一種龍門刨床的調速控制系統的製作方法

2023-10-05 11:27:29

專利名稱：一種龍門刨床的調速控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於龍門刨床技術領域，具體地說，是涉及一種龍門刨床的調速控制 系統。
背景技術：
龍門刨床是機械行業的工作母機，國內傳統的重型工具機廠均以直流發電機、直流 電動機系統(F-D系統)為主拖動系統。F-D系統價格昂貴，效率較低，高速重載時電刷上會 產生較大的火花，因此已經不能適應現代生產的需求，急需進行改造。而開關磁阻電機驅動系統(SRD)集開關磁阻電動機(SRM)、電力電子技術和控制 技術於一體，是一種典型的機電一體化高新技術產品。它不僅保持了交流異步電動機結構 簡單、堅固可靠和直流電動機可控性好的優點，而且還具有價格低、效率高、適應力強等突 出優點，顯示出廣闊的應用前景。這使得SRD成為了繼異步電動機變頻調速系統和直流電 動機調速系統之後，又一極具潛力的新一代交流無級調速系統。由於開關磁阻電動機SRM 的良好特性和獨特優點，使得其應用於龍門刨床成為了可能。然而，目前的開關磁阻電動機SRM採用的是雙凸極結構，高度飽和，故其驅動系統 本身是一個時變、非線性系統。現在的控制策略主要以線性模型為基礎，結合傳統PI或PID 控制器，由此構建的SRD系統難以獲得理想的輸出特性，不但轉矩脈動大、噪聲大，而且系 統魯棒性差，其動、靜態性能無法與直流傳動相媲美，這嚴重地阻礙了 SRD的應用。人工神經網絡在一定的條件下可以任意精度逼近任意非線性函數且具有較強的 自學習、自適應、自組織能力。若將其應用於非線性嚴重的開關磁阻電動機SRM的轉速控制 策略中，應該可以實現對開關磁阻電動機SRM的高性能控制。基於此，如何為開關磁阻電動 機SRM的轉速控制系統設計一種可支持人工神經網絡控制算法的硬體平臺，是本實用新型 所要解決的一項主要問題。

實用新型內容本實用新型為了解決傳統龍門刨床採用F-D系統進行拖動所存在的價格昂貴、效 率較低的問題，提供了一種基於SRD系統的龍門刨床調速控制系統，以提高龍門刨床的工 作效率和控制精度，降低系統成本。為解決上述技術問題，本實用新型採用以下技術方案予以實現一種龍門刨床的調速控制系統，用於對龍門刨床中驅動電機的轉速進行控制，其 中，所述驅動電機為開關磁阻電動機，所述調速控制系統包括控制器、功率變換器和檢測單 元；所述檢測單元連接驅動電機和功率變換器，分別對驅動電機的運行參數和功率變換器 的輸出電流進行檢測，並反饋給所述的控制器；所述控制器根據給定轉速值及檢測單元反 饋的檢測信息計算生成控制信號，輸出至所述的功率變換器；所述功率變換器連接驅動電 機，控制驅動電機旋轉。進一步的，在所述檢測單元中包括電流檢測模塊和位置檢測模塊，所述電流檢測模塊連接在功率變換器與控制器之間，採集功率變換器的輸出電流並反饋給所述的控制 器；所述位置檢測模塊連接在驅動電機與控制器之間，檢測驅動電機的轉子位置及轉速並 反饋給所述的控制器。再進一步的，所述控制器為DSP控制器。更進一步的，所述控制器為基於TMS320F2812主控晶片的DSP控制器。與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果是本實用新型的SRM調速控制 系統控制精度高，能適應環境變化，動態特性好，具有較好的自適應性和魯棒性，且結構簡 單可靠、尤其適用於需要頻繁正反轉的龍門刨床調速驅動系統。結合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述後，本實用新型的其他特點和優點 將變得更加清楚。

圖1是本實用新型所提出的龍門刨床的調速控制系統的一種實施例的電路原理 框圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行詳細地描述。實施例一，為了提高龍門刨床的工作效率，降低系統成本，本實施例採用開關磁阻 電動機SRM作為龍門刨床的驅動電機，構成開關磁阻電機驅動系統SRD，以驅動龍門刨床中 的各執行機構運行。由於開關磁阻電動機SRM採用的是雙凸極結構，高度飽和，故其驅動系統本身是 一個時變、非線性系統。現有的控制策略主要以線性模型為基礎，結合傳統的PI或者PID控 制器，簡單地運用上述三種控制模式，採用前饋轉矩(或電流)控制、反饋轉速控制。由此 構建的SRD系統難以獲得理想的輸出特性，不僅轉矩脈動大、噪聲大，而且系統魯棒性差， 其動、靜態性能無法與直流傳動相媲美，這嚴重阻礙了 SRD的應用。就其原因，主要是因為 SRM為高度非線性系統，具有雙凸極集中繞組的幾何結構，為輸出最大轉矩而常常運行於飽 和狀態，磁阻轉矩是定子電流與轉子位置的非線性函數，傳統的線性控制方法難以滿足動 態較快的SRM非線性、變參數要求。為了改善系統性能，本實施例首先為開關磁阻電動機SRM設計了如圖1所示的 調速控制系統硬體平臺，在該硬體平臺上運行基於徑向基函數(RadicalBasis Function, RBF)的神經網絡控制算法，從而實現了對開關磁阻電動機SRM轉速的精確控制。參見圖1所示，本實施例的調速控制系統硬體平臺主要由控制器、功率變換器和 檢測單元三部分組成。其中，控制器是SRD系統的大腦，接收用戶輸入的給定轉速值，並結 合檢測單元反饋的檢測信息，通過預先編寫的轉速控制算法計算生成控制信號，輸出至功 率變換器，以控制功率變換器中的元件通斷，進而通過功率變換器控制開關磁阻電動機SRM 運轉，使電機轉速趨近於給定轉速值。在本實施例中，所述檢測單元用於檢測開關磁阻電動機SRM的運行參數和功率變 換器的輸出電流，可以具體包括電流檢測模塊和位置檢測模塊兩部分。其中，電流檢測模 塊連接在功率變換器的輸出端與控制器的輸入端之間，採集功率變換器的輸出電流，並反饋給控制器以參與轉速控制運算；所述位置檢測模塊連接在驅動電機與控制器的輸入端之 間，檢測驅動電機的轉子位置及轉速，並反饋給控制器共同參與轉速控制運算。為了能夠執行複雜的神經網絡控制策略，本實施例採用DSP控制器來具體運行 轉速控制算法，接收用戶輸入的給定轉速值，並綜合位置檢測模塊和電流檢測模塊所提供 的電機轉子位置、速度和電流等反饋信息以及外部輸入的命令，通過分析處理，決定控制策 略，並按照相應的控制算法做出處理，發出相通斷信號和脈寬調製(PWM)信號，從而控制功 率變換器中的元件通斷，實現對電機轉速的準確控制。本實施例優選採用美國德州儀器 (Tl)公司的TMS320F2812主控晶片來設計DSP控制器，不僅處理速度快，集成度高，而且硬 件結構得以簡化，控制精度變得更高，解決了以往開關磁阻電動機SRM採用單片機為主控 晶片，其控制系統響應速度慢，系統可靠性差等問題。由於人工神經網絡具有在一定條件下可以任意精度逼近任意非線性函數且具有 較強的自學習、自適應、自組織能力的特性。故將其應用於非線性嚴重的開關磁阻電動機 SRM的控制策略中，可以實現對開關磁阻電動機SRM的高性能控制。將編寫有RBF神經網絡控制算法的DSP控制器進行離線訓練，待離線訓練好後，結 合在線辨識完成神經網絡的在線訓練，讓控制器在電機運行中自適應地調節網絡參數，使 之適應環境的變化。結果表明在本實施例所提出的調速控制系統中運行基於RBF的神經 網絡控制算法，來對開關磁阻電動機SRM的轉速進行控制，具有響應速度快、控制精度高、 適應性強等顯著優勢。本實用新型的開關磁阻電機驅動系統SRD，結構簡單可靠、效率高、調速範圍寬、控 制精確，能夠很好地實現龍門刨床的各項功能。當然，以上所述僅是本實用新型的一種優選實施方式，應當指出的是，對於本技術 領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤 飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種龍門刨床的調速控制系統，用於對龍門刨床中驅動電機的轉速進行控制，其特 徵在於所述驅動電機為開關磁阻電動機，所述調速控制系統包括控制器、功率變換器和檢 測單元；所述檢測單元連接驅動電機和功率變換器，分別對驅動電機的運行參數和功率變 換器的輸出電流進行檢測，並反饋給所述的控制器；所述控制器根據給定轉速值及檢測單 元反饋的檢測信息計算生成控制信號，輸出至所述的功率變換器；所述功率變換器連接驅 動電機，控制驅動電機旋轉。
2.根據權利要求1所述的龍門刨床的調速控制系統，其特徵在於在所述檢測單元中 包括電流檢測模塊和位置檢測模塊，所述電流檢測模塊連接在功率變換器與控制器之間， 採集功率變換器的輸出電流並反饋給所述的控制器；所述位置檢測模塊連接在驅動電機與 控制器之間，檢測驅動電機的轉子位置及轉速並反饋給所述的控制器。
3.根據權利要求1或2所述的龍門刨床的調速控制系統，其特徵在於所述控制器為 DSP控制器。
4.根據權利要求3所述的龍門刨床的調速控制系統，其特徵在於所述控制器為基於 TMS320F2812主控晶片的DSP控制器。
專利摘要本實用新型公開了一種龍門刨床的調速控制系統，用於對龍門刨床中驅動電機的轉速進行控制，其中，所述驅動電機為開關磁阻電動機SRM，所述調速控制系統包括控制器、功率變換器和檢測單元；所述檢測單元連接驅動電機和功率變換器，分別對驅動電機的運行參數和功率變換器的輸出電流進行檢測，並反饋給所述的控制器；所述控制器根據給定轉速值及檢測單元反饋的檢測信息計算生成控制信號，輸出至所述的功率變換器；所述功率變換器連接驅動電機，控制驅動電機旋轉。本實用新型的SRM調速控制系統控制精度高，能適應環境變化，動態特性好，具有較好的自適應性和魯棒性，且結構簡單可靠、尤其適用於需要頻繁正反轉的龍門刨床調速驅動系統。
文檔編號H02P6/08GK201878079SQ20102068546
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者周以琳, 孔輝, 張春堂, 戚淑芬 申請人:青島科技大學