基于PMAC控制器的直线电机性能研究

http://www.iianews.com 控制器 2007年08月02日

　　近年来，随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求，在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求，为此，近年来世界许多国家都在研究、发展和应用直线电机，使得直线电机的应用领域越来越广。

　　1 PMAC控制器简介

　　PMAC(Programmable Multi-axis Controller)是美国Delta Tau公司在上世纪九十年代推出的一种开放式多轴运动控制器。它是一种以DSP为核心的拥有高性能伺服控制器，可以通过灵活的高级语言最多控制八轴同时运动，并提供了运动控制、离散开展、内务处理、同主机交互等基本功能。

　　PMAC是一台完整的计算机，它还是一台实时多任务的计算机，能自动对任务进行等级判断，从而使具有高优先级的任务比具有低优先级的任务先被执行。它的速度、分辨率等指标远优于一般控制器。伺服控制包括PID加Notch和速度、加速度前馈控制。可连接MACRO现场总线的高速环网，直接进行生产线的连动控制。

　　与其他运动控制器相比，PMAC的最大特点是开放性。允许用户根据自己的用途使用内部寄存器。PMAC的A/D和I/O与内部寄存器一样是统一编址，可以像使用PMAC其它内存一样来操作A/D和I/O，使用非常方便。内部寄存器和A/D、I/O的地址既可以使用PMAC的默认值，也可以由用户重新定义，以满足不同的需要。

　　2 直线电机的结构与基本工作原理

　　2.1 直线电机的结构

　　直线电机的直线电机是一种将电能转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。直线电机的结构如图1所示。

图1 直线电机结构

1 初级 2 次级 3行波磁

　　2.2 直线电机基本工作原理

　　直线电机的三相绕组中通入三相对称正弦电流后，也会产生气隙磁场。当不考虑由于铁心两端开断而引起的纵向边端效应时，这个气隙磁场的分布情况与旋转电机相似，即可看成沿展开的直线发向呈正弦形分布。当三相电流随时间变化时，气隙磁场将按A、B、C相序沿直线移动。这个原理与旋转电机相似，二者的差异是：这个磁场是平移的，而不是旋转的，因此称为行波磁场。

　　显然，行波磁场的移动速度与旋转磁场在定子内圆表面上的线速度是一样的，即为Vs ，称为同步速度（m/s），且Vs =2f

　　再来看行波磁场对次级的作用。假定次级为栅形次级，次级导条在行波磁场切割下，将感应电动势并产生电流。而所有导条的电流和气隙磁场相互作用便产生电磁推力。在这个电磁推力的作用下，如果初级是固定不动的，那么次级就顺着行波磁场运动的方向作直线运动。若次级移动的速度用v表示，移动的差率（简称移差率）用s表示，则有：

　　Vs-V=sVs

　　V=（1-s）Vs

　　其中，在电机运动状态下，s在0与1之间。

　　3 PMAC+PC下的直线电机PID控制

　　直线电机的负载与直线电机的定子相连，负载的变化和外部扰动直接影响伺服系统的性能。因此，直线电机的控制需要采用闭环控制这种高精度的伺服控制。

　　PMAC提供的是PID+前馈控制的控制算法，其算法流程图如图2所示。