提高直接驱动电动机系统刚度的机电一体化设计.pdfVIP

第 卷第 期 机 械 工 程 学 报 37 8 VOI . 37 NO . 8 年 月 CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING 2 0 0 1 8 Aug . 2 0 0 1 提高直接驱动电动机系统刚度的机电一体化设计! 苏玉鑫 段宝岩 （西安电子科技大学机电工程学院 西安 7 1007 1） 南仁东 彭 勃 （中科院北京天文台） 摘要：直接驱动电动机具有结构简单、控制性能高的特点，但扰动转矩直接影响其控制性能，较高的伺服刚度是减 小转矩扰动对控制精度影响的有效手段。然而，过高的刚度会使被控直接驱动电动机系统不稳定，甚至产生振荡。 设计一种电流变可调阻尼器，直接附加在电动机的转轴上，通过外加电压可以调节电流变阻尼器的阻尼系数，从而 可以提高系统的刚度而又不会引起系统的振荡。推导了电流变可调阻尼器的阻尼系数模型，并通过位置式PD 控 制直接驱动电动机系统的数值仿真，验证了上述基于电流变可调阻尼器的直接驱动电动机系统刚度提高设计方法 的有效性。 叙词：直接驱动电动机 机电一体化 系统刚度 电流变阻尼器 中图分类号： T H - 39 T H166 械阻尼系数，虽然速度反馈可以提供附加阻尼，但由 于微机、放大器和 （ ）转换器延时的影响，过 0 前言 A/ D D/ A 高的增益会使控制系统产生振荡。因此，很难满足 伺服驱动系统在工业控制领域得到了广泛的应 被控系统既有较高的刚度，同时又有良好的稳定性 ［］ 1 ［］ 用 。传统的伺服驱动系统包括伺服电动机、减速 的要求6 。 器和相应的控制器。由于减速器系统弹性的影响， 本文利用电流变液特有的电流变效应，设计了 在高精度运动控制的场合会使系统产生不稳定，甚 一种电流变可调阻尼器附加在直接驱动电动机的转 至引起系统的振荡。而且，传统伺服系统中的摩擦 轴上，通过改变外加电压的大小来控制直接驱动电 和齿轮（或滚珠丝杠）的间隙等一些非线性因素，也 动机所获得的附加阻尼，从而可实现直接驱动电动 ［，］ 会引起较严重的问题2 3 。 机系统既具有较高的系统刚度以克服转矩波动和外 而直接驱动（ ， ）电动机由于直接 Direct drive DD 载变化的影响，同时又使系统具有良好的稳定性。 采用电动机与被驱动载荷相联，不含有减速器系统， 文中，对电流变阻尼器的机械结构进行了设计，并 从而避免了上述的减速器系统的弹性和摩擦、间隙 详细地推导了该电流变阻尼器的动力学模型，最后 等因素的影响，使直接驱动系统具有较高的系统刚 通过数值仿真验证了上述方案的有效性和可行 ［］ 度，可实现高精度的位置控制4 。但直接驱动电动 性。 机驱动系统与传统的带有减速装置的伺服电动机驱 动系统相比，其控制性能更易受到转矩扰动和参数