本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種長行程永磁直線同步電機(jī)運(yùn)行距離與速度測量方法與裝置，高頻繞組為纏繞在永磁直線同步電機(jī)動(dòng)子永磁體上的圓形截面或矩形截面的絕緣導(dǎo)體，數(shù)字信號(hào)處理器接高頻發(fā)生器，高頻發(fā)生器與高頻繞組相連，高頻繞組與采集高頻信號(hào)的電阻相連，采集高頻信號(hào)的電阻與第二高通濾波電路相連，第二高通濾波電路與第二帶通濾波電路相連，第二帶通濾波電路與第二移相電路連接，第二移相電路與鑒相電路相連，第一高通濾波電路與永磁直線同步電動(dòng)機(jī)、第一帶通濾波電路相連，第一帶通濾波電路與第一移相電路相連，加法電路與帶通濾波電路、鑒相電路相連，鑒相電路接接數(shù)字信號(hào)處理器，具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、使用方便、穩(wěn)定性好、測量精度高的優(yōu)點(diǎn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種對(duì)行程長、推力大的隱極式永磁直線同步電機(jī)的運(yùn)行距離和速度 進(jìn)行測量的長行程永磁直線同步電機(jī)運(yùn)行距離與速度測量方法與裝置，屬于高性能、智能 化儀器儀表領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
永磁直線同步電動(dòng)機(jī)因具有行程長、推力大、高效節(jié)能、響應(yīng)快、定位精度高、工作 安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化儀表、自動(dòng)化精密機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等場合都獲得了廣泛的應(yīng) 用。為了對(duì)電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行閉環(huán)控制，在高精度、高動(dòng)態(tài)性能的控制中需要知道電機(jī)動(dòng)子的 確切位置、電機(jī)的運(yùn)行距離和速度。現(xiàn)有的電機(jī)動(dòng)子位置、運(yùn)行距離和速度測量方法有機(jī)械 傳感器法(如光電碼盤、光柵位移傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器等)、基波激勵(lì)法、高頻信號(hào)注入 法三種，它們存在以下缺點(diǎn)(1)采用機(jī)械傳感器法投資大，不適宜于運(yùn)行距離較遠(yuǎn)場合的測量；(2)采用基波激勵(lì)法具有良好的動(dòng)態(tài)性能，但對(duì)電機(jī)參數(shù)變化敏感，魯棒性差，零 速或低速時(shí)會(huì)因反電勢(shì)過小根本無法檢測而失敗；(3)高頻信號(hào)注入法對(duì)電機(jī)參數(shù)的變化不敏感，魯棒性好。但它適應(yīng)于電機(jī)的凸極 效應(yīng)比較顯著的凸極式永磁直線同步電動(dòng)機(jī)。對(duì)于隱極式永磁直線同步電機(jī)來講，由于其 凸極效應(yīng)不顯著，采用高頻信號(hào)注入法，其測量誤差大，甚至根本無法檢測。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而提出一種在任何運(yùn)行狀態(tài)下都 可以得知永磁直線同步電機(jī)動(dòng)子的確切位置、電機(jī)的運(yùn)行距離和速度的長行程永磁直線同 步電機(jī)運(yùn)行距離與速度測量方法與裝置。本專利技術(shù)的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種長行程永磁直線同步電機(jī)運(yùn)行距離與速度測量方法，其特征在于，上述運(yùn)行 距離與速度測量方法包含下列步驟步驟一、在永磁直線同步電機(jī)動(dòng)子永磁體上纏繞高頻繞組，并向該繞組中通入頻 率為400Hz的高頻電流信號(hào)；步驟二、提取高頻電流在三相定子電樞繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)，并將A、B、C三相 感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)在時(shí)間上分別移相0°、120°、240°后疊加，得到一個(gè)與高頻電流激勵(lì)信號(hào) 同頻率，相位相差為永磁直線同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子位置角θ「90°的高頻感應(yīng)電勢(shì)合成信 號(hào)；步驟三、通過電阻采集高頻激勵(lì)信號(hào)，將該信號(hào)經(jīng)過與提取高頻感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)通 道相同的電路后移相90° ；步驟四、利用鑒相電路得到經(jīng)過步驟三處理后的高頻激勵(lì)信號(hào)的正向過零點(diǎn)和感 應(yīng)電勢(shì)合成信號(hào)的正向過零點(diǎn)，并將其轉(zhuǎn)化為與波形正半周波相對(duì)應(yīng)的正方波信號(hào)；步驟五、利用數(shù)字信號(hào)處理器的捕獲單元CAP1、CAP2對(duì)鑒相電路送來的兩路正方 波信號(hào)的上升沿進(jìn)行捕獲，利用定時(shí)器作為CAP1、CAP2的時(shí)基，在兩路正方波上升沿的間 隔時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)。步驟六、根據(jù)步驟五得到的計(jì)數(shù)值計(jì)算動(dòng)子位置角θ ρ運(yùn)行距離S、動(dòng)子速度V，其公式分別為ΘΓ = H1j^t χ計(jì)數(shù)值χ高頻信號(hào)的頻率χ2τ 計(jì)數(shù)頻率s = 2η τ + θ r r π 式中τ為電機(jī)的極距，為動(dòng)子位置變化量，T為采樣周期，η = 0，1，2.......步驟一中的高頻電流信號(hào)利用數(shù)字信號(hào)處理器的PWMl 口輸出的SPWM信號(hào)經(jīng)過緩 沖與電平轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路、減法電路、輸出電路后產(chǎn)生的。步驟二中的三相高頻感應(yīng)電勢(shì)通過高頻濾波電路和帶通濾波電路提取，步驟二、 步驟三中的信號(hào)移相通過移相電路實(shí)現(xiàn)。步驟六中的動(dòng)子位置角θ ρ運(yùn)行距離S、動(dòng)子速度ν的計(jì)算通過數(shù)字信號(hào)處理器 完成。一種長行程永磁直線同步電機(jī)運(yùn)行距離與速度測量裝置，包括附加的高頻繞組、 數(shù)字信號(hào)處理器、高頻發(fā)生器、第一高通濾波電路、第一帶通濾波電路、第二高通濾波電路、 第二帶通濾波電路、實(shí)現(xiàn)120°和240°移相的第一移相電路、實(shí)現(xiàn)90°移相的第二移相電 路、加法電路以及鑒相電路，其特征在于所述附加的高頻繞組為纏繞在永磁直線同步電機(jī) 動(dòng)子永磁體上的圓形截面或矩形截面的絕緣導(dǎo)體，所述的數(shù)字信號(hào)處理器的PWMl引腳接 高頻發(fā)生器的輸入端，所述的高頻發(fā)生器的輸出端al與高頻繞組的bl端相連接，高頻繞組 的b2端與采集高頻信號(hào)的電阻的cl端相連接，采集高頻信號(hào)的電阻的c2端與高頻發(fā)生器 的輸出端a2連接構(gòu)成回路，所述的采集高頻信號(hào)電阻的cl端、c2端分別與第二高通濾波 電路的dl端、d3端相連接，所述的第二高通濾波電路的d2端與第二帶通濾波電路的el端 相連接，所述的第二帶通濾波電路的e2端與第二移相電路的fl端連接，所述的第二移相電 路的f2端與鑒相電路的引腳2相連接，所述的第一高通濾波電路的gl、g2、g3、g4端分別 與永磁直線同步電動(dòng)機(jī)的電源母線的N、A、B、C相連接，所述的第一高通濾波電路的hl、h2、 h3端分別與第一帶通濾波電路ell端、el2端、el3端相連接，所述的第一帶通濾波電路的 e22端、e23端分別與第一移相電路的jl端、j2端相連接，所述的加法電路的kl端、k2端、 k3端分別接帶通濾波電路e21端、第一移相電路的j3端、j4端，所述的加法電路的k4端與 鑒相電路的引腳7相連接，所述的鑒相電路的引腳13、引腳9分別接接數(shù)字信號(hào)處理器的 CAP1、CAP2。高頻發(fā)生器由緩沖與電平轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路、減法電路、輸出電路順序連接 構(gòu)成，所述的緩沖與電平轉(zhuǎn)換電路由芯片74HCT04與芯片6N137連接組成，所述的高頻發(fā)生 器的低通濾波電路采用簡單的R-C電路，所述的高頻發(fā)生器的減法電路采用美國AD公司的 AD524芯片，所述的高頻發(fā)生器的輸出電路采用對(duì)管TIP35C和TIP36C作為功率晶體管。所述的第一高通濾波電路、第二高通濾波電路由電容、電感和電阻組成，所述的第一高通濾波電路、第二高通濾波電路的電容由兩個(gè)串聯(lián)構(gòu)成分別接在電感的兩側(cè)以實(shí)現(xiàn)強(qiáng) 電與弱電隔離。所述的第一帶通濾波電路、第二帶通濾波電路采用美國MAXIM公司開發(fā)的有源濾 波器芯片MAX274實(shí)現(xiàn)。所述的第一移相電路、第二移相電路由集成運(yùn)算放大器、電阻、電容器構(gòu)成，所述 的加法電路采用集成運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。所述的鑒相電路采用輸出延遲為4. 5ns的超高速比較器芯片MAX963實(shí)現(xiàn)。本專利技術(shù)能夠測量包括零速在內(nèi)全速度范圍內(nèi)永磁直線同步電機(jī)的動(dòng)子位置、運(yùn)行 距離和速度，具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、使用方便、穩(wěn)定性好、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的永磁直線同步電機(jī)運(yùn)行距離和速度測量裝置示意圖。圖2為本專利技術(shù)的永磁直線同步電電機(jī)運(yùn)行距離和速度測量原理圖。圖3為本專利技術(shù)的永磁直線同步電電機(jī)運(yùn)行距離和速度測量裝置的帶通濾波電路 的原理圖。具體實(shí)施例方式如圖1、2、3所示，一種長行程永磁直線同步電機(jī)運(yùn)行距離與速度測量方法，其特 征在于，上述運(yùn)行距離與速度測量方法包含下列步驟步驟一、在永磁直線同步電機(jī)動(dòng)子永磁體上纏繞高頻繞組，并向該繞組中通入頻 率為400Hz的高頻電流信號(hào)；步驟二、提取高頻電流在三相定子電樞繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)，并將A、B、C三相 感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)在時(shí)間上分別移相0°、120°、240°后疊加，得到一個(gè)與高頻電流激勵(lì)信號(hào) 同頻率，相位相差為永磁直線同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子位置角θ「90°的高頻感應(yīng)電勢(shì)合成信 號(hào)；步驟三、通過電阻采集高頻激勵(lì)信號(hào)，將該信號(hào)經(jīng)過與提取高頻感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)通 道相同的電路后移相90° ；步驟四、利用鑒相電路得到經(jīng)過步驟三處理后的高頻激勵(lì)信號(hào)的正向過零點(diǎn)和感 應(yīng)電勢(shì)合成信號(hào)的正向過零點(diǎn)，并將其轉(zhuǎn)化為與波形正半周波相對(duì)應(yīng)的正方波信號(hào)；步驟五、利用本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種長行程永磁直線同步電機(jī)運(yùn)行距離與速度測量方法，其特征在于：上述運(yùn)行距離與速度測量方法包含下列步驟：步驟一、在永磁直線同步電機(jī)動(dòng)子永磁體上纏繞高頻繞組，并向該繞組中通入頻率為４００Ｈｚ的高頻電流信號(hào)；步驟二、提取高頻電流在三相定子電樞繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)，并將Ａ、Ｂ、Ｃ三相感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)在時(shí)間上分別移相０°、１２０°、２４０°后疊加，得到一個(gè)與高頻電流激勵(lì)信號(hào)同頻率，相位相差為永磁直線同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子位置角θ↓［ｒ］－９０°的高頻感應(yīng)電勢(shì)合成信號(hào)；步驟三、通過電阻采集高頻激勵(lì)信號(hào)，將該信號(hào)經(jīng)過與提取高頻感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)通道相同的電路后移相９０°；步驟四、利用鑒相電路得到經(jīng)過步驟三處理后的高頻激勵(lì)信號(hào)的正向過零點(diǎn)和感應(yīng)電勢(shì)合成信號(hào)的正向過零點(diǎn)，并將其轉(zhuǎn)化為與波形正半周波相對(duì)應(yīng)的正方波信號(hào)；步驟五、利用數(shù)字信號(hào)處理器的捕獲單元ＣＡＰ１、ＣＡＰ２對(duì)鑒相電路送來的兩路正方波信號(hào)的上升沿進(jìn)行捕獲，利用定時(shí)器作為ＣＡＰ１、ＣＡＰ２的時(shí)基，在兩路正方波上升沿的間隔時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)。步驟六、根據(jù)步驟五得到的計(jì)數(shù)值計(jì)算動(dòng)子位置角θ↓［ｒ］、運(yùn)行距離ｓ、動(dòng)子速度ｖ，其公式分別為：θ↓［ｒ］＝１／計(jì)數(shù)頻率×計(jì)數(shù)值×高頻信號(hào)的頻率×２τｓ＝２ｎτ＋θ↓［τ］ｖ＝▽?duì)取郏颍荩允街笑訛殡姍C(jī)的極距，▽?duì)取郏颍轂閯?dòng)子位置變化量，Ｔ為采樣周期，ｎ＝０，１，２．．．．．．。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高彩霞，桑俊勇，陳昊，張展，蔣智化，許孝卓，王福忠，上官璇峰，黨建軍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：河南理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：41[中國|河南]
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