基于位置反饋結構的交流伺服電機的制作方法
【專利說明】基于位置反饋結構的交流伺服電機
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及到基于位置反饋結構的交流伺服電機，屬于控制調節系統領域。
【背景技術】
[0003]位置伺服系統作為一種具有足夠的位置控制精度、位置跟蹤精度和足夠快的跟蹤速度的自動控制系統，在許多高科技領域得到了非常廣泛的應用，如激光加工、機器人、數控機床、大規模集成電路制造，辦公自動化設備、雷達和各種軍用武器隧洞系統以及柔性制造系統等等。位置伺服系統包括機械執行機構和電器自動控制兩大組成部分。例如一個數控機床的進給驅動位置伺服系統的機械執行機構常包括工作臺或刀架、滾珠絲杠、導軌和減速齒輪等等，電氣自動控制部分則包括交流或直流伺服電機、驅動功率放大器、反饋檢測傳感器和控制調節器等等。
[0004]長久以來直流伺服電機由于轉矩大、轉子的轉動慣量小，能夠獲得大的加速度，得到了廣泛的應用。但是直流伺服電機的維護要求相當高，由于電機轉子繞組產生的熱量相當大，會使線圈本身和絕緣的溫度升高，線圈溫度升高會使端子間的電阻增大，由此造成電機的機械時間常數降低，性能變壞；而且溫度升高會使絕緣材料的絕緣性能降低。另外，直流電機利用電刷和換向器進行電流的換向，電刷和換向器之間是滑動接觸，兩者之間產生火花并有磨損，因此換向器表面和電刷都需要維護保養。實際應用中一臺機器往往包含許多個電機，使用很多機械結構，如果每臺電機都需要保養維護，故障率大大增加。另外對于組裝以后很難拆卸的機械設備來說，從機械上取下發生故障或需要維修的電機往往非常困難。
[0005]交流伺服電機相對于直流伺服電機來說最大的優點是無刷化。與直流伺服電機相比，交流伺服電機中的轉子和定子的電氣作用是相反的，直流伺服電機中產生力矩的磁場磁通是靜止的，而交流伺服電機中磁場和轉子一起旋轉。另外，電樞即為了產生力矩流過電流的繞組在直流伺服電機中是旋轉的，在交流伺服電機中則是定子不動。
[0006]傳統的交流伺服電機屬于現有技術，例如在文獻CN202004556U中公開了一種新型三相交流伺服電機，包括波形彈簧墊、前軸承、前端蓋、機座、有繞組定子鐵心、轉子軛、軸、接線盒、后軸承、旋轉變壓器(定轉子)、旋轉變壓器壓板、后端蓋、旋轉變壓器緊固套、旋轉變壓器蓋、軸流風機組成；有繞組定子鐵心安裝在機座內成為定子，轉子軛安裝在電機軸上成為轉子，前端蓋、后端蓋與定子連接固定成電機殼體，轉子由前后軸承組件支撐安裝在電機殼體內，旋轉變壓器(轉子)固定在轉子的非軸伸端上，旋轉變壓器(定子)固定在后端蓋上，用旋轉變壓器蓋防護固定在后端蓋上，軸流風機固定在后端蓋上，前軸承組件與前端蓋間設置波形彈簧墊，定子上面通過螺栓連接接線盒，電機軸伸端伸出前端蓋，在軸伸端鍵槽中安裝鍵。所述定子繞組采用正弦繞組，具有基波分布系數高和諧波含量低的特點，有助于降低損耗，提高電機效率，降低噪聲。所述轉子為轉子沖片疊壓而成，轉子沖片為硅鋼片制成，在沖片上設有大小相同且均勻分布的若干通孔，用以通風冷卻，減少轉子的發熱量，轉子表面粘貼有瓦片形高性能釹鐵硼永磁磁鋼，抗去磁能力強，并用無瑋帶均勻綁扎，防止磁性材料脫落。該三相交流伺服電機的定子繞組采用正弦繞組，轉子沖片為硅鋼片制成，沖片上設有大小相同且均勻分布的若干通孔，轉子表面粘有高性能的永磁體，定子、轉子損耗小，電機噪聲低、效率高，功率密度大，在相同的電機體積下，可輸出更大轉矩；與同功率的普通電機相比，具有體積小，重量輕，具有較高的過載能力，功率因數高；與伺服控制系統配套使用，調速方便正確，達到高效節能、降低噪聲的目的。
[0007]文獻CN102403948A公開了一種電動汽車用永磁交流伺服電機及其控制器，包括電機和控制器兩個相對獨立的機械部件，電機和控制器通過電纜線進行電氣連接。電機采用永磁交流伺服電機，電機的部件有軸承、動力輸出軸、密封圈、前端蓋、電機轉子、不銹鋼轉子套、外殼、定子、后端蓋、電纜接口、增量型光電編碼器、編碼器室蓋。動力輸出軸與電機轉子固定在一起，并用軸承分別支撐在前后端蓋上，前后端蓋與外殼、定子、編碼器室蓋固定在一起，前端蓋上安裝有密封圈，后端蓋上安裝有電纜線接口。永磁交流伺服電機轉子磁鋼外圈裝有不銹鋼套，在電機的后端部安裝有與電機同軸的轉子位置傳感器。該傳感器為增量型編碼器，有U、v、w和A、B、Z六路差動信號電路，其將轉子位置傳送給控制器。控制器由機殼、散熱器、動力輸入輸出接口、編碼器信號及操作輸入信號和輸出信號接口、控制板、驅動板、三個大功率IGBT對管模塊、三個霍爾電流傳感器組成。散熱器固定在機殼上，控制板、驅動板、IGBT對管模塊和電流傳感器固定在散熱器上，控制板和驅動板通過排針排座上下電連接。控制器的電路部分由控制板、驅動板、三個大功率IGBT對管模塊、三個霍爾電流傳感器組成并順序進行電連接。控制板上的電路包括低壓電源電路、操作輸入信號電路、電流檢測電路、異常檢測電路、電機編碼器檢測電路、CAN通信電路、單片機和存儲電路、輸出電路、驅動輸出電路，它們按照工作原理順序電連接。其中，操作輸入信號電路、電流檢測電路、異常檢測電路、電機編碼器檢測電路的輸出與單片機的輸入口線電連接，單片機的輸出口線與輸出電路、驅動輸出電路電連接，驅動輸出電路的輸出與驅動板上的驅動電路電連接，低壓電源電路給控制板上的各電路提供電源。驅動板15上的電路包括高壓電源電路、功率電路的前級驅動電路、異常處理和保護電路，它們按照工作原理順序電連接。其中，驅動電路的輸出與IGBT對管模塊電連接，異常處理和保護電路檢測電機溫度、驅動板溫度和電壓、霍爾電流傳感器，其輸出與功率電路的前級驅動電路和控制板上的異常檢測電路電連接，高壓電源電路給控制板和驅動板提供電源。控制板的單片機中固化有工作程序，通過程序和硬件電路，形成數字PMSM正弦波正交矢量控制信號，最終由驅動板驅動三個大功率IGBT對管模塊，使永磁交流伺服電機根據操作輸入信號的要求運轉。
[0008]傳統的交流伺服電機存在著轉速不平穩的問題，容易影響加工精度，還會造成加快傳動裝置的磨損，并且位置定位不夠準確，不能滿足定位精度。

【發明內容】

[0009]為了解決以上技術問題，本發明提出一種基于位置反饋結構的交流伺服電機控制系統。
[0010]根據本發明的第一方面，本發明所述的基于位置反饋結構的交流伺服電機，該交流伺服電機的機軸與機床工作臺的絲杠直接連接，交流伺服電機的機軸旋轉帶動機床工作臺的絲杠運動并由此形成機床工作臺的運動；速度和位置檢測裝置與交流伺服電機同軸連接，速度和位置檢測裝置包括速度檢測器和位置檢測器，其中位置檢測器直接測出交流伺服電機的機軸旋轉的角位移；速度檢測器采用測速發電機或脈沖編碼器或高分辨率光電編碼器；速度檢測器的檢測信號通過速度反饋裝置反饋給速度伺服機構；位置檢測器的檢測信號通過位置反饋裝置反饋給位置調節機構；還包括與機床工作臺連接的誤差檢測裝置，該誤差檢測裝置用于檢測機床工作臺的實際位移量；誤差檢測裝置檢測到的機床工作臺的實際位移量信號送入誤差補償裝置；該誤差補償裝置與存儲器連接，同時該誤差補償裝置與數控機床的控制系統連接；該存儲器內預先存儲誤差補償值，數控機床的控制系統根據誤差補償裝置內的實際位移量與存儲器內預先存儲的誤差補償值對控制指令進行修正以減小實際位置誤差；位置調節機構基于數控機床發出的已經經過誤差修正的指令信號以及位置反饋裝置的反饋信號輸出位移脈沖信號；速度伺服機構基于數控機床發出的指令信號以及速度反饋裝置的反饋信號直接驅動該交流伺服電機。
[0011]根據本發明的第二方面，本發明所述的基于位置反饋結構的交流伺服電機的速度伺服機構的頻率響應為10Hz以上，速度控制范圍為1:1000以上，轉動不均勻度小于6%。
[0012]根據本發明的第三方面，本發明所述的基于位置反饋結構的交流伺服電機，其存儲器內預先存儲的誤差補償值包括節距誤差補償值和反轉誤差補償值。
[0013]根據本發明的第四方面，本發明所述的基于位置反饋結構的交流伺服電機，其節距誤差補償值是指按照絲杠的每一個節距，預先把測量的實際位移量與位置檢測器的檢測信號所代表的位移量之間的誤差值測出來，根據控制要求均勻取出上述誤差值作為誤差補償值存入存儲器，在交流伺服電機驅動機床工作臺運動的過程中取出相應的節距誤差補償值對數控機床發出的控制指令進行修正以減小或消除實際位置誤差。
[0014]根據本發明的第五方面，本發明所述的基于位置反饋結構的交流伺服電機，其反轉誤差補償值是指當機床工作臺運動的方向改變時，由于絲杠與絲杠螺母之間的傳動間隙，為了使工作臺反