一種力矩電機寬範圍調速裝置的製作方法
2023-04-25 04:43:16 3
專利名稱：一種力矩電機寬範圍調速裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種力矩電機調速裝置，特別涉及一種力矩電機無需減速機構情況下其速度在零至數千轉的寬範圍內可以平穩連續調節的裝置。
背景技術：
速度調節裝置中，力矩電機調速在許多機械設備和武器裝備中是經常遇到的，如機械臂的迴轉，加工設備的旋轉運動，自動化生產線中工件的傳送，雷達天線的搜索，火炮的瞄準等。力矩電機調速裝置中，調節的變量是機械負載的運動速度。為了獲得機械負載較低的運行速度，力矩電機與機械負載之間必須配置減速裝置。這樣，不僅增加了調速裝置的成本，而且增大了調速裝置的體積和重量。即使在配置減速裝置的情況下，力矩電機調速裝置在低速運行時性能仍不穩定，特別是在極低速度運行時，由於負載變化或外界幹擾，經常會發生不能連續平穩運行的情況，即所謂的爬行現象。 為了獲得優良的速度調節性能，力矩電機調速裝置必須採用調速控制裝置。也就是說，機械裝備中運動部件的速度必須經檢測傳感器反饋到調速裝置輸入端，與調速指令信號進行比較產生誤差信號，然後再由調速控制器對誤差信號進行控制運算後發出控制信號，對運動部件的速度實施控制。然而，即使採用目前廣泛使用的反饋控制方法或其它所謂的現代控制方法，力矩電機調速性能雖能獲得一定的改進，但在低速時仍不能平穩運行，特別在負載變動或外界幹擾情況下，爬行現象較為明顯。究其原因，傳統的反饋控制方法或其它控制方法主要是在對誤差控制運算方面採取各種改進措施，如增加對誤差的控制運算。事實上，前向控制迴路中對誤差每增加一種運算，對調速指令信號和反饋信號同時增加了控制運算。對調速指令信號的每一種運算就相當於在調速裝置的動態微分方程的右邊增加一個強迫項，使控制裝置出現多個強迫項。這樣，調速裝置輸出就不能精確跟蹤調速指令信號。隨著各種機械設備和武器裝備的運行精度、響應速度以及自動化程度的提高，對力矩電機調速性能提出了越來越高的要求。當今廣泛使用的一般反饋控制方法已不能滿足要求，特別是無法滿足低速或極低速運行條件下的性能要求。因此，採用新的調速裝置和調速控制方法是進一步提高力矩電機調速性能所要解決的問題。不僅保證力矩電機在高速情況下正常運轉，而且在低速和極低速情況下也能平穩運轉，實現力矩電機在無減速機構情況下其速度在零至數千轉寬範圍內可以平穩連續調節的目的。
發明內容
本發明的目的是針對上述現有技術中存在的問題，為實現力矩電機在無減速機構情況下其速度在零至數千轉寬範圍內可以平穩連續調節，並進一步提高力矩電機速度可調範圍內的靜態和動態性能，提供一種力矩電機寬範圍調速裝置。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是—種力矩電機寬範圍調速裝置，由調速指令發生器、調速控制器、功率驅動模塊、調速執行機構和速度傳感器組成；其中所述的調速控制器由比較器、積分器、積分係數乘法器、減法器、PDF (Pseudo-Derivative-Feedback)係數乘法器、PDF跟隨器、反饋跟隨器和積分飽和限制器組成，所述的調速執行機構由力矩電機、聯軸節和機械負載組成；所述的比較器、積分器、積分係數乘法器、減法器、功率驅動模塊、力矩電機、聯軸節、機械負載、速度傳感器和反饋跟隨器按序順時針方向環形連接，所述的比較器還與調速指令發生器連接，所述的減法器還依順序與PDF係數乘法器、PDF跟隨器、速度傳感器相連接，所述的積分飽和限制器分別與積分係數乘法器的輸出和積分器相連接。由於該調速控制器與眾不同的結構形式，在前向迴路中對誤差信號實施積分運算和乘法運算，在反饋迴路中不僅實現了速度反饋，而且在不需要加速度傳感器的情況下實現了加速度的反饋。也就是說，不僅實現了所要調節的速度變量狀態信息的反饋，而且還實現了速度變量變化率狀態信息的反饋。本發明的有益效果是I、本發明在力矩電機和所帶的機械負載之間不需要任何減速箱，可實現零轉速至·每分鐘幾千轉的寬範圍內連續調節。低速和極低速運行十分平穩，無爬行現象。2、本發明的調速裝置不僅具有調節變量本身狀態信息的反饋，而且具有調節變量變化率狀態信息的反饋，實現了調節變量兩種狀態信息的反饋。而一般調速裝置僅能實現調節變量的一種狀態信息反饋，即只能實現速度反饋。3、該力矩電機調速裝置中採用速度傳感器實現速度狀態信息的反饋，但是，並沒有採用任何加速度傳感器，卻實現了加速度狀態信息的反饋。也就是說，只採用了一種檢測傳感器就實現了兩種狀態信息的反饋，控制裝置結構具有獨到之處，在工程實施中不僅方便易行，而且節省成本。4、由於該調速控制器與眾不同的結構形式，無論是高速運行還是低速運行，都能大幅度提高力矩電機調速裝置的靜態和動態性能。5、不需要任何剎車機構就能使力矩電機高速運行情況下實行瞬時制動。
圖I是本發明實施例的力矩電機寬範圍調速裝置構成方框圖。
具體實施例方式為了加深對本發明的理解，下面結合附圖I對本發明的具體實施例作進一步的詳細說明。附圖I是本發明實施例的力矩電機寬範圍調速裝置構成方框圖。該力矩電機調速裝置由調速指令發生器110、調速控制器120、功率驅動模塊130、調速執行機構140和速度傳感器150組成；其中所述調速控制器120由比較器121、積分器122、積分係數乘法器123、減法器124、PDF係數乘法器125、PDF跟隨器126、反饋跟隨器127和積分飽和限制器128組成，所述調速執行機構140由力矩電機141、聯軸節142和機械負載143組成；所述調速指令發生器110、比較器121、積分器122、積分係數乘法器123、減法器124、功率驅動模塊130、力矩電機141、聯軸節142、機械負載143、速度傳感器150和反饋跟隨器127按序順時針方向連接，比較器121還與調速指令發生器110連接，減法器124還通過TOF係數乘法器125和PDF跟隨器126與速度傳感器連接150連接，積分飽和限制器128分別與積分係數乘法器123的輸出和積分器122連接。當調速指令發生器110給出調速指令後，比較器121將其與速度傳感器150經反饋跟隨器12反饋回來的機械負載143的實際運行速度信號進行比較，產生的誤差信號首先由積分器122進行積分運算，然後再由積分係數乘法器123乘以積分係數，這時產生的信號與速度傳感器150經PDF跟隨器126和PDF係數乘法器125運算後的信號相減，在此實際上實現了速度的變化率一加速 度狀態信息的反饋。因此，本發明的力矩電機寬範圍調速裝置比公知的反饋裝置實現更多的變量狀態信息的反饋，調速性能可大幅度提高。另一個巧妙之處在於，這裡既沒有採用加速度傳感器，也沒有對速度信號進行微分運算，但是在控制功能上卻實現了加速度的反饋，對於工程實施，方便易行，具有十分重要的意義。然後，調速控制器輸出信號控制功率驅動模塊130向力矩電機提供適時適量的能量，經聯軸節對機械負載的運動速度進行調節。功率驅動模塊可以是直流功率放大器，也可是雙向可控矽整流裝置。當然，調速裝置的性能還與積分係數和反饋係數這兩個控制參數密切相關。只要準確地調整這兩個控制參數的大小，就能使調速裝置獲得優良的動態性能和靜態性能，並能實現力矩電機在無減速機構情況下其速度在零至數千轉寬範圍內平穩連續調節的目的。
權利要求
1.一種力矩電機寬範圍調速裝置，其特徵是由調速指令發生器、調速控制器、功率驅動模塊、調速執行機構和速度傳感器組成；其中所述調速控制器由比較器、積分器、積分係數乘法器、減法器、PDF係數乘法器、PDF跟隨器、反饋跟隨器和積分飽和限制器組成；所述調速執行機構由力矩電機、聯軸節和機械負載組成；所述比較器、積分器、積分係數乘法器、減法器、功率驅動模塊、力矩電機、聯軸節、機械負載、速度傳感器和反饋跟隨器按序順時針方向環形連接；所述比較器還與所述調速指令發生器連接；所述減法器還依順序與所述PDF係數乘法器、PDF跟隨器、速度傳感器相連接；所述積分飽和限制器分別與所述積分係數乘法器的輸出和所述積分器相連接。
全文摘要
本發明公開了一種力矩電機寬範圍調速裝置，由調速指令發生器、調速控制器、功率驅動模塊、調速執行機構和速度傳感器組成；所述調速控制器由比較器、積分器、積分係數乘法器、減法器、PDF係數乘法器、PDF跟隨器、反饋跟隨器和積分飽和限制器組成，所述調速執行機構由力矩電機、聯軸節和機械負載組成；其中所述比較器、積分器、積分係數乘法器、減法器、功率驅動模塊、力矩電機、聯軸節、機械負載、速度傳感器和反饋跟隨器按序順時針方向環形連接，比較器還與調速指令發生器連接，減法器還通過PDF係數乘法器和PDF跟隨器與速度傳感器連接，積分飽和限制器分別與積分係數乘法器的輸出和積分器連接。本發明具有從零至數千轉的寬調速範圍且調速性能優良。
文檔編號H02P29/00GK102882469SQ20121043225
公開日2013年1月16日 申請日期2012年11月2日 優先權日2012年11月2日
發明者曾文火, 朱鵬程 申請人:江蘇科技大學