[发明专利]基于前馈校正的有限转角力矩电机输出特性波动抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于前馈校正的有限转角力矩电机输出特性波动抑制方法，包括步骤：1）测量有限转角力矩电机的输出非线性特性；2）绘制转子角度‑电流‑力矩非线性偏差曲线；3）将补偿偏差转化为不同转子角度、不同电流条件下的前馈补偿参数MAP图，绘制转矩波动抑制MAP图；4）根据前馈补偿参数对输出的力矩信号进行前馈补偿；5）对补偿效果进行检验；6）根据当前转子角度和电流，计算前馈补偿参数，调整电机控制器对有限转角力矩电机的输出电流。本发明不需要安装额外的力矩传感器，降低了器件使用成本并提高了机械空间利用率；解决了由于有限转角电力的非线性特性而引起的力矩输出偏差的问题。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体地是指一种基于前馈校正的有限转角力矩电机输出特性波动抑制方法。

背景技术

有限转角力矩电机(Limited Angle Torque Motor, LATM)作为一种机电旋转执行器，具有通常小于±180°的有限角运动，已广泛应用于精密伺服系统，如光学扫描系统、航空航天系统和简单的切换阀。与传统的旋转电机相比，LATM具有更高的扭矩/功率比、更低的成本、更高的可靠性和更少的机械连接部件等诸多优势。由有限转角力矩电机组成的伺服阀通过一个内置在电机轴上的偏心机构来直接驱动阀芯，该伺服阀结构简单、紧凑、体积小、重量轻、静动态性能好，具有良好的市场前景。转矩系数是评价有限转角力矩电机输出特性的重要指标，转矩系数等于单位电流输入下的力矩输出大小，转矩系数越大，电机的动态性能也越好。

传统控制方法认为，有限转角力矩电机的转矩系数为定值，即在所有工作条件下，输入相同电流力矩的输出值是不变的。然而实际上，有限转角电机的电机模型存在较多非线性因素，如电枢电感与磁链，其非线性偏差随电流与转子位置的变化而变化。这些非线性因素将导致转矩系数随着输入电流和转子转角的变化而发生变化。若输出非线性偏差较大，将会引发较为严重的转矩波动问题。在高精度、快速性的应用场合中，力矩波动会导致控制系统的稳定性下降。

针对电机非线性特性引起的力矩波动问题，比较传统且有效的方法是在应用系统中加入扭矩传感器，采用力矩反馈算法进行转矩波动抑制。然而力矩传感器的加入增加了器件成本，并且部分应用场景中受到机械空间的限制无法安装力矩传感器，这些因素都制约了传统方法的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，而提出一种基于前馈校正的有限转角力矩电机输出特性波动抑制方法及系统，确定最佳的前馈补偿参数，补偿有限转角电机电磁阀力矩输出的非线性偏差，有效有限转角电机电磁阀的输出力矩波动。

为实现上述目的，本发明所设计的一种基于前馈校正的有限转角力矩电机输出特性波动抑制方法，其特殊之处在于，所述方法包括如下步骤：

1）测量有限转角力矩电机的输出非线性特性；

2）绘制转子角度-电流-力矩非线性偏差曲线；

3）根据所述转子角度-电流-力矩非线性偏差曲线得到不同条件下的力矩输出的非线性偏差，将补偿偏差转化为不同转子角度、不同电流条件下的前馈补偿参数MAP图，绘制转矩波动抑制MAP图；

4）根据前馈补偿参数对输出的力矩信号进行前馈补偿；

5）对补偿效果进行检验，判断多组力矩测量结果的实际偏差值是否小于允许偏差阈值，作出不同的回应：若是满足该条件，结束补偿流程；若是不满足该条件，调整偏差补偿系数值，回到步骤3）重新绘制转矩波动抑制MAP图，直到满足该条件；

6）根据有限转角力矩电机当前的转子角度和电流，查询所述转矩波动抑制MAP图中对应的参数位置，计算出前馈补偿参数，调整电机控制器对有限转角力矩电机的输出电流。

优选地，步骤1）测量有限转角力矩电机的输出非线性特性的方法为：

11）将电机的转子旋转至初始角度；