CN106782689A - 一种直线电机型控制棒驱动机构控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直线电机型控制棒驱动机构控制方法，所述方法包括：步骤1：根据外部输入的驱动机构运行速度和运行方向指令，计算出当前驱动机构的相位角；步骤2：根据计算出的相位角，使用SVPWM算法计算出三相PWM控制参数；步骤3：根据三相PWM控制参数生成对应PWM控制信号；步骤4：基于生成的PWM控制信号对直线电机型控制棒驱动机构进行控制，实现了对直线电机型控制棒驱动机构精准、稳定控制。

Description

一种直线电机型控制棒驱动机构控制方法

技术领域

本发明涉及核动力控制棒驱动机构研究领域，具体地，涉及一种直线电机型控制棒驱动机构控制方法。

背景技术

直线电机型控制棒驱动机构是一种新型的控制棒驱动机构(CRDM)，目前在国内外CRDM领域没有应用先例，其电磁特性与其它类型控制棒驱动机构相比存在很大差别；该型机构的定子线圈沿轴向依次排列，使用电磁拉力直接驱动动子沿轴向运动，由于直线电机型控制棒驱动机构的稳定运行要求，其定子线圈驱动电流为0.1Hz～0.5Hz三相正弦波电流；同时，该型机构还要求启停准确可靠等。

综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

现有技术存在无法对直线电机型控制棒驱动机构进行有效控制的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种直线电机型控制棒驱动机构控制方法，解决了现有技术存在无法对直线电机型控制棒驱动机构进行有效控制的技术问题，实现精准、稳定、可靠的对直线电机型控制棒驱动机构进行控制的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种直线电机型控制棒驱动机构控制方法，所述方法包括：

步骤1：根据外部输入的驱动机构运行速度和运行方向指令，计算出当前驱动机构的给定相位角；

步骤2：根据计算出的给定相位角，查相位角与PWM控制参数对应表获得使用SVPWM算法计算出的三相PWM控制参数；

步骤3：根据三相PWM控制参数生成对应PWM控制信号；

步骤4：基于生成的PWM控制信号对直线电机型控制棒驱动机构进行控制。

其中，SVPWM算法为一种经典的三相正弦电流调制方法，具有电压利用效率高，电机运行平稳的特性。在本方案中利用该算法预先计算出各相位对应的三相PWM计算参数，当相位角稳定变化时，SVPWM算法可保证输出电流为稳定的正弦波形，保证驱动机构稳定运行。

进一步的，所述步骤1：根据外部输入的驱动机构运行速度和运行方向指令，计算出当前驱动机构的相位角，具体包括：前一周期给定相位角为θ₀，外部输入的运行速度和运行方向为ω(提升ω为正，下插ω为负)，周期时间间隔为Δt，则当前周期给定相位角为θ＝θ₀+ωΔt。

进一步的，所述直线电机型控制棒驱动机构的电流波形为0.1Hz～0.5Hz的三相正弦。所述直线电机型控制棒驱动机构要求运行速度换算为电频率后为0.1Hz～0.5Hz，即权利要求2中参数ω需满足0.1Hz≤|ω|≤0.5Hz；同时根据直线电机型控制棒驱动机构的工作特性，为保证其匀速运行，其电流波形为三相正弦，并通过SVPWM控制方法生成要求的三相正弦电流。综上，所述直线电机型控制棒驱动机构的电流波形为0.1Hz～0.5Hz的三相正弦。

进一步的，所述使用SVPWM算法计算出三相PWM控制参数，具体包括：

根据给定的三相PWM控制参数表地址位长度N_A和数据位长度N_D及调制深度M，计算每一个地址i对应的三相PWM控制参数T_A(i)、T_B(i)、T_C(i)；具体计算方法为：

1)地址i对应的相位角数据最大值

2)使用标准SVPWM算法可求得：

3)根据相位角θ_i的大小，通过下表1求出A、B、C三相PWM控制参数；

表1

4)重复以上步骤次，将数据存储于三相PWM控制参数表，用于直线电机控制。

进一步的，根据直线电机型控制棒驱动机构的试验结果，预先计算出各档棒速下的SVPWM参数表；在生成三相PWM控制参数时，根据当前棒速自动选择相应的SVPWM参数表，使得输出电流值得到调制。

进一步的，本发明采用现场可编程门阵列器件(FPGA)为主控芯片，在单芯片内集成控制信号接收与处理、SVPWM算法、IGBT控制信号驱动、给定棒位计算、通讯等功能，提高了直线电机型驱动机构运行的精确性和稳定性。

本发明采用冗余CAN数字总线进行信息交换，提高了设备信息化程度，可实现控制棒状态信息在线监测和故障自诊断。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了将控制直线电机型控制棒驱动机构的控制方法设计为包括：(1)基于SVPWM方法的正弦波驱动方法；(2)根据驱动机构转速自适应的SVPWM参数；(3)采用基于FPGA的数字处理手段，采用基于SVPWM算法的三相斩波控制，使得驱动机构电机的电流波形为0.1Hz～0.5Hz的三相正弦，据控制棒驱动机构的试验结果预先计算出了各档棒速下的SVPWM参数表；在生成三相PWM控制参数时，根据当前棒速自动选择适当的SVPWM参数表，使得输出电流值得到调制，实现了对直线电机型控制棒驱动机构精准、稳定控制，已用于直线电机型控制棒驱动机构的研究试验，满足该型驱动机构的控制要求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请中直线电机型控制棒驱动机构控制方法的流程示意图；

图2是本申请中电流波形示意图；

图3是本申请中基于FPGA的数字控制技术原理框图。

具体实施方式

本发明提供了一种直线电机型控制棒驱动机构控制方法，解决了现有技术存在无法对直线电机型控制棒驱动机构进行有效控制的技术问题，实现精准、稳定、可靠的对直线电机型控制棒驱动机构进行控制的技术效果。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一：

在实施例一中，请参考图1，提供了一种直线电机型控制棒驱动机构控制方法，所述方法包括：

步骤1：根据外部输入的驱动机构运行速度和运行方向指令，计算出当前驱动机构的给定相位角；

步骤2：根据计算出的给定相位角，使用SVPWM算法计算出三相PWM控制参数；

步骤3：根据三相PWM控制参数生成对应PWM控制信号；

步骤4：基于生成的PWM控制信号对直线电机型控制棒驱动机构进行控制。

其中，根据驱动机构当前运行速度和运行方向，计算出当前驱动机构的相位角，具体包括：前一周期给定相位角为θ₀，外部输入的运行速度和运行方向为ω(提升ω为正，下插ω为负)，周期时间间隔为Δt，则当前周期给定相位角为θ＝θ₀+ωΔt。

其中，所述使用SVPWM算法计算出三相PWM控制参数，具体包括：

根据给定的三相PWM控制参数表地址位长度N_A和数据位长度N_D及调制深度M，计算每一个地址i对应的三相PWM控制参数T_A(i)、T_B(i)、T_C(i)；具体计算方法为：

首先，地址i对应的相位角数据最大值

然后，使用标准SVPWM算法可求得：

然后，根据相位角θ_i的大小，通过表格求出A、B、C三相PWM控制参数；

然后，重复以上步骤次，将数据存储于三相PWM控制参数表，用于直线电机控制。

其中，所述直线电机型控制棒驱动机构的电流波形为0.1Hz～0.5Hz的三相正弦。

其中，根据直线电机型控制棒驱动机构的试验结果，预先计算出各档棒速下的SVPWM参数表；在生成三相PWM控制参数时，根据当前棒速自动选择相应的SVPWM参数表，使得输出电流值得到调制。

本发明提出了一种用于控制直线电机型控制棒驱动机构的控制方法。本发明中提出的控制方法包括：(1)基于SVPWM方法的正弦波驱动方法；(2)根据驱动机构转速自适应的SVPWM参数；(3)采用基于FPGA的数字处理技术。

本发明采用基于SVPWM算法的三相斩波控制，使得驱动机构电机的电流波形为0.1Hz～0.5Hz的三相正弦。控制信号生成部分的方法如图1所示。方法主要包括以下几步：

首先根据当前运行速度和运行方向累计计算出当前驱动机构应处于的相位角。

然后，根据相位角可以使用SVPWM算法计算出三相PWM控制参数。

最后，根据三相PWM控制参数生成对应的三相六桥臂的PWM控制信号。

生成的控制信号驱动基于三相六桥臂的IGBT逆变电路，输出电流波形如图2所示：在升降运行前后相位角保持不变，三相PWM参数不发生变化，输出电流为直流，控制棒保持不动；升降运行时相位角稳定变化，三相PWM参数随之变化，输出电流为低频正弦交流。

本控制方法中，根据控制棒驱动机构的试验结果预先计算出了各档棒速下的SVPWM参数表。在生成三相PWM控制参数时，根据当前棒速自动选择适当的SVPWM参数表，使得输出电流值得到调制。

本发明采用现场可编程门阵列器件(FPGA)为主控芯片，在单芯片内集成控制信号接收与处理、SVPWM算法、IGBT控制信号驱动、给定棒位计算、通讯等功能，提高了直线电机型驱动机构运行的精确性和稳定性。

本发明采用冗余CAN数字总线进行信息交换，提高了设备信息化程度，可实现控制棒状态信息在线监测和故障自诊断。

基于FPGA的数字控制技术原理框图如图3所示。

本发明针对新型的直线电机型控制棒驱动机构，发明了一种直线电机型控制棒驱动机构的控制方法，该方法采用交-直-交变频原理、电压空间矢量调制(SVPWM)算法、基于FPGA的全数字化技术，输出三相超低频(0.1Hz～0.5Hz)的正弦波电流驱动直线电机型控制棒驱动机构，实现了对直线电机型控制棒驱动机构精准、稳定控制。

本发明已应用于CENTER工程科研直线电机型控制棒驱动机构的控制中，使用该方法生成的0.1Hz～0.5Hz的三相正弦电流可驱动直线电机型控制棒驱动机构稳定运行，达到了驱动机构的控制要求，已明确将应用于CENTER工程试验堆项目，并可推广应用于小堆、龙威等项目。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

由于采用了将控制直线电机型控制棒驱动机构的控制方法设计为包括：(1)基于SVPWM方法的正弦波驱动方法；(2)根据驱动机构转速自适应的SVPWM参数；(3)采用基于FPGA的数字处理手段，采用基于SVPWM算法的三相斩波控制，使得驱动机构电机的电流波形为0.1Hz～0.5Hz的三相正弦，据控制棒驱动机构的试验结果预先计算出了各档棒速下的SVPWM参数表；在生成三相PWM控制参数时，根据当前棒速自动选择适当的SVPWM参数表，使得输出电流值得到调制，实现了对直线电机型控制棒驱动机构精准、稳定控制，已用于直线电机型控制棒驱动机构的研究试验，满足该型驱动机构的控制要求。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种直线电机型控制棒驱动机构控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：根据外部输入的驱动机构运行速度和运行方向指令，计算出当前驱动机构的给定相位角；

步骤2：根据计算出的给定相位角，使用SVPWM算法计算出三相PWM控制参数；

步骤3：根据三相PWM控制参数生成对应PWM控制信号；

步骤4：基于生成的PWM控制信号对直线电机型控制棒驱动机构进行控制。

2.根据权利要求1所述的直线电机型控制棒驱动机构控制方法，其特征在于，所述步骤1：根据外部输入的驱动机构运行速度和运行方向指令，计算出当前驱动机构的给定相位角，具体包括：

前一周期给定相位角为θ₀，外部输入的运行速度和运行方向为ω，周期时间间隔为△t，则当前周期给定相位角为θ＝θ₀+ω△t。

3.根据权利要求2所述的直线电机型控制棒驱动机构控制方法，其特征在于，所述参数ω满足0.1Hz≤|ω|≤0.5Hz；所述直线电机型控制棒驱动机构的电流波形为0.1Hz～0.5Hz的三相正弦。

4.根据权利要求1所述的直线电机型控制棒驱动机构控制方法，其特征在于，所述使用SVPWM算法计算出三相PWM控制参数，具体包括：

根据给定的三相PWM控制参数表地址位长度N_A和数据位长度N_D及调制深度M，计算每一个地址i对应的三相PWM占空比T_A(i)/T₀、T_B(i)/T₀、T_C(i)/T₀，其中，具体计算方法为：

1)地址i对应的相位角

2)使用标准SVPWM算法可求得中间参数T₁(θ_i)、T₂(θ_i)、T₃(θ_i)

$\left\{\begin{array}{c}{T}_1\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\left|\sqrt{2}{\mathrm{MT}}_0\sin \left({\mathrm{\θ}}_i\right)\right|\\ T_2\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\left|\sqrt{2}{\mathrm{MT}}_0\[\frac{\sqrt{3}}{2}\cos \left({\mathrm{\θ}}_i\right)-\frac{1}{2}\sin \left({\mathrm{\θ}}_i\right)\]\right|\\ T_3\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\left|\sqrt{2}{\mathrm{MT}}_0\[-\frac{\sqrt{3}}{2}\cos \left({\mathrm{\θ}}_i\right)-\frac{1}{2}\sin \left({\mathrm{\θ}}_i\right)\]\right|\end{array}\right.$

3)根据相位角θ_i的大小，通过相位角与PWM控制参数对应表，获得PWM控制参数；

4)重复以上步骤1)-步骤3)次，将数据存储于三相PWM控制参数表，用于直线电机控制。

5.根据权利要求1所述的直线电机型控制棒驱动机构控制方法，其特征在于，根据直线电机型控制棒驱动机构的试验结果，预先计算出各档棒速下的SVPWM参数表；在生成三相PWM控制参数时，根据当前棒速自动选择相应的SVPWM参数表，使得输出电流值得到调制。