量和参考电流负序分量与电机电流作差产生的电流误差信号，经过VPI控制器输出，通过SVPWM产生逆变器开关的开关信号。

优选地，dq坐标系下的参考电流正序分量和参考电流负序分量利用速度控制器的输出信号，根据电机三相反电势计算分别得到参考电流正负序分量参考值i_q^p、i_d^p、i_q^p、i_d^p，用公式表示为：

i_q^P＝i_q^*