CN110311597B - 一种离心式电力作动器的控制方法 - Google Patents
一种离心式电力作动器的控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110311597B CN110311597B CN201910699500.1A CN201910699500A CN110311597B CN 110311597 B CN110311597 B CN 110311597B CN 201910699500 A CN201910699500 A CN 201910699500A CN 110311597 B CN110311597 B CN 110311597B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- eccentric mass
- force
- output
- resultant force
- actuator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000418 atomic force spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
- H02P5/74—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more ac dynamo-electric motors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Multiple Motors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种离心式电力作动器的控制方法，对作动器上四台电机的控制方法为静止坐标系时空解耦法——在静止坐标系下，本发明例中定义为x轴、y轴，将需要输出的总的合成力F进行分解求得在x轴、y轴上的分力F2、F1，时空指单侧偏心质量块输出力既是时间的函数也是空间的函数，是一个正弦函数；1#和2#偏心质量块产生的合力F1与3#和4#偏心质量块产生的合力F2在空间上没有耦合关系，该方法对两侧偏心质量块都是独立控制，先分别控制两侧的输出力方向，即
然后再控制输出力的相位，能够满足作动器产生平面上任意方向的正弦合成力的要求。这种多电机的控制方法可以广泛应用在航空航天，现代工业伺服机器人，现代医疗设备等领域。
Description
技术领域
本发明公开了一种离心式电力作动器的控制方法，属于多电机协调控制技术领域。
背景技术
在应用方面，多电机控制可以广泛应用在航空航天，现代工业伺服机器人，现代医疗设备等领域。
在单电机控制方面，国内外在这方面的研究已经有很多，对于各种各样的电机其相应的控制策略大部分都非常成熟，而多电机控制相较于单电机控制，其控制策略还是基于单电机控制，但难点在于多电机控制中的参数耦合问题，因此，发明一种新的控制策略来解决多电机的参数耦合问题，是我们正在研究的工作。
传统作动器由于是一台电机拖动两个偏心质量块，而两个偏心质量块间通过机械齿轮进行啮合，这样一来两侧偏心质量块产生合成力的方向就是确定的，且不能改变，例如在这种作动器中产生的合成力是垂向作用力。它的力幅、频率、相位均可以通过控制方法改变，但方向上受到机械齿轮的制约，只能出单一方向上的力。
本发明中离心式电力作动器四个偏心质量块均单独由一个电机控制，其间省去了传动齿轮，消除了机械上的影响，使得控制更加灵活。四个偏心质量块的相位根据需求可以任意变化，通过控制其相位，作动器可产生平面上任意方向的正弦合成力。
发明内容
本发明正是思及于此，提出了一种离心式电力作动器的控制方法，在四电机控制方面，先同时将前后两侧的各两台电机控好，再进一步协调控制四台电机，仍能保证不同电机以稳定转速工作，所带偏心质量块负载以恒定位置差值运行，因此作动器可以输出既定频率、相位和力幅的正弦合成力。
本发明提出了一种离心式电力作动器的控制方法，在静止坐标系下，本发明例中定义为x轴、y轴，将需要输出的总的合成力F进行分解求得在x轴、y轴上的分力F2、F1，再进一步对电流环、转速环和位置环进行参数设定。
本发明一具体实施例中，优选的，离心式电力作动器的控制方法，所述位置环的给定是通过斜坡信号给定，包含频率给定和初始相位给定，所述位置环的反馈是两台电机所带负载位置的均值；所述相角差环的给定是通过阶跃信号给定，所述相角差环的反馈是两台电机所带负载位置的差值的一半，所述相角差环的输出作为位置补偿到转速环，一台电机为正补偿，另一台电机为负补偿；后侧电机的控制环路结构与前侧电机相同。
本发明一具体实施例中，优选的，离心式电力作动器的控制方法，静止坐标系是相对于旋转坐标系的，即1#和2#偏心质量块的合力F1在y轴方向，3#和4#偏心质量块的合力F2为x轴方向；所述时空指单侧偏心质量块输出力既是时间的函数也是空间的函数，是一个正弦函数。即输出力幅值与坐标轴重合，时间上按正弦规律。形如：
在静止坐标系下，1#和2#偏心质量块的合力F1与3#和4#轮子产生合力F2在空间上没有耦合关系，即前侧作用力和后侧作用力相互独立。
本发明一具体实施例中，优选的，离心式电力作动器的控制方法，为了使得作动器输出任意方向上的力，可将前侧两个偏心质量块输出力方向调整至y轴方向，将后侧两个偏心质量块输出力方向调整至x轴方向，再将两个力合成就可以得到任意方向上的力。当两侧输出力的相位相同或相反时，产生合力的方向为45°或135°；当两侧输出力的相位既不相同也不相反时，合成力的轮廓为一椭圆。该方法对两侧偏心质量块都是独立控制，先分别控制两侧的输出力方向，即
然后再控制输出力的相位，即可得到函数关系如下公式
有益效果，本发明所提出的一种离心式电力作动器的控制方法，产生既定频率、相位和力幅的正弦合成力，且精度高，动态响应好。
为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为四电机位置协调控制示意图；
图2为离心式电力作动器的控制方法框图；
图3为静止坐标系下输出力的轮廓图；
图4为F1和F2的相位相同或相反时力的示意图；
图5为F1和F2的相位既不相同也不相反时力的示意图；
图6为作动器输出力示意图；
图7为作动器的三视图；
图8为总体硬件设计框图；
图中标号说明：
作为位置给定，0和
作为相角给定，
分别为四电机拖动偏心质量块的位置，Idc1、Idc2、Idc3、Idc4分别为各自电机电流环的反馈信号，I* dc1、I* dc2、I* dc3、I* dc4分别为各自电机电流环的输入信号，F1为1#和2#偏心质量块产生的合成力，F2为3#和4#偏心质量块产生的合成力F2，F为最后得到总的输出力。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，附上本发明实施例的图如下，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为四电机负载位置协调控制示意图，供电电源***为直流供电，直流母线电压经过逆变器逆变成交流电通入电机的三相绕组给电机供电，四台电机两两配合，中间再经过传动装置带动负载运行，从而达到输出稳定力的目标。
如图2所示，
作为位置给定，0和
作为相角给定，
分别为四电机拖动偏心质量块的位置，Idc1、Idc2、Idc3、Idc4分别为各自电机电流环的反馈信号，I* dc1、I* dc2、I* dc3、I* dc4分别为各自电机电流环的输入信号，以前侧两台电机控制为例，由内向外依次为电流环、转速环、位置环和相角差环，其中，速度环和位置环存在耦合。基本控制过程为：当其中一个偏心质量块1#受到外界扰动后，位置发生变化，通过负载位置检测到其当前位置
由于位置环存在耦合，所以
和偏心质量块2#的位置
取平均值后反馈回输入侧，与位置给定值比较，将比较值送到M1电机的位置环；偏心质量块1#的位置
和偏心质量块2#的位置
差值的一半作为反馈信号送到相角差环，与相角给定值比较，将比较值送到M2电机的位置环，位置环的输出作为速度环的输入。同时，对M1电机，检测到电机转子的位置，计算出当前转速反馈回速度环输入侧，得到比较值，因为速度环存在耦合，所以再引入M2电机的转速，同时作为输入经过速度调节器输出I* dc1，电流环逆变器输出的电流经过电流检测输出Idc1作为反馈与I* dc1进行比较，比较值输入到电流环中，最后转化为对电流的控制；对M2电机，检测到电机转子的位置，计算出当前转速反馈回速度环输入侧，得到比较值，因为速度环存在耦合，所以再引入M1电机的转速，同时作为输入经过速度调节器输出I* dc2，电流环逆变器输出的电流经过电流检测输出Idc2作为反馈与I* dc2进行比较，比较值输入到电流环中，最后转化为对电流的控制来控制作动力的大小、相位、频率，从而使双电机达到新的稳定平衡；对于后侧电机，控制环路原理与前侧相同。为了使得作动器输出任意方向上的力，可将前侧两个偏心质量块输出力方向调整至y轴方向，将后侧两个偏心质量块输出力方向调整至x轴方向，再将两个力合成就可以得到任意方向上的力。当两侧输出力的相位相同或相反时，产生合力的方向为45°或135°；当两侧输出力的相位既不相同也不相反时，合成力的轮廓为一椭圆。这种方法对两侧偏心质量块都是独立控制，先通过分别控制两侧的输出力方向，即
再通过控制输出力的相位，从而可以得到下面的函数关系式，即
如图3所示，为二维平面输出力作动器机械结构三视图，各个部件详细标注在图中，从图中可以看出，该作动器的每个偏心质量块都由一个电机直接驱动，这样省去了之前电机与偏心质量块之间的传动机构，驱动更加简单方便。每个电机都各自配备一个驱动器，驱动器贴在作动器端盖的内表面，这样也使得作动器的机电一体化集成度更高。
如图4所示，省去了传动机构，输出力频率即为电机转速频率。对该作动器输出力的控制就是对四电机拖动的四个偏心质量块合成的相位控制，四个偏心质量块中同侧的两个偏心质量块转向相反，1#和2#偏心质量块转向相反，3#和4#偏心质量块转向相反；同轴的两个偏心质量块转向相同，如下图中1#和4#偏心质量块转向相同，2#和3#偏心质量块转向相同，根据给定交变力的方向、频率、幅值和相位，分别得到1#和2#偏心质量块产生的合成力F1，3#和4#偏心质量块产生的合成力F2，最后得到总的输出力F。
如图5所示，该控制方法是通过控制1#和2#、3#和4#偏心质量块来控制力的大小和方向，其中1#和2#偏心质量块产生合成力的方向为y轴方向，定义为F1，3#和4#偏心质量块产生合成力的方向为x轴方向，定义为F2。由于偏心质量块旋转频率恒定，因此F1和F2的大小应一致。将F1和F2合成就形成最终的输出力，其输出力轮廓的形状为正方形。
如图6所示，当F1和F2的相位相同或相反时，产生合力的方向为45°或135°，大小为
以45°为例。
F1(t)＝2dmmω2sin(ωt+φ1)，F2(t)＝2dmmω2sin(ωt+φ2)，取
可得合成的
方向沿着45°方向上，得以验证。
如图7所示，当F1和F2的相位既不相同也不相反时，将固定在x轴上的力F2与固定在y轴上的力F1合成可以得到坐标系内以45°或135°直线对称椭圆形输出力，这种图形在数学上被称为李萨如图形，已被验证过。
如图8所示，为了满足高功率密度及控制性能的要求，***采用4DSP+上位机的架构，通过单个主控芯片控制单个电机。浮点DSP控制芯片TMS320F28335精度高，成本低，功耗小，外设集成度高，数据及程序存储量大，A/D转换快速精确。因此，DSP在***中负责中断管理、AD采集、PID运算、SVPWM调制以及电流环，转速环的环路运算等，上位机则完成对四台电机的协调控制。伺服控制器通过SCI通信接收上位机发来的偏心质量块位置指令，通过与偏心质量块位置反馈输入信号做差，最终输出相应PWM信号，送至功率电路控制四台电机作动，进而控制负载的偏转。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (2)
1.一种离心式电力作动器的控制方法，其特征在于：所述电力作动器包括四个偏心质量块，即1#和2#偏心质量块、3#和4#偏心质量块，所述四个偏心质量块均单独由一个电机直接控制，控制1#和2#偏心质量块的合力F1在y轴方向；控制3#和4#偏心质量块的合力F2在x轴方向；其中，F1和F2既是时间的函数也是空间的函数，是一个正弦函数，具体形式为
F1和F2要遵循矢量运算法则，合成力为作动器最终的输出力；通过控制四个偏心质量块的相位，从而作动器可产生平面上任意方向的正弦合成力。
2.如权利要求书1所述的一种离心式电力作动器的控制方法，当F1和F2的相位相同或相反时，产生合力的方向为45°或135°；当F1和F2的相位处于其他情况时，合成力的轮廓为一椭圆；上述控制方法对F1和F2都是独立控制，先分别控制F1和F2的方向，然后再控制输出力的相位，从而输出既定频率、相位和力幅的正弦合成力。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910699500.1A CN110311597B (zh) | 2019-07-30 | 2019-07-30 | 一种离心式电力作动器的控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910699500.1A CN110311597B (zh) | 2019-07-30 | 2019-07-30 | 一种离心式电力作动器的控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110311597A CN110311597A (zh) | 2019-10-08 |
| CN110311597B true CN110311597B (zh) | 2021-11-05 |
Family
ID=68082515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910699500.1A Active CN110311597B (zh) | 2019-07-30 | 2019-07-30 | 一种离心式电力作动器的控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110311597B (zh) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5192571B2 (ja) * | 2011-07-26 | 2013-05-08 | ファナック株式会社 | 一つの被駆動体を二つの電動機で駆動させる制御装置 |
| JP6253312B2 (ja) * | 2012-09-10 | 2017-12-27 | キヤノン株式会社 | 制御装置、制御装置を備えるアクチュエータ、画像振れ補正装置、交換用レンズ、撮像装置、及び自動ステージ |
| CN104184286B (zh) * | 2014-08-05 | 2017-04-19 | 南京工程学院 | 一种磁悬浮开关磁阻飞轮电机及控制方法 |
| CN106452205A (zh) * | 2016-08-09 | 2017-02-22 | 南京航空航天大学 | 电力作动***及其控制方法 |
| CN109546917B (zh) * | 2018-11-29 | 2020-09-18 | 北京精密机电控制设备研究所 | 针对交流永磁同步电机执行机构的多路调节***及方法 |
-
2019
- 2019-07-30 CN CN201910699500.1A patent/CN110311597B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110311597A (zh) | 2019-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kong et al. | Synchronization analysis and control of three eccentric rotors in a vibrating system using adaptive sliding mode control algorithm | |
| CN1265784A (zh) | 电源转换设备 | |
| CN105406784B (zh) | 单绕组无轴承电机转矩和悬浮力直接控制器及构造方法 | |
| EP2869458B1 (en) | Current controller of a wind turbine | |
| CN104025449A (zh) | 交流旋转电机的控制装置、以及包括该控制装置的电动助力转向装置 | |
| Yang et al. | An improved dynamic model for bearingless induction motor considering rotor eccentricity and load change | |
| CN103701375A (zh) | 一种永磁同步电机启动***、方法及永磁同步电机 | |
| CN103378786A (zh) | 同步电动机控制装置 | |
| Xia et al. | Feedback linearization control approach for brushless doubly-fed machine | |
| CN101888206A (zh) | 一种永磁同步直线电机驱动器 | |
| CN110311597B (zh) | 一种离心式电力作动器的控制方法 | |
| Dominguez-Garcia et al. | Vector control of squirrel cage induction generator for wind power | |
| CN104935222A (zh) | 一种无刷双馈感应发电机转速估计*** | |
| CN110729935B (zh) | 开绕组五相永磁同步电机a相断路容错控制svpwm生成方法 | |
| CN109600088B (zh) | 一种三相逆变器的谐波电流注入装置及方法 | |
| CN112039384A (zh) | 一种高效率伺服驱动控制*** | |
| CN110518837A (zh) | 一种离心式电力作动器用相对坐标系时空耦合法 | |
| Morozov et al. | Interrelated control of the multi–motor electrical drive | |
| Rached et al. | DSP in the loop Implementation of the Control of a DFIG Used in Wind Power System | |
| CN202889267U (zh) | 基于模糊二阶自抗扰控制器的三电机同步控制*** | |
| CN105119507B (zh) | 一种pwm整流器功率前馈控制方法 | |
| Thiyaharajan et al. | RETRACTED ARTICLE: Modified SVPWM based three phase to nine phase matrix converter for nine phase induction motor with closed loop speed control | |
| Chiricozzi et al. | An integrated electromechanical actuator for high dynamic pump application | |
| Chaoui et al. | Neural network based speed observer for interior permanent magnet synchronous motor drives | |
| Zhu et al. | Design and simulation of electrical dynamometer using improved DTC induction motor driver |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |