[实用新型]大功率永磁无刷伺服电机的电子控制装置

说明书

本实用新型提供一种驱动永磁无刷伺服电机的电子控制装置。

目前一般的伺服控制器普遍采用测速发电机做为速度反馈单元，为了与数控系统组成位置闭环，又要安装光电编码器，这样使系统投资增加，另外，为防止电机制动时产生的高压，往往采用制动电阻将制动产生的能量泄放，在伺服电机功率较小时是简便合理的，但当伺服电机功率较大时，制动产生的大量的热量，不仅浪费电能，而且对设备散热提出很高要求，有时很难应用。

本实用新型的目的提供一种适用于大功率、频繁启制动、精度高的永磁无刷伺服电机的电子控制装置。

图1为光电编码器结构示意图

图2光电编码器输出信号图

图3电流解析器电路图

图4导通电流信号波形图

图5电机控制单元框图

图6速度反馈框图

图7逆变控制单元电路

图8逆变侧基极驱动信号与电网电压关系图

图9系统主回路图，摘要附图

本实用新型是通过以下方案实现的，本装置的速度信号取自与电机同轴联接的光电编码器，该特制光电编码器可输出A、B两组相差90°的增量式脉冲信号，每转脉冲数由调速精度决定，一般采用每转2500个脉冲，当电机逆时针转动时（从电机轴端看，以下同）A脉冲超前B脉冲90°，电机顺时针转动时，B超前A90°，根据A、B的相位关系即可判定电机转向，根据A、B脉冲频率就可实现对电机转速的测定。另外光电编码器还输出三组与电机转子磁极位置相对应的相位检测信号φ₁、φ₂、φ₃，图1为光电编码器结构示意图，其中：1为增量式光栅，2为光电转换器，3为磁极位置检测光栅。图2为编码器输出信号（逆时针转动时），φ₁、φ₂、φ₃为磁极位置检测信号，A、B为增量式信号。光电编码器输出的与电极磁极位置相对应的φ₁、φ₂、φ₃信号在控制器内经过图3所示的电流解析器电路，将速度调节器输出的电流信号＋Ig、－Ig通过模拟开关的开合切换，得到U、W两相的导通电流信号Igu、Igw，（Igu、Igw信号波形见图4）而第三相V相电流则在V相电流调节器中由U、W两相相加得到，这样就保证了三相电流平衡，使电机中无直流分量存在，保证系统的运行特性，电流信号经电流调节器和PWM调制单元形成PWM调制信号，通过基极驱动器驱动大功率三极管工作，带动电机。电机控制单元框图见图5所示。由光电编码器输出的A、B脉冲信号经过可编程逻辑阵列PAL16R4（IC1）做方向鉴别并做四倍频后，分两路输出脉冲，分别对应电机正、反向，正向有信号脉冲时反向无信号，反向有信号脉冲时正向无信号。脉冲频率与A、B频率成线性关系，两路脉冲信号分别经过F／V变换后形成与转速成正比的反馈电压，这两路电压各自采用独立的运算放大器IC5、IC6放大（见图6），采用两独立运算放大器可使正反向反馈强度可分别调节，对系统元件一致性要求降低，输出一致性好，可很好提高系统工作特性。