直线伺服系统

直线伺服系统（通用12篇）

直线伺服系统 篇1

随着科学技术的飞速发展, 对零件的加工精度和效率提出了越来越高的要求, 然而, 传统机床由于受自身结构的限制, 在进给速度、加速度和定位精度等方面很难有突破性的提高。于是, 一种崭新的进给传动方式—直线电动机直接驱动方式应运而生。本文提出将模糊控制应用于直线伺服系统当中, 对其速度环实现模糊控制, 提高该系统的性能。

常规模糊控制在实际应用中通常采用的是查表法。本模糊控制器的输入为转速偏差e和转速偏差变化率ec。

1 输入信号的模糊量化

输入信号的模糊量化是把输入给模糊控制器的精确量转换为控制规则所需的模糊量。

设定误差的基本论域为[-|emax|, |emax|], 误差变化的基本论域为[-|ecmax|, |ecmax|], 控制量的变化范围为[-|umax|, |umax|], 它们的模糊论域为{-n, -n+1, …, 0, 1, …, n-1, n}

误差比例因子Ke=n1/|emax|

误差变化比例因子Kec=n2/|ecmax|

控制量比例因子Ku=m/|umax|

2 模糊控制规则的确定

模糊控制器是模拟人类的控制特征的一种语言控制器, 它在某种程度上体现了人的思维方式。但是客观世界中并没有现成的控制规则, 它需要设计者根据模糊控制器的结构, 从大量的观察和实验数据中提取, 经过去伪存真、去粗存精的过程, 形成一系列用模糊条件语句描述的语言控制规则。

3 模糊控制表

模糊控制表可以通过查询将当前时刻模糊控制器的输入变量量化值所对应的控制输出值作为模糊逻辑控制器的最终输出, 从而达到快速实时控制。模糊控制规则表必须对所有输入语言变量量化后的各种组合通过模糊逻辑推理的一套方法离线计算出每一个状态的模糊控制器输出, 最终生成一张控制表。

至此, 模糊控制表已经建立。由于模糊控制表的建立是离线进行的, 因此它丝毫没有影响模糊控制器实时运行的速度。一旦模糊控制表建立起来, 模糊逻辑推理控制的算法就是简单的查表法, 其运算速度是相当快的, 完全能够满足实时控制的要求。

摘要：模糊控制引入直线伺服系统, 使系统朝着期望目标逼近, 从而具有较高的性能指标, 是提高直线伺服系统性能的有效途径。本文提出将模糊控制应用于直线伺服系统当中, 对其速度环实现了模糊控制, 实现了快速跟随的要求, 使系统朝着期望目标逼近, 从而具有较高的性能指标, 是提高直线伺服系统性能的有效途径。

关键词：直线伺服系统,模糊控制

直线伺服系统 篇2

论文摘要：通过分析汽车转向系各功能要求与其相应机构运行原理的关系，根据转向机构最终带动转向节臂的横拉杆均为左右直线运动等特点，提出了用直线步进电机直接带动左右横拉杆，使控制更直接，动态响应更快，且省去了大部分机械或液压部件，使结构更简捷，利用直线步进电机的控制特点，即可方便地充分满足转向力随车速变化的各控制要求，又提高了转向精度，它的实施还有助于高性能汽车四轮转向系统的性价比提高。

论文关键词：转向机构,直线步进电机,四轮转向,转向控制

一、汽车转向系功能要求与其相应机构的分析

汽车转向系统性能即很大程度地决定了对汽车操纵的轻便舒适性和安全行驶的稳定平顺性，也是减少交通事故和提高道路通行能力的重要因素。随着现代汽车及其相关技术的发展，对汽车转向系统的功能提出了越来越高的要求，现结合其相应机构的运行原理分析如下：

1.对转向盘的操纵要求即轻便灵活又有稳定的操作感受

由于车轮转向时轮胎与地面的摩擦阻尼随车速降低而增大。即在汽车低速转向时，对无助力传统机械转向系的方向盘操纵会相当费力，为此目前基本已均采用了动力转向系。并对转向助力的控制要求随车速增加而减小。而在车速很高时由于方向盘的转动力会很轻，为避免对转向盘微小的干扰力而引起汽车偏离方向，削减因路面不平撞击转向轮的冲击传到转向盘而造成“打手”现象，并在转向结束时转向盘能有自动回正功能使汽车保持稳定直线行驶，使驾驶员通过转向盘对转向过程中车轮与地面之间的运动状况能始终保持适当的“路感”，在汽车高速行驶时又希望能对转向系统有一种“反向”助力，即适当增加转向系的阻尼。

2.对转向操控有较高的灵敏性并能简化其结构以减小能耗

对转向系操纵时要求车轮快速响应使车身能及时转向。这除了尽可能减小转向系各传动机构的空行程间隙外，还要求用于转向助力的动力控制装置响应快。目前所用的动力转向系统主要有液压、气压和电动三种，前两种存在能耗大、响应慢等缺点。虽然液压助力转向系统是目前传统汽车较为普遍采用的装置。但随电动汽车的发展，以及按各相关控制的特点，需采用电子控制电动助力转向系统(EPS,ElectricPowerSteering)较为合适。由于省去了液压动力转向系所须的常运转油泵、储油罐、管路等，电机只在需转向期间才接通电源转动，即降低了能耗又使结构紧凑减轻车载自重，并不必补充油液和担心漏油等，使工作更可靠。这对车载能源不富裕的纯电动汽车尤为适用。而现有电动助力转向系统EPS采用的是旋转电动机，需经电磁离合器、齿轮减速传动等机械机构，还存在机构庞杂，占用空间大，响应速度较慢等缺点。根据转向机构最终带动转向节臂的横拉杆均为左右直线运动等特点，为此本文提出用直线步进电机直接带动左右横拉杆，使控制更直接，动态响应更快。

3.要求转向车轮的运动规律正确稳定

即要求内、外侧转向轮的偏转角以及驱动轮的差速比正确稳定，两者的比值与转向盘的转角始终保持一定的关系，以确保在转向时各个车轮只有滚动而无滑动现象。通过对汽车转向时其内、外侧转向轮和驱动轮的运动过程分析，为保证各车轮只滚动无滑动，要求四车轮均应绕同一圆心转动。设L为汽车轴距，B为汽车轮距，α、β分别为外、内侧转向轮的偏转角，则要求车轮作纯滚动条件为：。说明了外转向轮偏转角ɑ须小于内转向轮偏转角β，并同时要求内、外侧驱动轮还需满足相应的差速条件。为满足内、外侧转向轮的偏转角要求，需使其转向机构的左、右横拉杆与转向节臂成相应角度的梯形即非平行四边形关系，这也是各类转向系普遍采用的基本方法。为满足驱动轮差速要求有采用机械差速和电子差速两种。机械差速是传统汽车普遍采用的方法，其机构庞大而复杂。而电子差速系统EDS是采用电子控制来实现，有诸多优点，随电动汽车的发展，特别是轮毂电机的应用，它将是汽车驱动轮差速控制的发展方向。

4.有相应的安全可靠性

当汽车发生碰撞时，转向盘等装置应能减轻或避免对驾驶员的伤害。而当动力转向系统失效或发生故障时，应能保证通过人力转向仍能进行转向操纵。

5.尽可能减小转弯半径和提高高速转向时的稳定性

为减小低速转向时的转弯半径，便于低速选位停车或窄道转向行驶;以及改善高速转向或在侧向风作用时的行驶稳定性，还需采用高性能的四轮转向来满足。

通过上述分析，根据转向机构最终带动转向节臂的横拉杆均为左右直线运动等特点，为提高转向系的快速响应性和满足在不同车速下有相应的助力等功能要求，在此特提出用直线步进电机直接带动左右横拉杆的两种汽车转向系统控制机构。为说明其转向系的结构原理，还得对直线控制电机先作必要说明。

二、直线控制电机简介

所谓直线电动机其实就是把旋转电动机沿径向剖开拉直演变而成，它是由电能直接转换成直线机械运动的一种推力装置。就控制理论来说直线电动机用于直线位移机构，将使控制变得更直接，动态响应更快，并且由于省去许多机械传动件，使其机械结构更简捷，消除了机械间隙，有利于提高精度、传动刚度、能量转换效率以及降低噪声等。为提高数控伺服系统的控制精度和快速响应性，作者早在1986年就提出了用恒温直线电机驱动的数控伺服装置的发明专利。而相隔十几年后，用直线电机驱动的各类超高速精密数控机床就开始不断涌现，如在芝加哥国际制造技术博览会(IMTS-96’)等先后展出，世界行内专家把该类机床称为“下一代新机床”。

从直线电机的工作原理来讲，它与旋转电机一样，同样也有直流、交流、步进、永磁等类型。而从结构来讲，它又有动圈式、动铁式、平板型、圆筒型等多种形式，即直线电机可演变生化出比旋转电机更多的种类。大到磁悬浮列车、直线打桩机……小到遥控电动窗帘、绘图仪位移机构等各种技术领域都可有其应用实例。并且电机的结构形式可按其应用机构的需要来选择更适应的方案。随着现代电机直接转矩控制技术、机电一体化及相关技术的不断发展完善，将使直线电机的应用领域越来越广泛。多种技术相互交叉、渗透、融为一体地应用于某一领域，是当今技术发展的重要趋势之一。

如图1所示为三相直线步进电机的结构示意图。直线电机的动件、定件相当于旋转电机的转子、定子。动、定件上均开有如图所示的齿槽，并用硅钢片冲制叠压而成。动件、定件的齿距须满足一定的关系式，设电机相数为m，动件齿距为b，则定件的齿距p=(k+1/m)b，k为任意正整数。为电机绕组引线方便，通常做成动铁式，即带绕组线圈的为定件，它固定在电机外壳上，而动件可采用直线滚动导轨来上下固定，使其能左右移动，也可直接与被驱动进行直线位移的机械部件相连。电机的外形根据需要可做成长矩形或圆筒形等多种形式。步进电机是按变磁阻原理运行，即遵循“磁阻最小原理”——磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合。如在图中所示动件相对定件的位置时，给A相绕组通电励磁，则A相磁极所产生的磁场力就会力求使磁路磁阻减少，即对动件产生向右移的磁拉力，使得动件的凸极齿尽可能多地与A相磁极的凸齿对齐，于是动件在其磁拉力的作用下向右移动了1/3动件齿距b(即图示C相与动件齿对齐的位置)。如果依次轮流对A→B→C三相绕组通电，则动件向右位移;而通电顺序为B→A→C时，动件就向左位移。按制造工艺及精度使动件的齿距做得越小，则每一脉冲的位移量(脉冲当量)就越小。以上描述的是三相单三拍通电方式，实际使用时一般采用三相六拍或三相双三拍通电方式，三相六拍通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A;三相双三拍通电顺序为：AB→BC→CA→AB。三相六拍的脉冲当量比三相三拍小一半。

三、用直线步进电机控制的汽车转向系统结构原理

用直线步进电机控制的转向系统是在前述所提到的.电子控制电动助力转向系统EPS基础上进一步改进而成，即用直线步进电机来替代EPS用旋转电机对转向器中齿条的助力，省去了电磁离合器、减速机构及其传动件，使其结构更紧凑、控制更直接、响应更快。也为更方便地实施高性能的四轮转向(4WS)机构，在此提出两种结构：由直线步进电机控制转向助力的系统可用于传统二轮转向(2WS)系统或四轮转向(4WS)的前轮转向机构;由直线步进电机控制转向力的系统主要用于四轮转向的后轮转向机构。现分别说明如下：

1.用直线步进电机控制转向助力的汽车转向系统

如图2所示，其直线步进电机的动件直接与转向器齿条相连，整个直线步进电机套装在转向器齿条机构上，几乎不占用空间。它也是在原先结构最简单的无助力机械转向系中增加一台直线步进电机，由直线步进电机的直线推力来直接助力驾驶员对转向器的操纵力矩，由于对转向器的助力并不很大，齿条的直线位移量也不长，用一台小型直线步进电机足以驱动。其控制原理与EPS基本类同，只不过对电机的驱动需改用前述步进电机脉冲分配方式。具体实施可参照有关EPS中的电子控制器ECU与其控制逻辑等进行，并借用EPS中相关传感器。即根据转向盘转角信号控制直线步进电动机位移量，利用转向轮转角信号来实现闭环控制，精确控制其位移量，根据车速进行相应的助力。在低速时给予较大助力，随车速提高而减小助力，车速高到一定范围时停止助力，而在汽车高速行驶时又希望能对转向系统有一种“反向”助力，即适当增加转向系的阻尼。这一点对于现有的转向系较难做到，而采用直线步进电机助力就很容易实现，根据直线步进电机工作原理可知，只要保持其电机的通电状态即可使该直线位移装置具有一定自锁力，控制其通电电流大小即可改变定、动件之间的磁拉力大小。从而可按车速信号根据要求来控制其转向助力的大小，随着车速的提高即减小绕组通电电流，其转向助力也随之减小;当车速高于相应速度(一般为30km/h)时就取消给转向系助力，即停止给直线步进电机供电;而当车速高到一定程度时，希望能给转向系逐渐增加其阻尼，可使直线步进电机绕组保持通电状态而产生自锁力，控制其电流大小即能改变对转向系的阻尼大小。达到对转向盘的操纵即轻便灵敏又稳定可靠。

2.用直线步进电机控制转向力的汽车转向系统

如图3所示，它进一步简化了转向系的结构，去掉转向盘至横拉杆中间的所有传动链，包括齿轮输入轴扭杆及齿轮齿条付。转向盘内安装有转向盘转角传感器，并适当增加其转动阻尼，独立安置于驾驶室内。而直线步进电机的动件两端直接与左右横拉杆相连，电子控制器根据转向盘的转向角度信号及车速信号，来控制直线步进电机动件进行左右位移，经横拉杆、转向节臂传动，进而控制车轮转向。在确保系统可靠性的前提下，该方案的优点是结构更简单、所占体积更小、成本低、控制更直接、响应更快。但一旦系统发生故障，汽车就无法转向。而用在四轮转向4WS系统的后轮转向机构中却是优选的方案。它的应用有望使汽车四轮转向4WS系统的性价比进一步得以提高。

参考文献：远程视频监控管理系统在施工管理中应用的探讨

1 王贵明、王金懿编著.电动汽车及其性能优化[M].北京:机械工业出版社,

2 王贵明、王金懿.电动汽车用四轮毂电机驱动实现四轮转向的电子差速转向控制系统[P]:中国,2.1

3 王贵明.用恒温直线电机驱动的位移控制装置[P].中国发明专利公报.第3卷第27号,1987.6.10

直线的方程与两直线位置关系 篇3

直线与方程是解析几何的基础，是高考重点考查的内容，单独考查时多以客观题的形式出现；综合考查则以直线与圆、椭圆、双曲线、抛物线等知识综合为主，多为中档题，或较难题. 对本考点知识的直接考查主要以基本概念题和求在不同条件下的直线方程为主. 基本概念重点考查：

（1）与直线方程的特征值（主要指斜率、截距）有关的问题.

（2）直线平行和垂直的条件. 当直线l1，l2的方程分别为y=k1x+b1和y=k2x+b2（即它们的斜率都存在时），可由k1，k2的具体值来判断它们的位置关系；当直线l1，l2的方程分别为A1x+B1y+C1=0和A2x+B2y+C2=0时，可由l1⊥l2？圳A1A2+B1B2=0来判断它们是否垂直. 在解题时还应注意两条直线的斜率都不存在且不重合时，它们也相互平行，一条直线斜率不存在时也可以垂直，否则就会造成漏解.

长轴直线度检测系统 篇4

轴类零件是工业生产中常见的一类零件。长轴零件的直线度是该类零件质量的一个重要指标。如无缝钢管生产中使用的芯棒,其直线度对无缝钢管的质量(钢管壁厚的均匀度、内壁的光洁度等)有很大影响。

直线度检测有许多方法。文献[1]介绍了采用四象限检测装置进行直线度检测的方法;文献[2]介绍了一种新的基于离轴成像技术的远距离、大范围二维直线度测量仪;文献[3]介绍了采用转台检测大尺寸回转体型面点坐标及形芯轴线的方法;文献[4]介绍了在采用激光检测直线度时,如何消除空气抖动带来的影响;还有综合各种技术的许多其它方法[5,6,7,8,9,10]。本文介绍一种采用十字线激光束作为直线基准进行长轴直线度检测的方法,该方法结构简单,操作方便,测量准确。

2 检测系统结构和工作原理

检测系统由激光源、检测小车、激光测距反射靶和计算机等组成,如图1所示。

十字线激光源置于被测长轴的一端,激光测距反射靶置于被测长轴的另一端,检测小车可以在被测长轴上移动。

检测小车的结构如图2所示。支架左右两侧成90°角,每侧装有两根滚动轴。支架的正上方装有CCD摄像机,用来获取十字线激光器发出的十字线激光束图像。支架上另外安装了一台激光测距仪,检测小车在被测长轴上移动时,激光测距仪发出的激光经激光测距反射靶的反射后被激光测距仪接收,测量检测小车的位置。检测小车上的水泡在检测初始时提供角度基准。

检测时,先调整激光源的位置和角度,保证检测小车在被测长轴的各个检测位置(一般只需保证两端点处)十字线均在CCD摄像机的有效范围内;输入被测长轴的直径,允许被测长轴各处的直径不同,但在直径变化时只需输入一次即可。对于第一测量点(位置可以是任意的),尽可能将水泡调平(对于其余测量点并无此要求,只需保证图像完整即可)后开始该点的测量。然后,再将检测小车移动到欲检测位置进行其它各点的测量。计算机依据CCD摄像机获取的十字线激光图像计算出十字线中心点(交叉点)的坐标和水平线的倾角,结合激光测距仪给出的位置等信息,计算出被测长轴的直线度参数。

3 检测数据处理

长轴直线度检测系统的检测数据处理主要由两部分组成。一是对十字线激光图像的处理,主要目的是检测出图像的中心点(十字线交叉点)的坐标和水平线的倾角;二是将在各检测点获取的中心点坐标和水平线倾角进行处理,获取被测长轴的直线度参数。

3.1 图像处理

图像处理时,首先要进行边缘检测。文献[11]~[14]介绍和总结了一些边缘检测方法。针对十字线激光图像和工程应用的特点,边缘检测必须准确、快捷。为此,我们采用“屋脊形”边缘点(即十字线上最大亮度点)按以下步骤进行图像处理:

第一,确定检测起始直线。这实际上是寻找十字线中两条直线的大致中心线,以后的边缘检测将在这两条中心线的附近进行。这样可以大大降低处理量,提高运算速度。

第二,在检测起始直线附近寻找像素级的边缘点。我们采用一个检测圆,将检测圆在检测起始直线附件移动并计算圆内所有像素点的亮度和,取亮度和最大的检测圆所在的圆心为像素级边缘点。

第三,用快速简单的插值法对这些像素级的边缘点进行亚像素处理,提高检测精度;最后,用最小二乘法[15]计算出两条直线及交点坐标和横线的倾角。

在本文介绍的边缘检测方法中,有些处理理论上应当沿十字线中每条线的垂直方向进行。考虑到实际应用中被测物体的角度变化范围很小,光学系统在设计时又有意使十字线的横线呈水平状态。为了简化运算,这些处理都按图像的坐标轴方向进行。为了避免十字线激光在被测轴上反射对检测结果的影响,提高图像处理的速度和精度,十字线激光器和光靶均以45°设置。

图3所示为一幅图像的处理结果,图中“x”标记了边缘点。由于在十字线激光图像中,两条线相交的区域相互干扰较大,严重影响了边缘点的精度,因而将两条线交点周围的边缘点删除,以确保计算精度。

3.2 直线度数据处理

采用十字线激光束对长轴进行直线度检测的本质是以十字线激光束的中心线为基准,检测长轴上各检测点处轴心相对于基准的位置,导出长轴的直线度参数。

数据处理时采用的各坐标系如图4。设计和标定时,将检测小车放在标准平移台上,利用检测小车上的水泡把检测小车调整至水平状态。再将平移台分别沿水平方向和垂直方向移动,标定出光靶的分辨率k、水平倾角β和c点在光靶中的坐标。c点为a、b两点的中间点,而a、b两点位于检测小车两侧滚动轴轴面夹角的角平分线上,且分别为光靶上下两端的边缘点。设d点为两侧滚动轴轴面的交点,加工装配时,c、d两点间的距离已知。检测时,输入被测长轴的直径后,可求出被测长轴轴心e到c点的距离,以下记为l。

为简化计算,在数据计算时采用直角坐标系,并将坐标原点取在c点,取x轴和y轴平行于光靶的侧边。此时,轴心e点的坐标为

为简化使用和操作,直线度参数用极坐标表示。取十字线激光束中心点g点为坐标原点,水平方向为极轴γ。

极径ρ为被测轴心e到十字线中心点g的距离,并且有:

其中:xe、ye由式(1)给出,而xg、yg为十字线激光图像中心点坐标,由图像处理给出。

检测时,对于第一个检测点,先用水泡将检测小车调平,然后对该点进行检测,并记此时图像处理的水平线的倾角为α0。此时,极角θ0为

其中arctan((ye-yg)/(xe-xg))∈[180°,270°]。

对于其它各检测点,为使操作方便,并不要求每次都调平检测小车,但应保证其基本水平。为了保证检测精度,对由于检测小车不水平导致的误差应予以修正。记除第一点外其它各点的十字线的水平倾角为α,则长轴直线度的极坐标表示形式为

为了使用方便,各检测点的参数可用直角坐标系表示。在图4所示的坐标系中,以十字线中心点为坐标原点,极轴γ为x′轴,各检测点可表示为

各检测点检测完毕后,依据距离信息,取连接首尾两轴心点的直线为轴,将各点数据做相应处理,即可获得长轴的直线度参数。

4 实验与应用结果和误差分析

为了验证检测方法,我们采用波长为658nm的激光器,640pixel×480pixel的摄像机,光靶分辨率为0.097 3mm/pixel,在1m、9m和18m处分别摄取50幅图像,测量结果的标准偏差如表1所示。

结果已应用到工业生产实际中。比如我们为某无缝钢管生产厂提供的芯棒直线度检测系统,其对直线度检测要求为8mm/16m和1mm/1m,最大检测长度16m,芯棒半径43~155mm。我们为其研制了两套检测小车支架来满足芯棒半径的变化范围。

检测误差主要有激光基准线误差和检测数据处理误差。激光基准线误差随检测距离的增大而增大。我们在20m处对激光基准线进行标定,标准偏差小于5µm。和检测数据处理误差相比,此项误差很小,可以忽略不计。

以δx′、δy′、δρ和δθ分别表示x′、y′、ρ和θ的误差,由式(5),检测误差为

在图4所示的坐标系中:

其中:l为c、e两点间的距离,lcg为c、g两点间的距离(g为十字线中心点)。而

其中lcd为c、d两点间的距离,是检测小车的设计参数。

另记lt和wt分别为光靶的长和宽,因实际检测时,十字线中心点绝不会在光靶之外,于是:

将式(7)、式(8)和式(9)带入式(6)中,可得:

在本文的实际应用中,rmax=155mm,lcd=30.4mm,lt=60.0mm,wt=45.0mm,在表1中取偏差最大的18m处的数据,由式(10),可得横向误差为

可见水平方向上的检测误差主要由角度误差引起。

同理可分析垂直方向上的检测误差。由于检测结构的原因,角度误差对垂直方向的检测影响很小。篇幅所限,此处不再推导。

在本文的应用实例中,此检测误差完全满足检测需求。

5 结论

直线伺服系统 篇5

cad画规定长度的直线的方法：

1、打开AutoCAD中，软件左上角有个直接功能模块，把鼠标放在图标上面一会儿， 会出现直线的功能说明。

2、点击直线功能，在编辑窗口中，鼠标左键点击，然后拖拉，就会产生线段。其中有两个数值，一个是【距离】，另外一个是【角度】。

3、在键盘中直接输入管段的距离，比方50回车后，管线就是50M。然后按【TAB】键，就会跳到输入角度框，这个就是要确定直线的方向和角度，比方输入30，就是代表直线水平向上30°角。

4、画完第一条线后，键盘回车后就开始画第二条线，同理如上，也是按照所需输入相应值进行操作。

5、等线段全部画完之后，可以右键鼠标点击确认，整条线段就算完成。也或者可以直接按键盘左上角【ESC】也是可以结束画线功能。

6、下一次如果要对图形进行补充画图的时候，选择直线功能后，十字标直接点击原本已经画好图的端点，就是以这个端点开始画图。

你喜欢直线吗？ 篇6

你会求直线的方程吗？

直线的方程有五种形式，你都熟悉吗？你知道它们的优缺点吗？那你最喜欢谁呢？

我最喜欢点斜式.

例1 （1）已知直线ι过点A（2，1）且在两坐标轴上的截距相等，求直线ι的方程.

（2）已知直线Z过点A（2，1）且与χ轴、y轴的正半轴分别相交于B，C两点，求△OBC的最小面积，并求此时的直线ι的方程.

第一问你会怎么解呢？

有些同学很喜欢用截距式，哈哈！这样就容易漏解啦！

看我的：

第二问呢？

这道题可以用截距式了吧！

对，这道题是可以用截距式.不过我还是认为点斜式更好，不信我们来PK 一下.

简单吧！下面的就交给你了.

现在你是否也觉得点斜式好用呢？此时可能有的同学会认为我的第（1）问用的方法不够简捷，是的，如果我们同时结合图形会更快地解决问题.本来数形结合就是解决数学问题非常好的一个方法，这点我们在学习解析几何时更应该深有体会.第（2）问如果你不画图你就不能快速看出 k<0这个条件.

那是否确定一条直线的条件就是“一点十斜率呢”？

例2 已知圆C：χ2+ y2=4，

（1）过点A（2，3）作圆C的切线ι，求切线ι的方程.

（2）过点B（l，3）作直线m与圆C相交所得的弦长为2√3，求直线m的方程.

（3）若直线n过点B（l，3），且圆C上恰有三个点到直线n的距离为1，求此时直线n的方程.

问 （1）中的切线ι有几条？

答 因为点A（2，3）在圆C的外面，应该有两条，那为什么用点斜式只求出了一条呢？

你知道问题出在哪儿吗？对！因为确定直线的不是“一点十斜率”，而是“一点十方向”，斜率≠方向，而点斜式唯一的缺陷就是不能表示与χ轴垂直的直线，故在使用点斜式时一定要结合图形观察斜率不存在的直线是否满足题意.

由上可知，（2）中的直线m也有两条，利用垂径定理把“弦长为2√3”的条件转化为“圆心到直线m的距离为1”即可求出.

你会解第（3）问吗？圆C上恰有三个点到直线n的距离为1是什么意思？

结合图1，我们不难发现：因为圆的半径为2，因此只需圆心到直线n的距离为1时，圆C上就恰有三个点到直线n的距离为1，这样第（3）问就转化成第（2）问了，你明白了吗？

虽然我喜欢点斜式，可是我不会忽略它的缺点，因此我每次在用它之前都会结合图形看看斜率不存在的那条直线是否也是我所需要的.相信你以后也会这么做！

确定直线除了用“一点十方向”外，还可以用什么条件呢？

例3 已知直线ι：χ+y-2=0，

（1）求直线ι关于点A（2，3）对称的直线m的方程.

（2）求直线ι关于直线y=2χ对称的直线n的方程.

你会画出要求的这些直线吗？试试看！

如果你能画出它们，我相信你就能求出它们相应的方程.

抛砖引玉，我先来说说我的解法.

因为两点确定一条直线，因此我们还可以用“一点十一点”来求直线方程.

解析 （1）在直线ι上任取两点，如（2，0），（1，1），求出它们关于点A（2，3）对称的点，则这两点必在直线m上，因此，直线m的方程就可求出.

（2）由图2可知：直线κ与直线y=2χ的交点（

）必在对称的直线n上，再在直线ι上任取一点（2，0），其关于直线y=2χ的对称点（

）也在直线n上，这样，直线n的方程就可求出来了.

咦！还有更好的方法？好，我们一起来看看.

对，这两问都可用一点十方向来做.因为（1）中的直线m和直线ι是平行的；（2）中的直线n，直线ι与直线y=2χ的夹角相等.

现在你知道了吗？确定直线方程其实就这么简单：

（1） 一点十方向；

直线伺服系统 篇7

关键词：DSP/BIOS,永磁直线同步电机,伺服控制器

0 引言

永磁直线同步电机, 具有推力强, 损耗低, 时间常数小, 响应快等特点, 能够直接产生连续单向或往复行程的直线机械运动, 省去了传统旋转电机实现直线运动的中间环节, 因而在伺服性能上大大提高了。但是, 由于直线电机消除了机械传动链所带来的一些不良影响, 为此却增加了电气控制上的难度, 特别是在要求高精度, 响应快, 微进给的控制场合, 需要采取特别的控制方法和技术提高控制性能[1,2,3,4,5,6,7,8]。

随着控制技术和通讯技术的快速发展, 伺服控制器应用软件必须包含各种复杂的数学算法, 同时要完成同其他通用微处理器间的通讯。依靠传统的前后台软件开发模式设计的程序, 在实时性, 稳定性和可维护性上很难得到保证。DSP/BI-OS是TI公司提供的一个用户可裁剪的嵌入式操作系统, 主要由三部分组成:多线程内核, 实时分析工具和芯片支持库, 在其上可以方便地开发多任务的应用程序。本文将DSP/BIOS实时操作系统应用到基于TMS320F2812的直线电机控制系统中, 提高了开发效率, 保证了系统的实时性, 稳定性和可靠性, 并且便于维护和扩展, 取得了良好的控制效果。

1 永磁直线同步电机伺服系统控制策略

在矢量控制下, PMLSM的初级绕组在d-q轴模型电压方程为[2]:

式中:Ud、Uq为d-q轴电压, id、iq为d-q轴电流, ψd、ψq为d-q轴磁链;p为微分算子;rs为电枢电阻;ωr为动子电气角速度, 且ωr=πντ=2πƒe, ν为动子线速度, ν为极距, ƒe为电源频率。

初级磁链方程为:

其中:Ld、Lq为d-q轴电感;λΡΜ为定子永磁体磁链。

电磁转矩方程:

从上式看出, 永磁直线同步电机的电磁转矩基本上决定于动子交轴电流分量和定子永磁体磁链。

由于定子永磁体磁链恒定不变, 本文采用id=0的控制策略实现电流解耦, 所有的动子电流都作为电流转矩分量, 实现了用磁场定向方式来控制永磁直线同步电机在基速以下恒转矩运行。

由图1知, 系统是由位置、速度与电流三闭环组成。其位置反馈信号及速度环的速度反馈信息均来自与电机动子同步移动的光栅尺, 最外环的位置控制器实现对电机的位置控制, 内环电流环是通过一系列的坐标变换后把静止坐标系下三相电流转换成旋转坐标系下的两个直轴分量分别进行调节控制, 最终采用SVPWM调制算法, 控制逆变器IGBT的关断, 实现对直线电机的控制。

2 永磁直线同步电机伺服控制系统

永磁直线同步电机伺服控制系统主要由伺服控制器和电机两部分组成, 其中伺服控制器由以DSP核心的控制板、功率驱动板以及相应的反馈检测电路组成。直线电机采用科尔摩根公司的PLATINUM直线电机, 动子型号为IC11-050A1ACTRC1, 定子型号为MC050-1280-001。

在图2中, 控制板是直线伺服系统的核心, 它获得给定的指令信号, 由A/D采样电路获得三相电流实际值, 由光栅尺获得电机动子的实际位置信号, 经过运算后输出六路SVPWM信号, 经过光耦隔离后控制三相逆变电路, 达到控制电机行程与速度的目的。逆变部分以IPM为核心, 接收经过光电隔离处理的PWM控制信号, 实现电能的变换。主电路有过压、欠压、短路、电源掉电、IPM故障和电机制动等保护功能。

3 基于DSP/BIOS的伺服程序设计

3.1 软件任务的分配

伺服控制器的软件采用在DSP/BIOS中配置和编程相结合的方式。该软件使用了DSP/BIOS中的三种资源, 3个硬件中断, 1个软件中断和1个任务。具体任务分配如图3所示, 其中SWI0优先级设置为最高, 系统初始化后马上触发SWI0完成初始寻相, 硬件中断PIE_INT3_5中断实现捕获中点零位脉冲 (Index) ;PIE_INT1_5故障保护享有最高优先级, 由外部处理后的故障信号触发;当故障保护中断产生时, 保护中断服务程序将迅速封锁PWM出, 并发出报警消息给人机交互任务显示。PIE_INT2_6由定时器T1下溢周期触发中断, 完成伺服三环控制算法。人机交互任务 (Task0) 负责接收发送的消息, 并对显示的实时刷新, 并且负责对键盘的扫描和对输入的响应。所有的任务在DSP/BIOS的调度下按照任务、中断的优先级排队等待执行。

3.2 伺服三环程序的实现

伺服三环程序是整个控制算法的核心, HWI对象PIE_INT2_6功能:完成电流环、速度环、位置环调节及驱动输出控制, 其程序流程如图4所示。本系统中, 电流环调节的频率为10 k Hz, 速度环和位置环的频率为2.5 k Hz, 当DSP/BIOS响应硬件中断PIE_INT2_6时, 程序执行读取A/D转换后电流的采样值, 通过读取光栅编码器的数值计算得到直线电机动子磁极位置角。通过Clarke变换将三相电流变换为静止的两相电流, 再通过Park变换变换为旋转坐标系下的直轴电流id和交轴电流iq。id、iq与电流环给定值作比较后, 通过PI调节器调节输出Ud、Uq再经过IPark变换得到输出的Vα、Vβ, 执行SVPWM模块进行运算后输出六路脉冲信号控制智能功率模块IPM六个集成开关管, 通过开关管的导通和关断输出三相交流电控制电机的运行。

3.3 初始寻相程序

本系统采用增量式光栅尺作为位置传感器, 每次上电必须检测初始磁极位置, 确定电机的d轴与A轴之间的电角度, 才能准确的进行电流环的矢量运算。本系统采用的方法是给电机施加固定的电压空间矢量, 电机的动子会在此电压矢量的作用下运动到与之重合的位置。但是当给电机施加直流电压时, 动子绕组的电流会很大, 因此要控制施加直流电压得幅值和时间。为了避免给电机施加直流电压时加速度过大, 采用缓慢升高直流电压幅值的方式。其程序流程如图5所示。

4 实验结果

直线电机采用科尔摩根公司的PLATINUM直线电机, 永磁体材料为Nb Fe B, 直线电机具体参数如下:电阻为:R=2.6Ω;电感L=26.7 m H;动子质量M=3.6 kg;极距2τ=32 mm;推力常数Kf=69.2 N/A。光栅尺采用GSI公司的Micro E M-II4400, 分辨率为0.1μm。

进行电流闭环实验, 电流环采样周期为0.1 ms;经工程整定法和实验调试, 确定电流环PI参数为:Kp=1.079, KI=0.010 3。图6为闭环电流响应波形图 (V、W相) ;电流的有效值为1.35 A, 频率为100 Hz。

进行速度闭环实验, 速度环采样周期为0.4 ms;经过实验不断调整, 确定速度环PI参数为:Kp=1.756, KI=0.020 4。先使电机以-0.03 m/s运行, 然后再使电机0.03 m/s运行, 正向运行时U、V和W相位关系如图7所示, 速度响应曲线如图8所示。

最后进行位置环实验, 给定位置指令:以0.3m/s速度运行12.5 mm距离, 响应时间为0.14 s, 位置定位误差为0.3μm。位置响应曲线如图9所示。

5 结论

本文通过采用DSPF2812实现对永磁同步直线电机高速高精度的伺服控制, 并且在DSP/BIOS实时操作系统上完成了软件设计, 实验结果表明, 基于实时操作系统的直线电机伺服控制能够达到良好的效果, 而且软件的可移植性, 可扩展性和易维护性都得到了提高, 具有一定的实用价值。

参考文献

[1]郭庆鼎, 赵希梅.直线电动机在机床伺服驱动应用中的若干问题与展望[J].电气应用, 2006, 25 (4) :130-133.

[2]郭庆鼎, 王成元, 周美文, 等.直线交流伺服系统的精密控制技术[M].北京:机械工业出版社, 2000.

[3]陈国锋, 方强, 李江雄.基于LMI的永磁直线电机H∞鲁棒控制器设计[J].机电工程, 2011 (6) :704-707.

[4]肖鹏, 王伟, 张颖, 等.永磁同步直线电机矢量控制系统中初始寻相和电角度的测定[J].微电机, 2009, 42 (11) :1-3.

[5]刘铝河, 钟炎平.基于TMS320F2812与DSP/BIOS的PFC电源设计[J].空军雷达学院学报, 2009, 23 (4) :284-290.

[6]Texas Instruments.TMS320DSP/BIOS User’s Guide[C].LiteratureNumber:SPRU423F.2004.

[7]Ying-Shieh, Kung.Design and Implementation of a High-Performance PMLSM Drives Using DSP Chip[J].IEEE Trans, on Industrial Electronics, 2008, 3 (55) :1341-1351.

直线伺服系统 篇8

关键词：直线伺服电动机,自抗扰,解耦控制,速度控制,位置控制

与其他类型的直线电机相比,直线伺服电机具有高速度、高精度、高效率、响应快速等优势, 在现代制造业拥有非常广泛的发展前景[1,2]。然而由于直接直线驱动,省去了中间传动装置,外部扰动力、摩擦力等外部未知扰动会毫无缓冲的直接施加在电机本体上,同时直线电机是一个强耦合、多变量、非线性的系统,采用传统的控制策略很难使得电机控制系统性能获得本质上的提高[3,4]。在控制策略上,目前在包括交流直线电机在内的交流伺服中普遍采用的是矢量控制,在矢量控制的基础上,很多学者为了进一步提高交流伺服系统的性能,提出了许多非线性应用与直线电机控制。自抗扰策略是近年来用在工业控制, 尤其是电机控制中的一种新的非线性控制算法, 其不依赖于被控对象精确的数学模型,是针对不确定系统有效实用的控制器[5]。文献[6]将自抗扰应用于永磁同步直线电机的速度控制系统,在这篇文献中作者采用一阶速度ADRC控制,并未考虑到q轴电流内环控制误差的影响,从而降低了系统速度响应的动静态特性,有一定的局限性;文献[7]中作者针对速度ADRC控制系统,d轴电流内环采用了ADRC控制,q轴电流内环采用的是比例控制,即ADRC+PD控制,此种设计并不能完全消除dq轴电流的动态耦合;文献[8] 设计了基于线性自抗扰策略的直线电机位置控制系统,在该文章中作者采用线性自抗扰控制, 实验表明,该方法与传统的控制方法相比,改善了系统的动态性能和抗干扰能力。

文中结合矢量控制方法,将ADRC用于直线电机控制系统中,针对电流之间的强耦合作用, 将系统扰动项作为未知综合扰动,并利用ESO进行观测与补偿,分别设计了dq电流的解耦控制, 针对速度控制系统分别设计采用了串级一阶ADRC,“ADRC+PID”组合算法、二阶ADRC与改进型ADRC(MADRC)进行系统仿真研究,针对位置控制系统分别采用了MADRC与传统ADRC策略进行了仿真分析,仿真结果表明,系统响应速度快、超调小,具有优良的动静态性能。

1直线电机数学模型

在动子同步运动的dq轴系下,以交直轴电流idiq,动子速度v为状态变量,则可得直线电机的状态空间数学模型如下:

式中分别为dq轴电压i q分别为d,q轴电流;v为动子运动线速度; Rs为动子相电阻;分别为dq轴动子电感; λpm为励磁磁链;τ为极距; Fe为电磁推力; Fl为系统阻力;m为动子质量;B为粘滞摩擦系数; p为极对数。

式(1)中主要考虑了负载阻力和粘滞摩擦力扰动,而电机在实际运行过程中还存在其他形式的扰动,如静摩擦、滑动摩擦、风阻、齿槽推力、纹波推力等。将静摩擦力和滑动摩擦力视为一个综合摩擦扰动,其表达式为

式中:sgn(v)为关于v的函数,其恒为正值;Fc为库仑摩擦力;Fs为静摩擦力;vs为Steinbeck效应系数[9]。

2自抗扰策略原理

自抗扰控制(auto disturbances rejection control)主要由跟踪微分器(TD),扩张状态观测器 (ESO)和非线性误差反馈控制律(NLSEF)3部分组成[10,11,12]。其原理框图如图1所示。

系统实际输出一般都会包含一定的噪声,假如直接利用ESO测量信号往往难以获得较好的状态变量,依据TD环节的数学描述可知,其频率特性与低通滤波器类似,通带内相移较小且无谐振,为避免跟踪微分过程所带来的相位滞后,通过在传统ADRC控制中引入了反馈通道来消除测量噪声的不利影响,其结构框图如图2所示。

跟踪微分器(TD)用来减小系统的初始误差,在阻尼不变的情况下,且在被控对象能承受范围内,依据目标信号安排一个合适的过渡过程,从而有效地解决了超调与快速性的矛盾。 在此以本文所采用的二阶ADRC为例,TD的表达式如下:

式中:r为参数,决定了系统的跟踪速度,称为速度因子;h为采样周期;h0主要是用来滤除测量噪声,称为滤波因子。

当h取值恒定时,r的取值越大,跟踪微分过程所需的时间越短,当r保持恒定时,h越小跟踪时间相对越短。参数r过大或h过小都容易造成系统波动,在进行系统设计时其值要适当选择。给定参考输入的单位阶跃信号,分别针对上述情况进行了仿真分析,仿真结果如图3、图4所示。

ESO作为ADRC的核心部件,主要实现对被控对象的总和扰动的观测和补偿,在采用ADRC进行系统设计时将施加于被控对象上的外部作用都归结为未知扰动,利用ESO进行观测和补偿,从而实现动态系统的线性化,ESO表达式如下:

系统状态误差由TD环节输出与ESO估计值所决定,两者所得的误差值输入到NLSEF运算后,通过与来自ESO的补偿量取线性加权和,输出系统控制量,NLSEF的表达式如下:

其中幂次函数fal(eaδ)方程为

fal(e,a,δ)实现了对控制工程界的先验知识“大误差小增益,小误差大增益”的数学拟合,提高了ADRC的动态性能与鲁棒性。

3直线电机ADRC控制系统

3.1dq轴电流解耦控制

从数学状态方程可以看出,直线伺服电机是一个多变量、强耦合的非线性系统,耦合项的存在将会明显地降低控制系统性能,单独控制ud,uq从而实现dq轴电流控制都会引起环路中所存在的多变量间的耦合作用直接影响到电流控制效果,带来系统超调和调节时间过长等不利影响。

3.1.1d轴电流解耦控制

为使得电流推力最大化,电流内环采用ADRC控制,其中d轴电流给定为id= 0,由于电流给定值为0,为简化系统参数,电流内环控制可以去掉TD环节。

根据式(1),可得离散域内ADRC解耦控制算法表达式为

ESO:

NLSEF:

扰动补偿

上式中b1d,b2d,δ为待选参数。只要选择合适的参数,ADRC就能利用ESO实现对dq电流之间耦合项的准确观测,即:

3.1.2q轴电流解耦控制

同理可得,iq的ADRC解耦控制算法表示为

ESO:

NLSEF:

扰动补偿

3.2速度控制系统设计

3.2.1ADRC+PID组合算法

凡是可以利用经典PID控制的控制系统,只要可以数字化,从理论上讲,都可以利用ADRC实现。文中针对q轴电流内环分别采用了一阶ADRC与PID控制算法,而d轴电流则仍然采用ADRC,当系统采用“ADRC+PID”组合算法时,结构框图如图5所示。

图5中,速度环采用ADRC策略,由于与速度外环的时间常数相比,iq内环的时间常数很小,因此针对iq内环采用比例控制,同时考虑到驱动电路所带来的滞环效应,则q轴电压可以表示为

在进行系统设计时,由驱动所带来的滞后效应采用惯性环节来替代,即:

3.2.2串级一阶ADRC速度控制系统设计

上文设计采用的“ADRC+PID”算法,由于经典PID的引入,导致dq轴之间的强耦合作用未能完全消除,因此速度控制输出仍然存在一定的误差。本文所设计的串级一阶ADRC如图6所示, 即使用2个一阶ADRC分别实现d轴电流内环与速度外环设计。

当控制量取为

将式(16)代入式(1)则可得:

从式(17)可见,利用一阶速度ADRC可以将PMLSM的速度动态过程改造成为纯积分环节, 利用非线性状态误差反馈实现PMLSM的一阶速度ADRC控制。 则PMLSM一阶速度自抗扰控制算法为

ESO:

NLSEF:

扰动补偿

3.2.3二阶ADRC速度控制系统设计

在串级一阶ADRC中,采用q轴电流给定值近似代替实际的q轴电流,但由于两者间仍存在微小误差,对动态过程的准确跟踪仍有一定影响。针对速度控制进一步设计了二阶ADRC系统,则将id= 0代入电机数学模型中可得:

将式(21)中第1项代入第2式则可得到对应的二阶运动方程:

理想情况下,ESO可以通过系统的输入及输出速度实现对未知扰动的准确观测,当控制量取为

则可得相应的二阶速度ADRC控制算法为

NLSEF:

ESO:

3.3位置控制系统设计

对实际控制系统而言,系统控制的最终归宿均是使得实际输出准确、快速地跟随目标值的变化。假如系统目标轨迹提前预知,则可以直接利用参考加速度来直接控制系统输出,当采用参考加速度作为前馈信号进行工程实践设计时,为减小外部扰动的观测误差,将前馈控制与反馈控制相结合,前馈通道用来输出目标期望值响应的前馈加速度,反馈通道用来抑制系统中未被准确观测到的外扰作用。如图7所示,其中参数b与b0表达式如下式所示:

针对位置自抗扰控制系统,由于从系统控制量到系统实际输出只需要2个积分器,位置环与速度控制系统类似,只包含了位置外环与电流内环,其中dq轴电流仍然采用上述的ADRC解耦控制,位置外环则采用引入前馈加速度的改进型ADRC控制。

由PMLSM的数学模 型可得其 位置动态 方程:

当选取x1= x,x2= v为状态变量,依据式(27), 同理可设计相应的二阶位置ADRC为

TD:

ESO:

NLSEF:

扰动补偿

4仿真分析

4.1速度ADRC仿真分析

电机仿真参数为:动子质量m = 2.85 kg,永磁体磁链Ψpm= 0.175m H,电感Ld» Lq= 8.5m H,Rs= 25 Ω,Fc= 40N ,Fs= 50N 。给定速度信号为单位阶跃响应,电机空载启动,在0.4/0.9 s突加50 N负载,同时考虑系统所受的外部扰动,针对速度控制系统分别采用ADRC+PID组合算法、串级一阶ADRC、二阶ADRC与MADRC进行仿真,图8~图11分别为采用与“ADRC+PID”组合算法、串级一阶ADRC、二阶ADRC与MADRC时的速度响应波形。

从上述图中可以看出当采用“ADRC+PID” 组合算法时,由于dq轴之间存在的强耦合作用不能完全消除,因此速度控制输出仍然存在一定的误差,与采用串级一阶ADRC控制相比较,采用 “ADRC+PID”组合算法的控制方式,所涉及的ADRC参数较少,适用于控制系统性能不是特别高的场合。

从图10可以看到系统在空载启动阶段系统有较大的波动,速度误差较小,为避免波动较大, 可以通过引入反馈通道TD来实现,其仿真结果如图11所示。

在不改变ADRC参数的同时,将电机动子质量M增大50%,Rs增大50%。通过系统仿真,从图12可以看出 ,当本体参 数发生变 化时 ,且在ADRC可承受的范围之内,其控制性能良好,基本可以满足控制系统的性能指标要求。

4.2位置ADRC仿真分析

文中针对直线电机位置控制系统,系统给定输入信号为x = 1 + sin[30t -(0.5π - 0.1)]同速度控制系统相同,位置控制系统中也考虑系统所受外部未知扰动及摩擦力的影响,分别对位置控制系统采用传统的二阶ADRC与MADRC控制策略进行系统仿真,位置响应波形及跟踪误差波形如图13~图15所示。

图13为采用ADRC与MADRC时,位置输出跟踪波形。从图13中可以看到,在采用ADRC控制时,位置输出响应经过0.06 s左右达到稳态,在0.02 s时,其输出误差达到峰值0.12,在到达波峰与波谷时,误差会有极小的增大。由图14与图15对应的跟踪误差波形可以看出,采用ADRC控制时,系统响应较快,经0.05 s左右可达到稳态, 系统输出误差最大值可达到0.1左右;当MADRC时,基本不存在超调现象,响应速度更快且误差很小,仿真结果表明MADRC具有良好的控制性能。

5结论

直线伺服系统 篇9

关键词：直线驱动,正交投影,迭代学习,参数辨识

0 引言

直线伺服系统采用直接驱动的机械结构，与传统的机械结构（即旋转电动机+滚珠丝杠）进给传动方式相比，不存在中间传递环节，具有相对小的负载惯量，可以获得比传统驱动形式大得多的加减速度和加工速度，具有高频响的优点。为了充分发挥直线伺服系统高响应的优点，其控制器除了采用一般的反馈控制器来保证系统的稳定性和对外部干扰与参数摄动的鲁棒性外，还采用前馈控制器以提高系统的跟踪性能[1,2,3]。因此，前馈控制器是直线伺服系统能否充分发挥高速高精度性能的关键因素之一。

前馈控制器的设计一般将被控对象的逆直接作为前馈控制器实现前馈补偿[4,5]。该方法需要通过参数辨识获取比较精确的模型参数用以设计前馈控制器，一旦获取的模型参数与实际模型参数有较大误差，就会出现振荡、稳定性降低、控制性能下降等现象。因此，获取较为准确的模型参数是前馈控制器设计的关键。

迭代学习控制方法适合于某种具有重复运动性质的被控对象，利用系统前期控制经验和输出误差来修正当前的控制作用，使系统输出尽可能收敛于期望值。迭代学习控制方法特别适用于复杂、难以建模以及有高精度控制要求的场合[6,7,8,9]。文献[10]采用迭代学习的方法对被控对象的前馈控制器参数进行迭代辨识，提高了前馈控制器对被控对象逆模型的逼近程度，减小了跟踪误差。文献[11]采用迭代学习方法对光刻机硅片台直线伺服系统中存在的推力纹波扰动进行了补偿，减小了推力纹波扰动。Tousain等[12]建立了基于控制对象脉冲传递矩阵的迭代算法的闭环模型，并采用多目标函数最优设计方法设计了迭代率，在迭代域闭环控制稳定的前提下使伺服系统的跟踪性能达到最优，且具有一定的鲁棒性。虽然国内外许多学者采用迭代学习控制方法进行扰动抑制与参数辨识，取得了良好的效果，但依然存在以下局限性：迭代算法只是在时域进行迭代辨识，辨识时各参数对辨识结果的影响耦合在一起，影响辨识效果。而正交投影则避免了辨识时各参数之间的相互影响，可以综合考虑基函数及被控对象的投影参数对直线伺服性能的影响，并且正交投影的实质是对状态信号进行了预压缩，需要辨识的只是被控对象中状态信号在基函数构成的矢量空间沿各个基函数轴的参数，因此大大压缩了辨识矩阵，降低了算法复杂性。

本文设计思路是设计参数化前馈控制器，针对前馈控制器的参数化模型，构建正交矢量基函数，将被控对象的数学模型在基函数所构建的正交矢量空间中进行投影，采用迭代学习方法沿基函数轴方向进行前馈参数的迭代辨识获取优化的前馈控制器参数，使系统的轨迹跟踪性能最优。

1 前馈控制器参数化设计

直线驱动系统控制器结构一般采用图1所示的前馈加反馈两自由度控制策略，图1中G为被控对象，C为反馈控制器、F为前馈控制器，r为理想轨迹指令，e为轨迹跟踪误差，ub为反馈控制器输出指令，uf为前馈控制器输出指令，u为被控制对象G的指令信号，ω为扰动信号，系统的输出为y，在该两自由度控制策略中，反馈控制器C用来保证系统的稳定性和对外部干扰及参数摄动的鲁棒性，前馈控制器F用来提高系统的响应速度。

由图1，可以得到输出信号Y(s）与误差信号

式中，R(s）、W(s）分别为时域信号r、ω的拉氏变换。

由式（2）可知，忽略扰动ω的影响，如果前馈控制器F等于被控对象G的逆，则跟踪误差为零，可以实现轨迹的完全跟踪。

针对前馈控制器的设计，文献[5]采用参数化设计方法确定了前馈控制器的结构。前馈控制器由一个或多个参数相互配合而成，其结构为一个线性函数，即

其中，λi为前馈控制器参数，s(i）分别对应理想轨迹指令的n阶导数，该参数化前馈控制器在高速高精运动控制系统中可以很好地描述被控对象倒数的低频特性。

令λ=[λnλn-1…λ0]，对于每一个具体的被控对象G都存在一理想前馈参数矢量λ*，当λ=λ*时，输入轨迹指令r*，可以实现轨迹理想跟踪，此时y=r*。因此，需要采用参数辨识方法进行λ的参数辨识。

2 直线伺服控制系统正交投影分解

不考虑非线性因素，采用迭代方式进行直线伺服系统前馈参数辨识。假设每次迭代辨识的时间长度t∈[0,T]，其中，T为常量，采样周期为Ts，输入理想轨迹指令为r*，由于迭代学习采用离散化的处理方式，将各信号进行离散化处理，取N=T/Ts，则可采用向量形式描述各信号，如第k次迭代输出信号y(k）的离散化向量描述如下：

式中，yk(j）为第k次迭代时输出信号y的第j+1个元素。

根据式（1），采用离散化向量方式描述各个信号可得

传递函数D(s）的脉冲响应矩阵D为

式中，di为D(s）的单位脉冲响应序列。

若存在m个正交矢量基函数，构建m维正交矢量空间V=[f1(t）f2(t）…fm(t）]，将该矢量空间按照时间t∈[0,T]、采样周期为Ts进行离散化，得到投影矩阵A:

若n+1=m，采用矩阵A对式（1）中的各信号进行空间正交投影，将各信号投影到正交矢量空间V，可得

其中，为时域离散信号[d(0）d(1）…d(N-1）]在空间V中的坐标参数。

将式（9）代入式（1），对所有信号进行矢量投影，可得

其中，ζ*为每次迭代时指令输入信号r*在空间V中的坐标参数矢量。δ（k）、λ（k）、β（k）分别为第k次迭代时响应y、前馈输入信号uf、扰动ω在空间V中的投影参数坐标矢量。MP、MS为变换矩阵。若迭代误差经过投影后沿各矢量轴的参数为φ，可得

对于式（8）所表示的系统，可采用迭代学习方法对λ进行迭代辨识。

3 正交矢量基函数的选择

由式（4）可知，前馈控制信号uf与输入指令r满足

化处理，则有

矩阵Q可实现时域前馈信号uf向参数空间的投影，即

为了实现投影矩阵的正交化，对矩阵Q采用矩阵QR分解方法或者施密特正交化方法，本文采用矩阵的QR分解方法对矩阵Q进行正交化分解：

其中，UTU=I,R为上三角矩阵。选取矩阵U的n+1个列矢量作为正交矢量基函数构建矢量空间V，则投影矩阵A为

因此，通过投影变换可将时域的前馈信号时域的辨识问题转变为前馈信号在正交矢量空间V投影后沿基函数轴参数辨识问题。

4 沿矢量轴参数迭代学习辨识收敛性分析

采用如下学习率：

其中，H为定常增益矩阵。则采用该迭代率进行参数迭代辨识的迭代域闭环控制框图见图2。

假设每次迭代时扰动ω保持不变，β=β*，理想轨迹r*的投影参数矢量ζ*不变，理想输出y*的投影参数矢量δ*不变，则有

由上式可知，当设计迭代率H满足下式：

且k→∞时，φ→0，此时λ→λ*。

5 仿真与实验分析

5.1 仿真分析

仿真时设被控对象为一个二阶震荡系统，阻尼系数为0.85，无阻尼自然振荡频率为20rad/s，其传递函数为

图1中，C(s）采用PID控制器的比例系数、积分系数、微分系数分别为2440、116、0.45，闭环回路带宽调整为220rad/s。进行矢量投影迭代参数辨识时，采用式（15）的迭代学习率，其中增益矩阵H为

时，满足当k→∞时，λ→λ*。

采用正交投影迭代学习进行前馈参数辨识的步骤如下：

(1）根据输入信号r(t），用式（12）、式（13）计算投影投影矩阵A。

(2）计算脉冲响应矩阵GS、GP，然后根据投影矩阵A计算式（10）中的MS、MP。

(3）令迭代次数k=0，并设定迭代初值λ（0）。

(4）根据图2计算误差的矢量投影参数φ（k）。

(5）根据式（9）计算新的参数λ（k+1），当λ（k+1）-λ（k）小于给定误差时迭代结束；否则，将新的参数λ（k+1）代入图2，返回步骤（4）。

由式（18）可知理想前馈参数λ=[40 3.4 1.0]，前馈参数辨识时，输入信号为将频率为1Hz、幅值为1的方波S(s）经过4个一阶低通滤波器进行滤波后的3阶连续可导理想信号r(t），即

为了控制计算量，仿真时采样数据个数为1000，分以下三种情况进行仿真：(1)采样周期为10ms，仿真时间为10s;(2)采样周期为5ms，仿真时间为5s;(3)采样周期为1ms，仿真时间为1s。仿真时迭代次数为80。每次仿真时分别绘制跟踪误差-时间曲线和前馈参数-迭代次数曲线。仿真结果如图3～图5所示。

由图3～图5可知，当采样值周期分别为10ms、5ms、1ms时，第1次迭代后稳态误差的最大绝对值分别为0.554、0.858、0.698；第2次迭代后稳态误差的最大绝对值分别为0.098、0.243、0.135，第10次迭代后稳态误差的最大绝对值分别为0.079、0.087、0.023，辨识出的参数λ分别收敛于[14.580,2.271,0.233],[27.152,2.696,0.568],[39.072,3.384,0.992]；采用不同的采样周期时，随着迭代次数的增加，稳态误差的最大绝对值均明显减小，前馈参数均收敛于固定参数，且前20次迭代过程中的参数收敛速度较快，迭代20次后参数收敛速度较慢。参数的收敛精度随着采样周期的减小而提高。

5.2 实验分析

本文的实验系统为两个直线电机构成的X-Y平台，其结构框图见图6。直线电机均采用Baldor公司的LMCF02C-HCO，电机的连续推力为58N，峰值推力为173N,PMLSM的运动位置由GSI公司分辨率为0.5μm的光栅尺测量，读数头型号为MII1600-40。伺服驱动器为Baldor公司的FMH2A03TR-EN23，采用电流控制方式。图1中反馈及前馈控制在自制的运动控制卡中实现，运动控制卡为TI公司高性能浮点型TMS320F6713。由于上层直线电机负载较小，具有相对高的响应速度，为了检测高速高精运动时算法的辨识性能，只对X-Y平台的上层的直线电机进行辨识实验，运行时，下层直线电机锁死静止不动。反馈控制器C(s）采用PID算法。为消除高频量测噪声的影响，反馈控制器C(s）还增加了一个低通滤波器。反馈控制器的传递函数形式如下：

其中，KP为比例增益；fI为积分频率；fD为微分频率；flwp为低通滤波器频率；βlwp为低通滤波器的阻尼系数。考虑到实际的直线伺服系统在低频段表现为一个一阶积分环节和一个惯性环节，因此，设计直线伺服系统的前馈控制器为

其中，λ2、λ1实际的物理意义分别为直线伺服系统的负载质量m和速度阻尼b。实验中对负载质量λ2(m）、速度阻尼λ1(b）进行迭代辨识。

实验中位置环伺服周期分别为100μs、500μs，其反馈控制器参数如下：KP=5×105,fD=50Hz,fI=3 Hz,flwp=350 Hz，βlwp=0.8。理想的指令轨迹如图7所示，采用S形加减速曲线，其中t1=0.17s,t2=0.43s，加加速度j=25m/s3，加速度a=2m/s2，恒速度段v=500mm/s，位移l=210mm。实际运行时，直线电机每次迭代都从固定点A点开始运行，按照理想指令轨迹运行到B点（A、B点距离为210mm），运行时的迭代运算所需的实时数据存储在运动控制卡的缓冲区中，运行结束后通过串口将此次迭代的实时数据传送到上位机，由上位机进行前馈参数的迭代更新，然后将更新数据下发到运动控制卡，直线电机返回A点开始下一次迭代。

图8、图9所示为位置环伺服周期分别为500μs、100μs时的实验结果。图8a、图9a所示为前馈参数随着迭代次数增加时的收敛情况，可以看出前馈参数均随着迭代次数的增加而收敛，图8a中的[λ2，λ1]收敛于[4.578,0.201]，图9a中的[λ2，λ1]收敛于[4.036,0.123]。图8b、图9b分别为直线伺服系统初次运行与第50次迭代辨识后并经过前馈补偿后的跟踪误差。采样周期为500μs时，初次运行时匀速段最大误差为18.56μm，通过50次迭代辨识和补偿后，其匀速段的误差减小为10.02μm，图9a中采样周期为100μs初次运行时匀速段最大误差为17.12μm，通过50次纹波迭代辨识和补偿后，其匀速段的误差减小为8.32μm。此外，初次运行时加速段和减速段的跟踪误差较大，而经过50次迭代后，图8b中加速段和减速段的最大误差从初次运行的95.23μm减小到第50次迭代后的58.78μm，图9b中加速段和减速段的最大误差从初次运行的63.23μm减小到第50次迭代后的29.78μm，这是因为经过50次前馈控制器迭代辨识后的参数λ更加接近理想的参数λ*。因此，可以认为图9b中的辨识参数更加接近实际对象的真实值。采样周期较小时，迭代辨识效果明显较好。随着迭代次数的增加，直线电机的轨迹跟踪性能得到了良好的改善。

6 结语

本文针对直线伺服系统前馈控制器设计原理，设计参数化前馈控制器，构建正交矢量基函数，将被控对象的数学模型在基函数所构建的正交矢量空间中进行投影，采用迭代学习方法沿基函数轴方向进行前馈参数的迭代辨识获取优前馈控制器参数。实验结果表明，通过正交投影迭代学习进行前馈控制器参数辨识，并通过前馈进行补偿能有效地减小系统位置跟踪误差，从而满足高速、高精度轨迹控制要求。

参考文献

[1]石阳春,周云飞,李鸿,等.长行程直线电机的迭代学习控制[J].中国电机工程学报,2007,27(24):92-96.Shi Yangchun,Zhou Yunfei,Li Hong,et al.Research on Iterative Learning Control to Long Stroke Linear Motor[J].Proceedings of the Chinese Society for Electrical Engineering,2007,27(24):92-96.

[2]宋亦旭,王春洪,尹文生,等.永磁直线同步电动机的自适应学习控制[J].中国电机工程学报,2005,25(20):151-156.Song Yixu,Wang Chunhong,Yin Wensheng,et al.Adaptive-learning Control for Permanent-Magnet Linear Synchronous Motors[J].Proceedings of the Chinese Society for Electrical Engineering,2005,25(20):151-156.

[3]Rohrig C,Jochheim A.Identification and Compensation of Force Ripple in Linear Permanent Magnet Motors[C]//American Control Conference.Arlington,2001:2161-2166.

[4]滕伟,周云飞,朱庆杰.直线驱动系统中前馈质量与电机常数校准研究[J].电气传动,2009,39(5):43-46.Teng Wei,Zhou Yunfei,Zhu Qingjie.Research on Calibrating Feedforward Mass&Motor Constant for Linear Driving System[J].Electric Drive,2009,39(5):43-46.

[5]van der Meulen S,Tousain R,Bosgra O.Fixed Structure Feedforward Controller Tuning Exploiting Iterative Trials,Applied to a High-precision Electromechanical Servo System[C]//American Control Conference.New York,2007:4033-4039.

[6]朴凤贤,张庆灵,王哲峰.迭代学习控制的收敛速度分析[J].东北大学学报(自然科学版),2006,27(8):836-838.Piao Fengxian,Zhang Qingling,Wang Zhefeng.Analysis of Convergence Rate for Iterative Learning Control[J].Journal of Northeastern University(Natural Science),2006,27(8):836-838.

[7]于少娟,齐向东,吴聚华.迭代学习控制理论及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.

[8]孙明轩,黄宝键.迭代学习控制[M].北京:国防工业出版社,1999.

[9]Dijkstra B G,Bosgra O H.Exploiting Iterative Learning Control for Input Shaping,with Application to a Wafer Stage[C]//Proceedings of the 2003American Control Conference.Denver,2003:4811-4815.

[10]Benjamin T F,Mishra S,Tomizuka M.Model Inverse Based Iterative Learning Control Using Finite Impulse Response Approximations[C]//Proceedings of American Control Conference Hyatt Regency Riverfront.St.Louis,2009:931-936.

[11]Stearns H,Mishra S,Tomizuka M.Iterative Tuning of Feedforward Controller with Force Ripple Compensation for Wafer Stage[C]//Proceedings of 10th International Workshop on Advanced Motion Control.Trento,2008:234-239.

直线伺服系统 篇10

关键词：电梯,直线度,检测

1 直线度检测基准选定

直线度误差是指被测实际线对理想直线的变动量, 可分为给定平面内的直线度误差, 给定方向的直线度误差和任意方向的直线度误差。按照国家电梯T型导轨检验规则和有关行业标准规定, 导轨的直线度检验主要针对导轨的导向面和顶面。

电梯导轨直线度检测的基本思想是沿导轨表面的工件长度方向的各个点上采集一组数据, 并根据导轨直线度误差评定标准来进行误差值评定, 以确定该表面的直线度误差值, 其中最重要的问题就是基准的确定。

目前对于基准选定主要有两个原则:一种是通过误差分离技术来消除基准误差;另一种是选择基准导轨作为测量基准。

1.1 误差分离法

自上世纪80年代起, 随着精密加工和纳米加工技术的发展, 对直线度误差检测的精度要求越来越高。误差分离技术 (EST-Error Separation Techniques) 是一种近几十年里发展起来的极有潜力的新技术, EST应用于直线度误差测量可将标准量的误差和被测量的误差分离开来, 既提高了测量精度又提高了测量效率。

1.2 基准导轨法

基准导轨法是建立在基准精确条件下的直接测量方法, 基准导轨法测量每一个面只需要安装一只传感器, 直接读出传感器读数值进行直线度评定, 这种方法对基准导轨的要求比较高, 一般来说, 对于长导轨检测需要基准导轨的直线度值在40μm/m以下, 以免累积误差过大而影响测量直线度的精度。

2 电梯导轨直线度自动检测系统方案

企业要求检测系统检测T型电梯导轨一个侧面和顶面, 电梯导轨输送机构—物流架将导轨输送到检测位置上, 首先检测系统对导轨侧面进行检测, 侧面检测完毕之后, 物流架将导轨翻转900, 然后检测系统对其顶面进行检测。

选用高精度导轨作为系统的基准轨道, 高精度基准导轨、滑块、齿轮、齿条及伺服电机等组成传感器横向驱动机构。CCD激光位移传感器安装在传感器横向驱动机构滑块上, 驱动机构带动传感器沿与基准导轨平行的方向以一定的速度移动。

电梯导轨直线度自动检测系统的检测过程 (侧面) 为:首先物流架将导轨输送到检测位置发出侧面开始检测信号, 工控机接收到信号后, 发出传感器纵向驱动机构前移指令, 步进电机1启动, CCD激光位移传感器由起始位置向前移动, 移动一段距离后, 驱动机构停止, 该距离和导轨工件尺寸大小有关。然后工控机发出传感器横向驱动机构移动指令, 伺服电机启动, CCD激光位移传感器沿基准导轨方向水平平稳移动 (正向移动) , 传感器开始工作, 测量激光探头与电梯导轨侧面之间的距离, 并输出电压模拟信号, 在传感器移动过程中, 工控机通过多功能数据采集卡以一定的时间间隔采集传感器输出的距离信号, 经过一定的数据处理, 将该距离信号以实时曲线的形式在工控机显示器上显示。

顶面检测过程:物流架将导轨翻转900之后发出翻转完毕、顶面开始检测信号, 工控机接收到信号后, 发出传感器横向驱动机构反向启动指令, 伺服电机反向启动, 驱动机构带着传感器沿工作台水平平稳移动 (反向移动) , 工控机和CCD激光位移传感器工作过程同在侧面检测中其工作过程类似, CCD激光位移传感器移动到电梯导轨顶面的末端时, 由到位开关反馈到位信号, 工控机接收到该反馈信号, 发出驱动机构停止命令, 伺服电机停止, 工控机通过数据处理计算出导轨侧面和顶面的直线度, 判断导轨合格与否。若导轨检测合格, 工控机发出喷码机驱动机构移动指令 (正向) , 步进电机2启动, 喷码机喷印头水平移动到导轨规定位置, 工控机发出喷写指令, 喷码机喷印头在导轨相应位置喷写标记, 喷写完毕, 工控机发出喷码机驱动机构回移指令 (反向) , 喷码机喷印头归位, 完成标记喷写指令;反之, 若导轨检测不合格, 工控机发出不合格指令, 机柜上的声光报警器报警2s, 顶面检测结束, 这样就完成了一个导轨工件的检测。以后的导轨检测过程为上述检测过程的重复。

3 系统人机界面及功能模块的设计

3.1 用户管理模块

用户管理模块主要用于系统用户的创建、删除、修改, 系统用户分管理员和操作员。系统管理员的权限大于操作员, 系统管理员可以操作本检测系统的所有功能菜单, 可以创建新的用户, 可以删除用户, 修改个人密码, 进行系统参数设置, 数据库清空, 日志查询、清空等操作;操作员的权限相对小一点, 可以进行数据库信息查询, 修改个人密码, 可以查看系统参数但不能进行设置等, 管理员和操作员都可以进行系统检测工作。进入系统时, 需进行用户身份验证, 对于不同的用户, 在登录成功后, 系统会自动按照他拥有的权限, 对系统中一些按钮进行处理, 若是操作员用户, 不是操作员权限范围内的按钮则禁用, 如参数设置按钮将变灰。

3.2 参数设置模块

电梯导轨直线度自动检测系统的参数设置主要完成传感器的采样时间间隔和电梯导轨直线度检测的工艺参数设置。传感器的技术参数包括传感器的采样频率;电梯导轨直线度检测系统参数包括导轨B/A允许最大值、导轨整长允许最大弯曲值、500~允许最大弯曲值、中心处允许最大弯曲值、导轨的型号、初始编号、长度大小、是否喷码。直线度B/A及弯曲允许值是指判定待检测工件合格与否的标准;系统采样间隔用于设定系统采样间隔时间, 采样间隔设定后系统会按照设定的时间间隔采集测量数据。

3.3 自动检测控制模块

自动检测控制模块的功能是根据预先设定的检测参数进行电梯导轨直线度的自动检测控制, 根据需要能够实现测量的继续、停止等功能, 板卡与伺服单元的命令输入输出是整个自动检测控制过程中比较重要的部分, 它关系到系统软件能否按照板卡的输出信号有效的控制测量工作台, 能否有效的采集数据等操作, 因此在软件中对板卡命令字的写入对伺服单元工作时序的安排非常重要, 自动检测控制模块是系统的核心部分。

参考文献

[1]李增健.电梯导轨生产技术研究[J].中国电梯, 2008, 19 (23) :32～37.

[2]王培昌, 常治学.电梯导轨直线度和扭曲度检验系统的研制[J].光电子.激光, 2008, 19 (4) :518～520.

[3]王燕燕, 张军峰.EST法测量机床导轨直线度的虚拟测量仪[J].工艺与检测, 2009, 3:97～99.

徒手画直线 篇11

记得上初中的时候，数学老师曾告诉我们：“两点之间直线最短，而且经过两点只有一条直线。”老师为了让我们更好地掌握这个数学公理，还教我们如何不用辅助工具徒手画直线。时至今日，只要按照老师的方法去做，就能画出笔直的线条：在纸上打两个点，将笔尖放在一个起点上，然后眼睛盯准另一个点，最后以最快的速度将两点连接起来。

仔细想想，这何止是徒手画直线？笔尖放在起点，就是先给自己定准位；眼睛盯住终点，就是找准前进的目标；以最快的速度将两点连接起来，这就是奋力通向成功的最佳办法。老师当初不仅教会了我们画直线，更重要的是教育我们怎样做人。是啊！在人生的道路上，如果我们一味移动笔尖，顾前不顾后地乱画一气，势必会丢失自己的目标，很难画出自己想要的直线。看看我们身边那些经过不少努力而失败的人吧，他们有的之所以失败，恐怕就是因为找不到“定位”，失去了预定的目标；在阻力面前不能排除障碍、缺少抵达成功彼岸的信心，最终，只能与成功擦肩而过。

哲人认为：“人生最大的胜利是管理好自己的梦想，人生最大的遗憾是失去自己努力的方向。”这就告诫我们：既然有梦想，就要朝着梦想的目标去奋斗；管理好自己的梦想，不要因丢失目标而乱了阵脚、迷了方向。有信心、有韧劲，心无旁骛地一往无前，我们定能达到自己的理想目的。

直线伺服系统 篇12

下图1是某城市地铁车辆牵引系统的主电路图, 如图中所示, 一个逆变器带动两个直线电机。如果逆变器受到牵引命令后, 此时霍尔电流传感器开关闭合, 开始向滤波电容器充电, 当其电压到固定值之后, 电晶体三极管闭合同时传感器开关打开, 逆变器的门极开始工作。若滤波电容电压传感器测试的电压过高时, 逆变器暂停工作且电晶体三极管打开。

注解:HB:高速断路;LB:线路短路器;路接触器, CHR:充电电阻;CTS:电源电流传感器;FLl, 2:滤波电抗;DCPTl~3:直流电压传感器;OVCRfl, 2:过电压释放晶闸管;OVCRf R1, 2:过电压放电电阻;DCHRl, 2:放电电阻;FCl, 2:滤波电容器;LIMl~4:直线牵引电机;CTUl, 2:U相电流传感器;CTVl, 2:V相电流传感器;IGUl~IGZ2:IGBT模块

2 牵引系统故障分类以及故障表现状态

2.1 牵引逆变器电源控制开关跳闸

逆变器电源开关跳闸可能是电源1也可能是电源2出现跳闸。故障主要的表现的现象是在司机主页会标示对应的牵引逆变器电源关闭;车辆无法移动, 出现了保压制动的现象不能得到缓解。这种现象是由此节列车的牵引逆变器控制的, 逆变器只有检测到牵引电流才会发出保压制动的缓解命令。

2.2 车辆牵引参数屏幕上出现红点

此故障的表现现象是在司机主页显示屏上有红点显示, 说明逆变器有严重的故障;车辆高速断路器有跳闸的现象并且相应指示灯不亮。

2.3 牵引系统的接地出现故障

(集电靴与线路上的异物接触) 此故障表现为出现HB跳闸和逆变器红点故障;车辆与异物相撞接触轨道会瞬间断电, 可能会产生火花;会有较大的声响。

3 牵引系统故障的应对措施

3.1 逆变器电源开关跳闸的应对措施

具体的应对措施是在车辆进站之后让乘务员检查车辆连接端的开关控制屏幕的逆变器电源开关的情况, 如果没有跳闸现象, 就试着按UCOSU按钮就可以牵引车辆。如果还不能得到解决可以按下故障车的VFCB1和VFCB2的开关, 则车辆到达终点站后就会暂停服务。在进行检查逆变器电源开关时需要延误运行时间三分钟左右, 这时就要通知后续车辆的发车时间, 防止在故障车处理的时间内又有车辆进入等待, 这样会影响服务质量。

3.2 车辆牵引参数屏幕上出现红点的应对措施

控制中心对故障车辆进站后将高速断路器分离一次这样就完成了逆变器的复位。如果出现连续两次复位HB失败的情况下车辆无法牵引, 可以试着开启单元切除按钮同时再次分合HB, 车辆运行则会报告控制中心车辆正常运营。车辆如果不能牵引就按下故障单元车的逆变器电源开关报告控制中心, 这时车辆到达终点站就会暂停服务;如果有两个逆变器出现故障并且这两个逆变器在同一个单元, 出现连续两次复位HB失败的情况下车辆无法牵引, 可以试着开启单元切除按钮同时再次分合HB, 车辆运行则会报告控制中心车辆正常运营。车辆如果不能牵引就按下故障单元车的逆变器电源开关报告控制中心, 这时车辆到达终点站就会暂停服务;如果有两个逆变器出现故障并且这两个逆变器在同一个单元, 出现连续两次复位HB失败的情况下车辆无法牵引, 可以试着开启单元切除按钮同时再次分合HB, 车辆运行则会报告控制中心车辆正常运营。车辆如果不能牵引就按下故障单元车的逆变器电源开关同时按下单元切除按钮再次分合高速断路器, 试着牵引并报告控制中心, 车辆到达终点站就会暂停服务。如果存在五个及以下逆变器故障时, 可尝试按下故障单元车的单元切除按钮再次分合高速断路器, 列车运行至停车区并退出服务。若不能牵引, 则按下故障车相应的逆变器控制电源开关, 重新按下单元切除按钮, 列车运行至停车区。若此时还是不能运行车辆或是逆变器存在六个故障且复位两次HB失败, 就需要进行组织援救。

3.3 牵引系统的接地出现故障应对措施

控制中心一般是在车辆进站后确定牵引系统的接地故障信息, 单元切除按钮会把有接地故障的逆变器切除之后分合HB。如果单元切除按钮切除失败或是切除后连续分合两次HB失败, 这时就按下逆变器电源开关来使出现接地故障的车辆牵引系统断开。若出现直线电机车辆与线路上的异物接触, 基本上都会造成车辆晚点或者设备损坏的现象。 (1) 车辆集电靴与异物接触后, 造成接触轨跳闸且再次接触失败。故障原因是设备或异物的入侵, 和集电靴接触后发生短路造成接触轨跳闸。这样的故障应该依照车辆的故障现象以及供电设备能否成功合闸, 让故障区的车辆限制速度进行运行。清楚找到故障点。控制中心调用专业维修人员及时赶到故障车辆现场就行故障检查并组织维修。 (2) 列车集电靴与异物接触, 接触轨没有跳闸或者接触轨跳闸后能合闸成功。主要原因是列车集电靴与现场异物短接, 造成接触轨短路。若异物能瞬间离开接触轨, 产生的电流值不大, 则不会造成接触轨跳闸或者跳闸后能够瞬间重合闸成功。调度控制中心需要根据事发列车的异常信息, 立即组织车站、车辆检修、线路设备检修等各部门人员前往事发地点确认, 同时组织事发车辆进行合理降速以确认是否仍有异常现象或者故障信息。

4 结束语