[发明专利]一种精确控制交流伺服电机转速的装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种精确控制交流伺服电机转速的装置及其控制方法。可以精确平稳的控制电机转速。电路结构简单，转速采集、电流采集、三相互补PWM的产生等都是通过主控单片机实现的，只需要连接少许的外围电路模块。通过数字脉冲发生器产生的数字脉冲频率来控制电机转速，数字脉冲发生器装置简单。在计算电机反馈转速时，进行了数字信号滤波处理，从而使电机高速运转时转速可以保持平稳。计算反馈转速滤波和速度环积分时，除法运算过程中保留小数精度，从而避免累计误差。

技术领域

本发明涉及化工机械领域，具体为一种精确控制交流伺服电机转速的装置及其控制方法。

背景技术

交流伺服电机由于稳定性好、适应性强、加减速动态响应及时、热消耗少和噪音低等优点，广泛应用于机床制造业、汽车制造业、铸件制造业等众多工业制造领域。工业中使用交流伺服电机经常需要调节电机的转速，控制电机转速的系统一般都是由内环电流环PID、外环速度环PID构成。电流环为了控制电机转矩，是控制的根本，电流环为了控制速度调节的动态响应，让速度调节更加平稳。但是随着电机转速提高，反馈速度的测量误差通常会影响电机转动的稳定性，而且速度环PID中的积分增量由于长时间累计误差，也会引起速度控制上的偏差，致使电机的转速产生偏差，因此会导致不能精确平稳地控制电机转速。

发明内容

为了克服上述的不足，本发明提出一种精确控制交流伺服电机转速的装置及其控制方法。

本发明采取的技术方案如下：

一种精确控制交流伺服电机转速的装置，包括单片机、差分信号采集和光耦隔离模块、三相PWM驱动模块、电机编码器、霍尔传感器。数字脉冲发生器与差分信号采集和光耦隔离模块的输入相连接；差分信号采集和光耦隔离模块的输出与单片机16引脚连接，使用单片机计数器采集数字脉冲频率；单片机51～56引脚连接三相PWM驱动模块的输入，用于产生三相PWM波形，控制PWM驱动模块；三相PWM驱动模块的输出连接三相交流伺服电机A/B/C三相端子；三相交流伺服电机安装电机编码器；电机编码器的差分信号输出连接差分信号采集和光耦隔离模块的输入；差分信号采集和光耦隔离模块的输出与单片机58、59引脚连接，使用单片机相位计数器采集电机转速；霍尔传感器连接到三相PWM驱动模块的输出；霍尔传感器的输出连接到单片机80、81引脚，使用单片机AD转换模块，采集电机的电流。

一种精确控制交流伺服电机转速的装置的控制方法，包括以下步骤：

(1)读取当前时刻t的电机编码器脉冲数，计算反馈频率增量PLS_d

PLS_d＝(PLS_new-PLS_old)*PLSG，

公式中PLS_new是当前时刻t读取的电机编码器脉冲数，PLS_old是上一时刻t-1读取的编码器脉冲数，PLSG是电机轴编码器补偿值，

(2)更新当前时刻t的测量频率HZ，

HZ＝HZ+PLS_d

(3)当前时刻t的测量频率HZ经过滤波处理，得到反馈频率HZF

HZF＝HZF+(HZ-HZF)/HZT，

公式中HZT是电机轴编码器脉冲频率滤波时间常数，取除法的余数，下一时刻t+1运算时累加上该余数；

(4)计算当前时刻t设定速度和反馈值的偏差HZ_d，并限幅

HZ_d＝HZS-HZF，