CN105591587A - 一种基于直线电机的机电作动器控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于直线电机的机电作动器控制系统及控制方法，涉及直线电机控制系统和机电作动器设计领域。所述一种基于直线电机的机电作动器控制系统由直线电机，光栅，电源转换板，光栅解码模块，数字控制器，驱动器组成；在数字控制器主程序中采集光栅解码模块输出的位置反馈、外部输入的作动器位置指令和驱动器电流检测进行控制率运算，得出驱动器各开关管开通、关断信号，送至驱动器驱动直线电机作动。本发明较使用传统滚珠丝杠结构的机电作动器简化了结构，精简了部件，对应用于大推力、高动态的直线作动场合，具有更好的作动特性。

Description

一种基于直线电机的机电作动器控制系统及控制方法

技术领域

本发明一种基于直线电机的机电作动器控制系统及控制方法涉及直线电机数字控制系统及机电作动器设计领域，特别是涉及永磁同步直线电机控制领域。

背景技术

随着多电飞机和全电飞机技术的迅速发展，对航空作动系统提出了新的、更高的要求。航空用作动系统由原有的液压作动系统正超液压、电动混合式作动系统和完全的电动作动系统发展，这对于传统的滚珠丝杠为主要部件的机电作动器是一项巨大的挑战。尤其在大型无人机、高速飞机和大型客机、运输机方面，多电化、全电化的趋势下，大推力、高功率输出，高动态特性，高频响的机电作动器控制系统需求被提出。

直线电机正由于其结构简单，无中间传动环节，直接与输出部件相连等特点，作为一种新型的机电作动器结构有很大的发展潜力。传统滚珠丝杠为主要部件的机电作动器结构复杂、传动环节多带来可靠性、动态特性降低。直线电机控制系统本身作为一种特殊结构的电机直接输出推力与功率，具有较高的可靠性与动态特性，尤其在大推力、高精度、间隙要求严格的场合有很大优势。

发明内容

本发明的目的是：提出一种用于机电作动器的直线电机控制系统，旨在改进目前传统结构机电作动器在结构复杂度和动态特性方面的性能，使其作为控制系统的作动环节，具有更好的伺服特性。

本发明采取的技术方案为，一种基于直线电机的机电作动器控制系统，所述机电作动器控制系统由直线电机1，光栅尺2，电源转换板3，光栅解码模块4，数字控制器5，驱动器6组成；其中光栅尺2安装于直线电机1预留安装空间；通过电源转换板3向光栅尺2、光栅解码模块4、数字控制器5、驱动器6提供所需的各种电平；通过光栅解码模块4接收光栅尺2输出的光栅信号用于位置反馈；数字控制器5接收作动器位置指令、光栅解码模块4输出的位置反馈值和驱动器6传回的电流检测，并结合保护信号和作动器位置指令向驱动器6发送各IGBT管的开关指令，控制直线电机1按位置指令动作。

一种基于直线电机的机电作动器控制方法，具体控制步骤如下：

步骤1：安装光栅尺2尺带时，将直线电机1的磁极位置调至与A相绕组重合处，对其读数头与尺带零位，安装尺带；

步骤2：数字控制器5进行上电初始化后，检测外部使能信号和保护信号，当接收到使能后，跳出循环等待，进入下一步骤；

步骤3：数字控制器5读取作动器位置指令、光栅解码模块4输出数值和驱动器6传回的电流检测值，进行位置环、速度环和电流环控制率计算，得出电流指令；

步骤4：根据步骤2计算得到的电流指令根据PWM波产生策略发出占空比信号送至驱动器6，控制各开关管导通、关断，为直线电机1绕组供电，驱动作动器按照指令动作。

本发明具有的优点和有益效果：本发明是一种基于直线电机的机电作动器控制系统和控制方法的设计。基于直线电机的机电作动器与传统滚珠丝杠结构的机电作动器在结构上得到很大程度的简化，由直线电机与固定、输出组件直接构成，而传统机电作动器包括电机、滚珠丝杠副、齿轮系等多种主要部件，在一些对于间隙有较高要求的特殊场合应用受到限制。另外，由于结构简单，基于直线电机的机电作动器具有更高的动态特性，将有助于提高整个控制系统的伺服性能。

附图说明

图1是一种双边型永磁同步直线电机1定、动子结构图；

图2是一种基于直线电机1的机电作动器控制系统框图；

图3是一种基于直线电机1的机电作动器控制策略框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做详细说明，设计基于直线电机的机电作动器控制系统。

本发明的工作原理为：将光栅尺2安装于直线电机1预留安装空间；通过电源转换板3向光栅尺2、光栅解码模块4、数字控制器5、驱动器6提供所需的各种电平；通过光栅解码模块4接收光栅尺2输出的光栅信号用于位置反馈；数字控制器5接收作动器位置指令、光栅解码模块4输出的位置反馈值和驱动器6传回的电流检测，并结合保护信号和作动器位置指令向驱动器6发送各IGBT管的开关指令，控制直线电机1按位置指令动作。

本发明具体控制步骤如下：

步骤1：安装光栅尺2尺带时，将直线电机1的磁极位置调至与A相绕组重合处，对其读数头与尺带零位，安装尺带；

步骤2：数字控制器5进行上电初始化后，检测外部使能信号和保护信号，当接收到使能后，跳出循环等待，进入下一步骤；

步骤3：数字控制器5读取作动器位置指令、光栅解码模块4输出数值和驱动器6传回的电流检测值，进行位置环、速度环和电流环控制率计算，得出电流指令；

步骤4：根据步骤2计算得到的电流指令根据PWM波产生策略发出占空比信号送至驱动器6，控制各开关管导通、关断，为直线电机1绕组供电，驱动作动器按照指令动作。

实施例

如图1所示，将直线电机1的磁极位置调至与A相绕组重合处，将光栅尺2安装于直线电机1的光栅尺安装预留空间10；

如图2所示，将直线电机1，光栅尺2，电源转换板3，光栅解码模块4，数字控制器5，驱动器6按图2连接；

如图3所示，根据作动器位置指令和光栅解码模块3提供的位置反馈进行位置环控制率计算，结果送入速度环进行速度环控制率计算，结果送入电流环参与电流环控制率计算，电流环运算结果进入SVPWM波形发生器产生输出给驱动器6的波形；

驱动器6按照数字控制器5发送的波形向直线电机三相绕组供电，驱动直线电机动作，使机电作动器跟踪作动器位置指令。

本发明是一种基于直线电机的机电作动器控制系统和控制方法的设计。基于直线电机的机电作动器与传统滚珠丝杠结构的机电作动器在结构上得到很大程度的简化，由直线电机与固定、输出组件直接构成，而传统机电作动器包括电机、滚珠丝杠副、齿轮系等多种主要部件，在一些对于间隙有较高要求的特殊场合应用受到限制。另外，由于结构简单，基于直线电机的机电作动器具有更高的动态特性，将有助于提高整个控制系统的伺服性能。

Claims (2)

1.一种基于直线电机的机电作动器控制系统，其特征在于，所述机电作动器控制系统由直线电机(1)，光栅尺(2)，电源转换板(3)，光栅解码模块(4)，数字控制器(5)，驱动器(6)组成；其中光栅尺(2)安装于直线电机(1)预留安装空间；通过电源转换板(3)向光栅尺(2)、光栅解码模块(4)、数字控制器(5)、驱动器(6)提供所需的各种电平；通过光栅解码模块(4)接收光栅尺(2)输出的光栅信号用于位置反馈；数字控制器(5)接收作动器位置指令、光栅解码模块(4)输出的位置反馈值和驱动器(6)传回的电流检测，并结合保护信号和作动器位置指令向驱动器(6)发送各IGBT管的开关指令，控制直线电机(1)按位置指令动作。

2.一种基于直线电机的机电作动器控制系统的控制方法，其特征在于，具体控制步骤如下：

步骤1：安装光栅尺(2)尺带时，将直线电机(1)的磁极位置调至与A相绕组重合处，对其读数头与尺带零位，安装尺带；

步骤2：数字控制器(5)进行上电初始化后，检测外部使能信号和保护信号，当接收到使能后，跳出循环等待，进入下一步骤；

步骤3：数字控制器(5)读取作动器位置指令、光栅解码模块(4)输出数值和驱动器(6)传回的电流检测值，进行位置环、速度环和电流环控制率计算，得出电流指令；

步骤4：根据步骤2计算得到的电流指令根据PWM波产生策略发出占空比信号送至驱动器(6)，控制各开关管导通、关断，为直线电机(1)绕组供电，驱动作动器按照指令动作。