專利名稱：一種力矩電機寬范圍調(diào)速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種力矩電機調(diào)速裝置，特別涉及一種力矩電機無需減速機構(gòu)情況下其速度在零至數(shù)千轉(zhuǎn)的寬范圍內(nèi)可以平穩(wěn)連續(xù)調(diào)節(jié)的裝置。
背景技術(shù)：
速度調(diào)節(jié)裝置中，力矩電機調(diào)速在許多機械設(shè)備和武器裝備中是經(jīng)常遇到的，如機械臂的回轉(zhuǎn)，加工設(shè)備的旋轉(zhuǎn)運動，自動化生產(chǎn)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(diào)速裝置中，調(diào)節(jié)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(diào)速裝置的成本，而且增大了調(diào)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(diào)速裝置在低速運行時性能仍不穩(wěn)定，特別是在極低速度運行時，由于負載變化或外界干擾，經(jīng)常會發(fā)生不能連續(xù)平穩(wěn)運行的情況，即所謂的爬行現(xiàn)象。 為了獲得優(yōu)良的速度調(diào)節(jié)性能，力矩電機調(diào)速裝置必須采用調(diào)速控制裝置。也就是說，機械裝備中運動部件的速度必須經(jīng)檢測傳感器反饋到調(diào)速裝置輸入端，與調(diào)速指令信號進行比較產(chǎn)生誤差信號，然后再由調(diào)速控制器對誤差信號進行控制運算后發(fā)出控制信號，對運動部件的速度實施控制。然而，即使采用目前廣泛使用的反饋控制方法或其它所謂的現(xiàn)代控制方法，力矩電機調(diào)速性能雖能獲得一定的改進，但在低速時仍不能平穩(wěn)運行，特別在負載變動或外界干擾情況下，爬行現(xiàn)象較為明顯。究其原因，傳統(tǒng)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采取各種改進措施，如增加對誤差的控制運算。事實上，前向控制回路中對誤差每增加一種運算，對調(diào)速指令信號和反饋信號同時增加了控制運算。對調(diào)速指令信號的每一種運算就相當于在調(diào)速裝置的動態(tài)微分方程的右邊增加一個強迫項，使控制裝置出現(xiàn)多個強迫項。這樣，調(diào)速裝置輸出就不能精確跟蹤調(diào)速指令信號。隨著各種機械設(shè)備和武器裝備的運行精度、響應(yīng)速度以及自動化程度的提高，對力矩電機調(diào)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，采用新的調(diào)速裝置和調(diào)速控制方法是進一步提高力矩電機調(diào)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(zhuǎn)，而且在低速和極低速情況下也能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)力矩電機在無減速機構(gòu)情況下其速度在零至數(shù)千轉(zhuǎn)寬范圍內(nèi)可以平穩(wěn)連續(xù)調(diào)節(jié)的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，為實現(xiàn)力矩電機在無減速機構(gòu)情況下其速度在零至數(shù)千轉(zhuǎn)寬范圍內(nèi)可以平穩(wěn)連續(xù)調(diào)節(jié)，并進一步提高力矩電機速度可調(diào)范圍內(nèi)的靜態(tài)和動態(tài)性能，提供一種力矩電機寬范圍調(diào)速裝置。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是—種力矩電機寬范圍調(diào)速裝置，由調(diào)速指令發(fā)生器、調(diào)速控制器、功率驅(qū)動模塊、調(diào)速執(zhí)行機構(gòu)和速度傳感器組成；其中所述的調(diào)速控制器由比較器、積分器、積分系數(shù)乘法器、減法器、PDF (Pseudo-Derivative-Feedback)系數(shù)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(diào)速執(zhí)行機構(gòu)由力矩電機、聯(lián)軸節(jié)和機械負載組成；所述的比較器、積分器、積分系數(shù)乘法器、減法器、功率驅(qū)動模塊、力矩電機、聯(lián)軸節(jié)、機械負載、速度傳感器和反饋跟隨器按序順時針方向環(huán)形連接，所述的比較器還與調(diào)速指令發(fā)生器連接，所述的減法器還依順序與PDF系數(shù)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系數(shù)乘法器的輸出和積分器相連接。由于該調(diào)速控制器與眾不同的結(jié)構(gòu)形式，在前向回路中對誤差信號實施積分運算和乘法運算，在反饋回路中不僅實現(xiàn)了速度反饋，而且在不需要加速度傳感器的情況下實現(xiàn)了加速度的反饋。也就是說，不僅實現(xiàn)了所要調(diào)節(jié)的速度變量狀態(tài)信息的反饋，而且還實現(xiàn)了速度變量變化率狀態(tài)信息的反饋。本發(fā)明的有益效果是I、本發(fā)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(xiàn)零轉(zhuǎn)速至·每分鐘幾千轉(zhuǎn)的寬范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。低速和極低速運行十分平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象。2、本發(fā)明的調(diào)速裝置不僅具有調(diào)節(jié)變量本身狀態(tài)信息的反饋，而且具有調(diào)節(jié)變量變化率狀態(tài)信息的反饋，實現(xiàn)了調(diào)節(jié)變量兩種狀態(tài)信息的反饋。而一般調(diào)速裝置僅能實現(xiàn)調(diào)節(jié)變量的一種狀態(tài)信息反饋，即只能實現(xiàn)速度反饋。3、該力矩電機調(diào)速裝置中采用速度傳感器實現(xiàn)速度狀態(tài)信息的反饋，但是，并沒有采用任何加速度傳感器，卻實現(xiàn)了加速度狀態(tài)信息的反饋。也就是說，只采用了一種檢測傳感器就實現(xiàn)了兩種狀態(tài)信息的反饋，控制裝置結(jié)構(gòu)具有獨到之處，在工程實施中不僅方便易行，而且節(jié)省成本。4、由于該調(diào)速控制器與眾不同的結(jié)構(gòu)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(diào)速裝置的靜態(tài)和動態(tài)性能。5、不需要任何剎車機構(gòu)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(fā)明實施例的力矩電機寬范圍調(diào)速裝置構(gòu)成方框圖。
具體實施例方式為了加深對本發(fā)明的理解，下面結(jié)合附圖I對本發(fā)明的具體實施例作進一步的詳細說明。附圖I是本發(fā)明實施例的力矩電機寬范圍調(diào)速裝置構(gòu)成方框圖。該力矩電機調(diào)速裝置由調(diào)速指令發(fā)生器110、調(diào)速控制器120、功率驅(qū)動模塊130、調(diào)速執(zhí)行機構(gòu)140和速度傳感器150組成；其中所述調(diào)速控制器120由比較器121、積分器122、積分系數(shù)乘法器123、減法器124、PDF系數(shù)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(diào)速執(zhí)行機構(gòu)140由力矩電機141、聯(lián)軸節(jié)142和機械負載143組成；所述調(diào)速指令發(fā)生器110、比較器121、積分器122、積分系數(shù)乘法器123、減法器124、功率驅(qū)動模塊130、力矩電機141、聯(lián)軸節(jié)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(diào)速指令發(fā)生器110連接，減法器124還通過TOF系數(shù)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分別與積分系數(shù)乘法器123的輸出和積分器122連接。當調(diào)速指令發(fā)生器110給出調(diào)速指令后，比較器121將其與速度傳感器150經(jīng)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(chǎn)生的誤差信號首先由積分器122進行積分運算，然后再由積分系數(shù)乘法器123乘以積分系數(shù)，這時產(chǎn)生的信號與速度傳感器150經(jīng)PDF跟隨器126和PDF系數(shù)乘法器125運算后的信號相減，在此實際上實現(xiàn)了速度的變化率一加速 度狀態(tài)信息的反饋。因此，本發(fā)明的力矩電機寬范圍調(diào)速裝置比公知的反饋裝置實現(xiàn)更多的變量狀態(tài)信息的反饋，調(diào)速性能可大幅度提高。另一個巧妙之處在于，這里既沒有采用加速度傳感器，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(xiàn)了加速度的反饋，對于工程實施，方便易行，具有十分重要的意義。然后，調(diào)速控制器輸出信號控制功率驅(qū)動模塊130向力矩電機提供適時適量的能量，經(jīng)聯(lián)軸節(jié)對機械負載的運動速度進行調(diào)節(jié)。功率驅(qū)動模塊可以是直流功率放大器，也可是雙向可控硅整流裝置。當然，調(diào)速裝置的性能還與積分系數(shù)和反饋系數(shù)這兩個控制參數(shù)密切相關(guān)。只要準確地調(diào)整這兩個控制參數(shù)的大小，就能使調(diào)速裝置獲得優(yōu)良的動態(tài)性能和靜態(tài)性能，并能實現(xiàn)力矩電機在無減速機構(gòu)情況下其速度在零至數(shù)千轉(zhuǎn)寬范圍內(nèi)平穩(wěn)連續(xù)調(diào)節(jié)的目的。
權(quán)利要求
1.一種力矩電機寬范圍調(diào)速裝置，其特征是由調(diào)速指令發(fā)生器、調(diào)速控制器、功率驅(qū)動模塊、調(diào)速執(zhí)行機構(gòu)和速度傳感器組成；其中所述調(diào)速控制器由比較器、積分器、積分系數(shù)乘法器、減法器、PDF系數(shù)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(diào)速執(zhí)行機構(gòu)由力矩電機、聯(lián)軸節(jié)和機械負載組成；所述比較器、積分器、積分系數(shù)乘法器、減法器、功率驅(qū)動模塊、力矩電機、聯(lián)軸節(jié)、機械負載、速度傳感器和反饋跟隨器按序順時針方向環(huán)形連接；所述比較器還與所述調(diào)速指令發(fā)生器連接；所述減法器還依順序與所述PDF系數(shù)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系數(shù)乘法器的輸出和所述積分器相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種力矩電機寬范圍調(diào)速裝置，由調(diào)速指令發(fā)生器、調(diào)速控制器、功率驅(qū)動模塊、調(diào)速執(zhí)行機構(gòu)和速度傳感器組成；所述調(diào)速控制器由比較器、積分器、積分系數(shù)乘法器、減法器、PDF系數(shù)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(diào)速執(zhí)行機構(gòu)由力矩電機、聯(lián)軸節(jié)和機械負載組成；其中所述比較器、積分器、積分系數(shù)乘法器、減法器、功率驅(qū)動模塊、力矩電機、聯(lián)軸節(jié)、機械負載、速度傳感器和反饋跟隨器按序順時針方向環(huán)形連接，比較器還與調(diào)速指令發(fā)生器連接，減法器還通過PDF系數(shù)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系數(shù)乘法器的輸出和積分器連接。本發(fā)明具有從零至數(shù)千轉(zhuǎn)的寬調(diào)速范圍且調(diào)速性能優(yōu)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(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者曾文火, 朱鵬程 申請人:江蘇科技大學