一種直線電機(jī)初始相位確定方法
【專利摘要】一種直線電機(jī)初始相位確定方法，該方法將具有三種不同電角度相位且每個相位下方向相反的六個電流依次通入到作為電機(jī)動子的線圈陣列中，使動子運(yùn)動，利用傳感器測量每種電流下動子加速度，通過一定算法計算電機(jī)初始相位值。本發(fā)明只需要電機(jī)動子進(jìn)行短距運(yùn)動，利用傳感器所測加速度經(jīng)簡單運(yùn)算即可求解出高精度的初始相位。本發(fā)明構(gòu)思巧妙、操作方便，能在不增加硬件的前提下，依靠簡單算法確定直線電機(jī)初始相位。
【專利說明】一種直線電機(jī)初始相位確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直線電機(jī)初始相位確定方法，特別涉及一種利用電機(jī)動子位移求解定子磁場空間相位的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]直線電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)快、速度和加速度大、精度高、振動和噪聲小等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為各類高速、精密機(jī)床以及集成電路制造裝備的理想傳動方式。傳統(tǒng)直線電機(jī)包括利用柔性鉸鏈、壓電堆、絲桿滑動以及氣浮運(yùn)動工作臺等方式。隨著微納制造技術(shù)的發(fā)展，近些年來磁浮直線電機(jī)得到迅猛發(fā)展，它具有非接觸、無摩擦、無磨損等優(yōu)點(diǎn)，易于實現(xiàn)納米級的定位精度和獲得大行程的運(yùn)動。這使得直線電機(jī)在半導(dǎo)體光刻、精密加工、微型裝配、納米技術(shù)和精細(xì)運(yùn)動控制領(lǐng)域有了更為廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]為了提高控制效果，獲得良好的動態(tài)調(diào)速特性，矢量控制技術(shù)成為直線電機(jī)重要控制手段。在基于矢量控制技術(shù)的控制系統(tǒng)中，初始相位確定是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵之一。如果系統(tǒng)上電時無法精確測定初始相位，系統(tǒng)將無法正確完成直線矢量控制的一系列算法，導(dǎo)致直線電機(jī)運(yùn)動混亂，甚至無法啟動?；诖?，很多學(xué)者展開直線電機(jī)初始相位確定方面的研究。在研究論文“永磁同步直線電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中初始尋相和電角度的測定，微電機(jī),2009，42 (11),1?6”中提出了一種初始相位確定方法,即在直線電機(jī)端部安裝一個接近開關(guān)，并保證在接近開關(guān)能檢測到的范圍內(nèi)光柵尺有一個Z軸脈沖。將光柵尺的Z軸脈沖和接近開關(guān)的輸出信號進(jìn)行邏輯與，用此信號控制計數(shù)器的復(fù)位。系統(tǒng)上電后直線電機(jī)以一定的速度向零點(diǎn)運(yùn)動，當(dāng)系統(tǒng)檢測到電機(jī)端部的Z軸脈沖時，計數(shù)器復(fù)位信號有效，計數(shù)器清零，此時電機(jī)所在的位置即為零點(diǎn)。研究論文“H型直線電機(jī)工作臺控制技術(shù)研究，機(jī)床與液壓，2007，35 (10)，130?132”中提出了一種基于增量式編碼器實現(xiàn)雙邊同步尋相的實現(xiàn)途徑。以上研究雖然在一定應(yīng)用場合中，在一定程度上解決了初始相位高精度確定的問題，但它們或者采用了額外的裝置造成機(jī)構(gòu)復(fù)雜、成本增加；或者由于使用了精度較低的傳感器以及求解算法造成尋相精度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]考慮到以上方案方法存在的缺陷，本發(fā)明提出一種直線電機(jī)的初始相位確定方法:將具有三種不同電角度相位且每個相位下方向相反的六個電流依次通入到電機(jī)動子的線圈陣列中，使動子運(yùn)動，利用傳感器測量每種電流下動子的加速度，通過一定算法計算電機(jī)初始相位值。該方法不增加任何硬件成本，且操作簡單，通用性較強(qiáng)，在直線電機(jī)初始相位確定中具有巨大的應(yīng)用潛力。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種直線電機(jī)初始相位確定方法，該直線電機(jī)包括電機(jī)定子和電機(jī)動子，其特征在于所述方法包括如下步驟:
[0007]I)對線圈陣列首先通入幅值和相位為(UO)的電流；[0008]2)利用位移傳感器作為電機(jī)動子控制系統(tǒng)的閉環(huán)反饋傳感器，使電機(jī)動子的位移為電機(jī)極距τ的整數(shù)倍；
[0009]3)利用加速度傳感器測量電機(jī)動子開始運(yùn)動時刻的加速度an ；
[0010]4)重復(fù)步驟(1)~(3)，分別通入幅值和相位分別為(_Im，O)、(Iffl, π/2)、(-1m, η/2)、(Im,-Ji/2)和(-1m, /2)的電流，分別測得電機(jī)動子開始運(yùn)動時刻的加速度a12、a21、a22、a31和a32,通過這六個加速度利用下列公式:
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種直線電機(jī)初始相位確定方法，該直線電機(jī)包括電機(jī)定子(I)和電機(jī)動子(5),其特征在于所述方法包括如下步驟: 1)對線圈陣列(4)首先通入幅值和相位為(Im，0)的電流； 2)利用位移傳感器(3)作為電機(jī)動子(5)控制系統(tǒng)的閉環(huán)反饋傳感器，使電機(jī)動子(5)的位移為電機(jī)極距τ的整數(shù)倍； 3)利用加速度傳感器(10)測量電機(jī)動子(5)開始運(yùn)動時刻的加速度an； 4)重復(fù)步驟(1)~(3)，分別通入幅值和相位分別為(-1ffl,O)、(Iffl, π /2)、(-1ffl, π /2)、(Im，-Ji/2)和(_Im，/2)的電流，分別測得電機(jī)動子(5)開始運(yùn)動時刻的加速度a12、a21、a22、a31和a32，通過這六個加速度利用下列公式:
【文檔編號】H02P21/14GK103684184SQ201310594864
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】胡金春, 朱煜, 高陣雨, 陳龍敏, 尹文生, 成榮, 徐登峰 申請人:清華大學(xué), 北京華卓精科科技有限公司