CN201878079U - 一种龙门刨床的调速控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种龙门刨床的调速控制系统，用于对龙门刨床中驱动电机的转速进行控制，其中，所述驱动电机为开关磁阻电动机SRM，所述调速控制系统包括控制器、功率变换器和检测单元；所述检测单元连接驱动电机和功率变换器，分别对驱动电机的运行参数和功率变换器的输出电流进行检测，并反馈给所述的控制器；所述控制器根据给定转速值及检测单元反馈的检测信息计算生成控制信号，输出至所述的功率变换器；所述功率变换器连接驱动电机，控制驱动电机旋转。本实用新型的SRM调速控制系统控制精度高，能适应环境变化，动态特性好，具有较好的自适应性和鲁棒性，且结构简单可靠、尤其适用于需要频繁正反转的龙门刨床调速驱动系统。

Description

一种龙门刨床的调速控制系统

技术领域

本实用新型属于龙门刨床技术领域，具体地说，是涉及一种龙门刨床的调速控制系统。

背景技术

龙门刨床是机械行业的工作母机，国内传统的重型机床厂均以直流发电机、直流电动机系统(F-D系统)为主拖动系统。F-D系统价格昂贵，效率较低，高速重载时电刷上会产生较大的火花，因此已经不能适应现代生产的需求，急需进行改造。

而开关磁阻电机驱动系统(SRD)集开关磁阻电动机(SRM)、电力电子技术和控制技术于一体，是一种典型的机电一体化高新技术产品。它不仅保持了交流异步电动机结构简单、坚固可靠和直流电动机可控性好的优点，而且还具有价格低、效率高、适应力强等突出优点，显示出广阔的应用前景。这使得SRD成为了继异步电动机变频调速系统和直流电动机调速系统之后，又一极具潜力的新一代交流无级调速系统。由于开关磁阻电动机SRM的良好特性和独特优点，使得其应用于龙门刨床成为了可能。

然而，目前的开关磁阻电动机SRM采用的是双凸极结构，高度饱和，故其驱动系统本身是一个时变、非线性系统。现在的控制策略主要以线性模型为基础，结合传统PI或PID控制器，由此构建的SRD系统难以获得理想的输出特性，不但转矩脉动大、噪声大，而且系统鲁棒性差，其动、静态性能无法与直流传动相媲美，这严重地阻碍了SRD的应用。

人工神经网络在一定的条件下可以任意精度逼近任意非线性函数且具有较强的自学习、自适应、自组织能力。若将其应用于非线性严重的开关磁阻电动机SRM的转速控制策略中，应该可以实现对开关磁阻电动机SRM的高性能控制。基于此，如何为开关磁阻电动机SRM的转速控制系统设计一种可支持人工神经网络控制算法的硬件平台，是本实用新型所要解决的一项主要问题。

实用新型内容

本实用新型为了解决传统龙门刨床采用F-D系统进行拖动所存在的价格昂贵、效率较低的问题，提供了一种基于SRD系统的龙门刨床调速控制系统，以提高龙门刨床的工作效率和控制精度，降低系统成本。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种龙门刨床的调速控制系统，用于对龙门刨床中驱动电机的转速进行控制，其中，所述驱动电机为开关磁阻电动机，所述调速控制系统包括控制器、功率变换器和检测单元；所述检测单元连接驱动电机和功率变换器，分别对驱动电机的运行参数和功率变换器的输出电流进行检测，并反馈给所述的控制器；所述控制器根据给定转速值及检测单元反馈的检测信息计算生成控制信号，输出至所述的功率变换器；所述功率变换器连接驱动电机，控制驱动电机旋转。

进一步的，在所述检测单元中包括电流检测模块和位置检测模块，所述电流检测模块连接在功率变换器与控制器之间，采集功率变换器的输出电流并反馈给所述的控制器；所述位置检测模块连接在驱动电机与控制器之间，检测驱动电机的转子位置及转速并反馈给所述的控制器。

再进一步的，所述控制器为DSP控制器。

更进一步的，所述控制器为基于TMS320F2812主控芯片的DSP控制器。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的SRM调速控制系统控制精度高，能适应环境变化，动态特性好，具有较好的自适应性和鲁棒性，且结构简单可靠、尤其适用于需要频繁正反转的龙门刨床调速驱动系统。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的龙门刨床的调速控制系统的一种实施例的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细地描述。

实施例一，为了提高龙门刨床的工作效率，降低系统成本，本实施例采用开关磁阻电动机SRM作为龙门刨床的驱动电机，构成开关磁阻电机驱动系统SRD，以驱动龙门刨床中的各执行机构运行。

由于开关磁阻电动机SRM采用的是双凸极结构，高度饱和，故其驱动系统本身是一个时变、非线性系统。现有的控制策略主要以线性模型为基础，结合传统的PI或者PID控制器，简单地运用上述三种控制模式，采用前馈转矩(或电流)控制、反馈转速控制。由此构建的SRD系统难以获得理想的输出特性，不仅转矩脉动大、噪声大，而且系统鲁棒性差，其动、静态性能无法与直流传动相媲美，这严重阻碍了SRD的应用。就其原因，主要是因为SRM为高度非线性系统，具有双凸极集中绕组的几何结构，为输出最大转矩而常常运行于饱和状态，磁阻转矩是定子电流与转子位置的非线性函数，传统的线性控制方法难以满足动态较快的SRM非线性、变参数要求。

为了改善系统性能，本实施例首先为开关磁阻电动机SRM设计了如图1所示的调速控制系统硬件平台，在该硬件平台上运行基于径向基函数(RadicalBasis Function，RBF)的神经网络控制算法，从而实现了对开关磁阻电动机SRM转速的精确控制。

参见图1所示，本实施例的调速控制系统硬件平台主要由控制器、功率变换器和检测单元三部分组成。其中，控制器是SRD系统的大脑，接收用户输入的给定转速值，并结合检测单元反馈的检测信息，通过预先编写的转速控制算法计算生成控制信号，输出至功率变换器，以控制功率变换器中的元件通断，进而通过功率变换器控制开关磁阻电动机SRM运转，使电机转速趋近于给定转速值。

在本实施例中，所述检测单元用于检测开关磁阻电动机SRM的运行参数和功率变换器的输出电流，可以具体包括电流检测模块和位置检测模块两部分。其中，电流检测模块连接在功率变换器的输出端与控制器的输入端之间，采集功率变换器的输出电流，并反馈给控制器以参与转速控制运算；所述位置检测模块连接在驱动电机与控制器的输入端之间，检测驱动电机的转子位置及转速，并反馈给控制器共同参与转速控制运算。

为了能够执行复杂的神经网络控制策略，本实施例采用DSP控制器来具体运行转速控制算法，接收用户输入的给定转速值，并综合位置检测模块和电流检测模块所提供的电机转子位置、速度和电流等反馈信息以及外部输入的命令，通过分析处理，决定控制策略，并按照相应的控制算法做出处理，发出相通断信号和脉宽调制(PWM)信号，从而控制功率变换器中的元件通断，实现对电机转速的准确控制。本实施例优选采用美国德州仪器(TI)公司的TMS320F2812主控芯片来设计DSP控制器，不仅处理速度快，集成度高，而且硬件结构得以简化，控制精度变得更高，解决了以往开关磁阻电动机SRM采用单片机为主控芯片，其控制系统响应速度慢，系统可靠性差等问题。

由于人工神经网络具有在一定条件下可以任意精度逼近任意非线性函数且具有较强的自学习、自适应、自组织能力的特性。故将其应用于非线性严重的开关磁阻电动机SRM的控制策略中，可以实现对开关磁阻电动机SRM的高性能控制。

将编写有RBF神经网络控制算法的DSP控制器进行离线训练，待离线训练好后，结合在线辨识完成神经网络的在线训练，让控制器在电机运行中自适应地调节网络参数，使之适应环境的变化。结果表明：在本实施例所提出的调速控制系统中运行基于RBF的神经网络控制算法，来对开关磁阻电动机SRM的转速进行控制，具有响应速度快、控制精度高、适应性强等显著优势。

本实用新型的开关磁阻电机驱动系统SRD，结构简单可靠、效率高、调速范围宽、控制精确，能够很好地实现龙门刨床的各项功能。

当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种龙门刨床的调速控制系统，用于对龙门刨床中驱动电机的转速进行控制，其特征在于：所述驱动电机为开关磁阻电动机，所述调速控制系统包括控制器、功率变换器和检测单元；所述检测单元连接驱动电机和功率变换器，分别对驱动电机的运行参数和功率变换器的输出电流进行检测，并反馈给所述的控制器；所述控制器根据给定转速值及检测单元反馈的检测信息计算生成控制信号，输出至所述的功率变换器；所述功率变换器连接驱动电机，控制驱动电机旋转。

2.根据权利要求1所述的龙门刨床的调速控制系统，其特征在于：在所述检测单元中包括电流检测模块和位置检测模块，所述电流检测模块连接在功率变换器与控制器之间，采集功率变换器的输出电流并反馈给所述的控制器；所述位置检测模块连接在驱动电机与控制器之间，检测驱动电机的转子位置及转速并反馈给所述的控制器。

3.根据权利要求1或2所述的龙门刨床的调速控制系统，其特征在于：所述控制器为DSP控制器。

4.根据权利要求3所述的龙门刨床的调速控制系统，其特征在于：所述控制器为基于TMS320F2812主控芯片的DSP控制器。