公开/公告号CN105322832A
专利类型发明专利
公开/公告日2016-02-10
原文格式PDF
申请/专利权人 杭州汇萃智能科技有限公司;
申请/专利号CN201510041651.X
申请日2015-01-27
分类号H02N15/00(20060101);
代理机构杭州华知专利事务所;
代理人龙湖浩
地址 311121 浙江省杭州市余杭区仓前镇文一西路998号19号楼402室
入库时间 2023-12-18 14:06:56
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2020-08-21
专利权质押合同登记的注销 IPC(主分类):H02N15/00 授权公告日:20180119 登记号:2019330000112 出质人:杭州汇萃智能科技有限公司 质权人:江苏银行股份有限公司杭州分行 解除日:20200729 申请日:20150127
专利权质押合同登记的生效、变更及注销
2019-05-17
专利权质押合同登记的生效 IPC(主分类):H02N15/00 登记号:2019330000112 登记生效日:20190423 出质人:杭州汇萃智能科技有限公司 质权人:江苏银行股份有限公司杭州分行 发明名称:一种提升磁浮平面电机线圈电流驱动器控制精度的方法 授权公告日:20180119 申请日:20150127
专利权质押合同登记的生效、变更及注销
2018-01-19
授权
授权
2016-03-09
实质审查的生效 IPC(主分类):H02N15/00 申请日:20150127
实质审查的生效
2016-02-10
公开
公开
技术领域
本发明涉及电机领域,尤其涉及一种提升磁浮平面电机线圈电流驱动器控制精度的方法。
背景技术
动铁式磁浮平面电机可以极大简化平面运动机构,减轻运动质量,动子不产生热量且无电缆管线干扰,可实现无摩擦、无磨损的高速精密运动,是目前大行程精密运动系统研究的热点,其结构如图1所示。由于磁浮电机为6自由度悬浮运动,且为多线圈冗余驱动,其解耦控制计算非常复杂。应用于IC制造装备领域的磁浮平台,其控制精度要求达到亚微米级甚至纳米级。为获得高的控制特性:1)必须按照系统动力学特性进行驱动力精确计算2)系统具有优异的驱动性能及合理的控制策略。磁浮平面电机特殊的结构及工作模式决定了其工作过程中线圈温度上升无法避免。磁浮平面电机工作中需要大电流驱动,由此产生大量热量。虽经冷却,如图2所示工作中线圈温度仍能超过300℃及更高。如此高的温度将直接导致电机损坏,故线圈周围需安装水冷装置对其降温。因水冷装置只能降低线圈表面温度,而无法有效降低线圈内部温度,该方法并不能够完全杜绝工作时电机温度上升.
磁浮电机温度上升首先引起的问题是电流环被控对象增益发生变化,根据铜的温度-电阻率可知,在线圈温度上升50℃时其内阻将上升20%,被控对象增益在20%内的变动对系统控制性能并没有多少影响,而在增益幅值变化超过20%,很难找到一组固定的伺服增益来适应这样的变化范围。且对于磁浮平台苛刻的控制精度而言(最大速度2m/s,最大加速度高达10g,其中g表示重力加速度,运动过程中跟随误差需控制在亚微米级甚至纳米级),这些指标对控制环路动态控制性能要求是苛刻的。电流环路是磁浮电机控制系统的底层,在运动控制系统多联控制回路调试过程中,必须遵循先内环调试再外环调试的原则,故整系统是在电流环基础上建立控制模型。因此平面电机工作过程中电流环性能直接关系到电机控制精度及控制系统设计和调试难度。
发明内容
本发明的发明目的是解决上述现有动铁式磁浮平面电机的局限性,根据工作过程中动铁式磁浮平面电机线圈温度分布模型,为动铁式磁浮平面电机线圈电流驱动器提供一种控制参数实时调整方法,提升线圈电流驱动环路控制性能。
本发明一种提升磁浮平面电机线圈电流驱动器控制精度的方法,根据工作过程中磁浮平面电机线圈温度分布模型,为动铁式磁浮平面电机线圈电流驱动器提供一种控制参数实时调整,包括如下步骤:
a.根据工作过程中动铁式磁浮平面电机线各个圈温度分布模型,利用公式
>
计算工作过程中线圈温度变化情况;其中,
b.通过线圈在t时刻的实时温度
c.已知所述的线圈作为被控对象的实时电阻
d.基于PI控制器中传递函数方程的参数变量KP和Ki的变更来调控PI控制器的输出U(t),计算公式为>
采用以上结构后,本发明与现有技术相比,具有以下优点:
现有的动铁式磁浮电机闭环控制系统分为速度环、位置环、电流环。线圈阵列中单独线圈都由独立的电流环路进行电流输出控制,单元电流环其基本结构如图2所示。而PI控制器是整个电流环的核心部分,其参数选择直接关系到电流环控制性能。由于I的存在消除了稳态误差,但也是注入相位之后,降低系统控制实时性,同样高的增益会放大噪声,因此增益设置过高的代价是降低了控制系统的性能,设置比例环节的增益需要与噪声消除之间进行平衡。对与被控对象参数发生变化的系统,增加PI参数值能够减小由于被控对象参数发生变化造成的影响。但综合上述原因及硬件等方面的因素,不能无限制的设置PI参数。本发明通过动铁式磁浮平面电机线圈温度分布模型,计算出被控对象根据温度变化的实时电阻,根据实时电阻的变化计算出PI控制器的PI参数,以此保证被控对象增益发生改变时控制性能一致性。极大地提升线圈电流驱动环路控制性能。
而动铁式磁浮平面电机工作过程中,根据动子所处位置及运动路径等因素,各个线圈通过的驱动电流并不相同,造成各个线圈温度不均匀相等,运用工作过程中动铁式磁浮平面电机线圈温度分布模型,可以准确计算工作过程中线圈温度变化情况。
作为优选,步骤a中所述的平面电机线圈包括线圈层、环氧树脂层和水冷层,Pxyz的估算公式为>>其中Rx、Ry、Rz表示线圈在各个方向的热阻参数;
作为优选,步骤b的计算公式为
作为优选,步骤c的计算公式为,>
附图说明
图1是现有技术中公开的动铁式磁浮平面电机。
图2是动铁式磁浮电机控制系统中单元电流环结构图。
图3是本发明一种提升磁浮平面电机线圈电流驱动器控制精度的方法的步骤图。
图4是本发明的平面结构示意图。
图5是本发明的立面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示本发明一种提升磁浮平面电机线圈电流驱动器控制精度的方法,根据工作过程中磁浮平面电机线圈温度分布模型,为动铁式磁浮平面电机线圈电流驱动器提供一种控制参数实时调整,包括如下步骤:
a.根据工作过程中动铁式磁浮平面电机线各个圈温度分布模型,利用公式
>
计算工作过程中线圈温度变化情况;其中,
b.通过线圈在t时刻的实时温度
c.已知所述的线圈作为被控对象的实时电阻
d.基于PI控制器中传递函数方程的参数变量KP和Ki的变更来调控PI控制器的输出U(t),计算公式为>
步骤a中所述的平面电机线圈包括线圈层、环氧树脂层和水冷层,Pxyz的估算公式为>,其中Rx、Ry、Rz表示线圈在各个方向的热阻参数;
步骤b的计算公式为
步骤c的计算公式为,>
更具体地,在平面电机刚开始运转时,步骤a中
本发明中,利用了J.M.MRovers的平面电机线圈温度分布模型。如图4所示,鱼骨式排列线圈阵列为例,电阻排列可用图中形式表示,每个线圈的热阻参数可通过图示中的Rx、Ry和Rz表示。以第n行m列的线圈在t时刻温度为
>
本申请文件所述的PI控制器为比例积分控制器,主要用于在系统稳定的基础上提高无差度,而使稳态性能得以明显改善。
除此之外,电流环路中放大电路可采用一阶延时环节代替,由于电流环工作频率为1Khz以下的低频段,故线圈电感对于由温度造成变电阻变化量而言对控制系统影响可忽略不计。在计算负载增益变化主要表现为阻性改变,其被控对象可近似表示为
>L代表线圈电感。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明,但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例,凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。
机译: 一种用于快速控制主电流驱动器的方法,该主电流驱动器由发电机组成,这些发电机在各个驱动电机中
机译: 一种通过多次电离和线圈充电电流减少带有驱动器和电离检测器电路的集成点火线圈引脚数的方法
机译: 一种确定定子电流矢量的方法,该定子电流矢量用于启动乘客输送机的驱动器的同步电机