专利名称：一种机器人用异步电动机伺服驱动方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动机控制技术领域，特别涉及一种机器人用异步电动机伺服驱动方
法及系统。
背景技术：
首先简单介绍一下机器人，机器人是自动执行工作的机器装置。它的任务是协助或取代人类的工作，例如制造业、建筑业，或是危险的工作。 机器人的执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间连杆机构，其中的运动部分称为关节，主动关节个数通常称为机器人的自由度数。 机器人的关节由电动机来驱动，电动机在驱动器控制下实现位置、速度、加减速度和力矩的随动。电动机和驱动器构成的系统被称作伺服驱动系统。机器人对伺服驱动系统在电动机的位置精度、速度稳定性、加减速度的快速性、力矩的准确性以及运动控制的其它性能和精度等方面的要求都高于其它机械，因此机器人用电动机伺服驱动系统是一类高精度、高动态响应、高稳定性的伺服驱动系统。目前机器人用的电动机伺服驱动系统的电动机都是采用永磁同步电动机或直流电动机。永磁同步电动机的转子不能高速运转，否则定子绕组会产生很强的反电动势，要克服这种反电动势的作用，驱动器就得通过增大定子绕组的电流来使永磁同步电动机产生更大的定子磁动势，但是定子磁动势过强会使转子消磁。另一方面，永磁同步电动机会受工作温度的限制，温度达到永磁铁的居里点后，永磁铁会消磁。但是，机器人工作的环境有时相当恶劣，有些应用需要在高温环境下工作。而且永磁同步电动机伺服驱动系统的制造成本及材料成本都高于异步电动机构成的系统。直流电动机的伺服驱动系统由于直流电动机存在换向器，所以维护性差。在工业应用上已经被交流伺服驱动系统所取代。 因此，机器人利用永磁同步电动机来控制存在转速低，可靠性差的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供机器人用异步电动机伺服驱动方法及系统，能够
解决机器人利用永磁同步电动机来控制存在转速低，可靠性差的缺点。 本发明实施例提供一种机器人用异步电动机伺服驱动方法，包括以下步骤 实时监测异步电动机的当前运行状态，将监测的异步电动机的当前运行状态信息
反馈给控制器； 控制器将所述当前运行状态信息与给定的指令值相比较得到对应的控制指令值； 由所述控制指令值对异步电动机进行控制。 优选地，当所述当前运行状态信息为异步电动机的实际角度时，对异步电动机进行位置控制，具体为 控制器将异步电动机的实际角度与位置给定指令值做差，将差值进行PI调节以
4后得到转速控制指令值； 转速控制指令值与异步电动机的实际角频率做差，由两者的差值得到电磁转矩指令值； 将电磁转矩指令值和转矩电流之差经过电压方程得到转矩电压指令值； 由励磁电流控制值计算得到励磁电压指令值；所述励磁电流控制值为励磁电流指
令值和励磁电流之差； 由转矩电压控制值和励磁电压控制值经过M-T坐标到三相交流坐标变换得到异步电动机的三相电压控制值；M-T坐标系与异步电动机的转子旋转磁场同步旋转，并规定M轴沿转子磁链方向，T轴沿M轴逆时针转90度；所述励磁电压控制值为励磁电压指令值和励磁解耦电压之差；所述转矩电压控制值为转矩电压指令值和转矩解耦电压之差；
SVP丽逆变器将输入的三相电压控制值转变为三相正弦电流并输入到异步电动机的定子绕组中，实现对异步电动机的伺服控制。 优选地，所述转速控制指令值"rnT与异步电动机的实际角频率"J故差，由两者的差值得到电磁转矩指令值，具体为
『 *
C = 7^ A + 4》(0
丄"， /=i 其中，k表示当前的采样时刻；Lm表示异步电动机定子绕组的自感；i;表示异步电动机转子的时间常数；Vr表示异步电动机的转子磁链；o^表示异步电动机的转差；Kp。表示消除误差e(k)影响的比例增益；K^表示消除累积误差e(k)影响的积分增益。
优选地，将电磁转矩指令值iT' *和转矩电流iT之差经过电压方程得到转矩电压指令惶Ut' *;具体为 《二 i^,,, ,e,T =,其中KpT表示增益系数，iT表示转矩电流。 优选地，当对异步电动机的位置进行控制时进行转速和转矩限幅。 本发明实施例还提供一种机器人用异步电动机伺服驱动系统，包括反馈单元、比
较单元和控制单元； 所述反馈单元，用于实时监测异步电动机的当前运行状态，将监测的异步电动机的当前运行状态信息反馈给比较单元； 所述比较单元，用于将所述当前运行状态信息与给定的指令值相比较得到对应的控制指令值； 所述控制单元，用于由所述控制指令值对异步电动机进行控制。 优选地，当所述反馈单元反馈的当前运行状态信息为异步电动机的实际角度时，
所述比较单元包括位置控制单元、转速控制单元、转矩电流控制单元、励磁电流控制单元、
坐标转换单元和SVP丽逆变单元； 所述位置控制单元，用于将异步电动机的实际角度与位置给定指令值做差，将差值进行PI调节以后得到转速控制指令值； 所述转速控制单元，用于将转速控制指令值与异步电动机的实际角频率做差，由两者的差值得到电磁转矩指令值； 所述转矩电流控制单元，用于将电磁转矩指令值和转矩电流之差经过电压方程得
5到转矩电压指令值； 所述励磁电流控制单元，用于由励磁电流控制值经过电压方程得到励磁电压指令值；
坐标转换单元，用于由转矩电压控制值和励磁电压控制值经过M-T坐标到三相交 流坐标变换得到异步电动机的三相电压控制值；M-T坐标系与异步电动机的转子旋转磁场 同步旋转，并规定M轴沿转子磁链方向，T轴沿M轴逆时针转90度；所述励磁电压指令值为 励磁电压控制值和励磁解耦电压之差；所述转矩电压控制值为转矩电压指令值与转矩解耦 电压之差； SVP丽逆变单元，用于将输入的三相电压控制值转变为三相正弦电流并输入到异 步电动机的定子绕组中，实现对异步电动机的伺服控制。 优选地，所述转速控制单元，用于将转速控制指令值与异步电动机的实际角 频率oj故差，由两者的差值得到电磁转矩指令值，具体为
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，k表示当前的采样时刻；Lm表示异步电动机定子绕组的自感；i;表示异步电 动机转子的时间常数；Vr表示异步电动机的转子磁链；o^表示异步电动机的转差；Kp。表 示消除误差e(k)影响的比例增益；K^表示消除累积误差e(k)影响的积分增益。
优选地， 所述转矩电流控制单元，用于将电磁转矩指令值iT' *和转矩电流iT之差经过电 压方程得到转矩电压指令值UT' * ;具体为 = =《-G.,其中KpT表示增益系数，iT表示转矩电流。 优选地，还包括解耦单元，用于由转矩电流和励磁电流解耦得到励磁解耦电压和
转矩解耦电压。 与现有技术相比，本发明具有以下优点 本发明提供的机器人用异步电动机伺服驱动方法及系统，可以满足机器人控制系 统对伺服驱动装置在精度和性能方面的要求。采用异步电动机的当前运行状态信息和控制 器给定的指令值相比较，以差值作为控制指令，这样可以实现实时地闭环控制。由于异步电 动机的转速可以达到很高，而且其工作环境可以不受温度的限制，因此可以避免采用永磁 同步电动机驱动时带来的缺点。
图i是本发明提供的方法实施例一流程图；
图2是本发明提供的方法实施例二流程图；
图3是本发明提供的系统实施例一示意图；
图4是本发明提供的系统实施例二示意图；
图5是本发明提供的系统实施例三示意图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。 本发明实施例对异步电动机的伺服控制采取闭环控制，可以包括位置控制、转速 控制和转矩控制。 为了使本领域技术人员能够更好地理解和实施本发明，下面介绍几个技术术语。
将异步电动机定子的三相绕组A、 B、 C所在的坐标系定义为静止三相坐标系，将异 步电动机转子的三相绕组a、b、c所在的坐标系定义为二相旋转坐标系，用M-T表示。其中， M-T坐标系与异步电动机的转子旋转磁场同步旋转，并规定M轴沿转子磁链方向，T轴沿M 轴逆时针转90度。 从异步电动机的电源输入线上通过电流传感器测量异步电动机的A相电流和B相 电流，分别用"和iB表示。 由静止三相坐标系到M-T坐标系的转换公式(l)，可以由^和"计算转子的励磁 电流和转矩电流，其中励磁电流和转矩电流分别用1m和iT来表示，转换公式(1)具体如下
<formula>formula see original document page 7</formula>L7F」 其中e是M轴与异步电动机A相定子绕组的轴线之间的夹角，e可以有异步电
动机的电源频率"s积分得到。 需要说明的是，本发明实施例提供的异步电动机伺服驱动系统的控制方法可以采
用单独的位置控制，也可以采用单独的转速控制，还可以采用单独的转矩控制。 实施例一 参见图l，该图为本发明提供的方法实施例一流程图。 本实施例提供的机器人用异步电动机伺服驱动方法，包括以下步骤 Sl :实时监测异步电动机的当前运行状态，将监测的异步电动机的当前运行状态
信息反馈给控制器。 S2:控制器将所述当前运行状态信息与给定的指令值相比较得到对应的控制指令值。
S3 :由所述控制指令值对异步电动机进行控制。 本发明提供的机器人用异步电动机伺服驱动方法，可以满足机器人控制系统对伺
服驱动装置在精度和性能方面的要求。采用异步电动机的当前运行状态信息和控制器给定
的指令值相比较，以差值作为控制指令，这样可以实现实时地闭环控制。由于异步电动机的
转速可以达到很高，而且其工作环境可以不受温度的限制，因此可以避免采用永磁同步电
动机驱动时带来的缺点。
实施例二
0066] 下面首先介绍位置控制。 参见图2，该图为本发明提供的方法实施例二流程图。
S101 :位置传感器将测得的异步电动机的实际角度9 r反馈给控制器，控制器将异
步电动机的实际角度、与位置给定指令值ej^做差，将两者的差值进行pi调节以后得
到转速控制指令值
S102 :转速控制指令值" *与异步电动机的实际角频率"J故差，由两者的差值 得到电磁转矩指令值iT' *。
iT' *的具体计算公式如下 其中，k表示当前的采样时刻；Lm表示异步电动机定子绕组的自感；Tr表示异步电 动机转子的时间常数；Vr表示异步电动机的转子磁链；o^表示异步电动机的转差；Kp。表 示消除误差e(k)影响的比例增益；K^表示消除累积误差e(k)影响的积分增益。
需要说明的是，当转子转速小于或等于异步电动机额定频率时，Vr为固定值，当
转子转速大于异步电动机额定频率时，按异步电动机的设计或试验得到的规律减小。此处，异步电动机的转差计算式是: =1飾，+^化化〈叫或^〉A，"s定
子电源的频率，^= "se+"M， "M是异步电动机的电角频率。a、b、c为常数，异步电动机 设计参数由异步电动机厂家提供或测试获得。"。为低频转差非线性转折频率，C0k为高频 转差非线性转折频率，由异步电动机厂家提供或测试获得。 S103 :将电磁转矩指令值iT' ^和转矩电流iT之差经过电压方程得到转矩电压指令 惶Ut' *。
电磁转矩指令值iT' *和转矩电流iT之差为转矩电流的控制值iT*。 具体如下
=《p7.e,T ,e,T =《-/7.，其中KpT表示增益系数。 S104:转矩电压指令值UT' ^和转矩解耦电压u/做差得到转矩电压控制值u/ 下面介绍如何获得励磁电压控制值uM*。
首先由励磁电流iM计算转子磁链Vr，具体的计算公式如下 K"",j^ (3) 其中，Vr表示转子磁链；Tr表示转子时间常数；Lm表示异步电动机定子的自感；P 表示微分算子。 磁链给定指令值1^**和转子磁链Vr做差后计算励磁电流指令值iM *，具体的计 算公式如下 & =~)T^(^V -K) ( 4 J 励磁电流指令值iM *和励磁电流iM做差后得到励磁电流控制值iM*。
由励磁电流控制值iM*计算得到励磁电压指令值UM *，具体的计算公式如下《=i^Me,M ，e,M = c 一 zM ,其中KpM表示增益系数。 励磁电压指令值UM *和励磁解耦电压％'做差得到励磁电压控制值u/。 下面结合如何获得转矩解耦电压u/和励磁解耦电压u/ ，具体的计算公式如
8<formula>formula see original document page 9</formula>(5) 其中，P表示微分算子；o表示漏磁系数，= 1 - Z2 ， / ; Lm表示异步电动机定
子绕组的自感；RS表示异步电动机定子绕组的内阻；Lr表示异步电动机转子绕组的自感；Rr 表示异步电动机转子绕组的内阻；U^表示定子磁链，本发明中定义定子磁链与转子磁链相 等，艮卩Vm = Vr。 需要说明的是，无论是位置控制，还是转速控制或转矩控制，均需要励磁控制环 路，这是为了给转子提供旋转的磁场。励磁控制是通过将磁链指令值与励磁电流相结合来 控制输出的励磁电压控制值。由于励磁电流是异步电动机的反馈值，这样可以实现闭环控 制。 S105 :由转矩电压控制值uT*和励磁电压控制值uM*经过M-T坐标到三相交流坐标 变换可以得到异步电动机的三相电压控制值uA*、 uB*和uc*。 S106 :SVP丽逆变器将输入的u/、u/和《转变为三相正弦电流并输入到异步电动 机的定子绕组中，实现对异步电动机的伺服控制。 由转矩电压控制值uT*和励磁电压控制值uM*计算三相电压控制值uA*、uB*和uc*的 计算公式具体如下
1
0
cos61 sin 6
一sin夕 cos^w7.
(6)
l/c = 一W爿—w5 实施例二介绍的异步电动机伺服驱动系统是对机器人采取位置控制，需要说明的 是，上位机的控制指令为位置控制时，异步电动机伺服驱动系统对机器人采取位置控制。
需要说明的是，本实施例提供的位置控制，位置定位精度可以达到±1脉冲，异步 电动机的位置具体可以由位置检测传感器获得，例如光学编码器和旋转变压器。
需要说明的是，位置控制时可以进行转速和转矩限幅。 转速限幅具体为 其中，
《=《—("+《w Z & (0当
为转速限幅设定值。
气， < 份lu
9
转矩限幅具体为
其中，iT lit 实施例三
下面介绍转速控制 S201 :转速给定指令值
、zr = znim
为转矩限幅设定值。
得到电磁转矩指令值
"rnT与异步电动机的实际角频率"r做差，由两者的差值
的具体计算公式如下
定的值:
J7 、，
(7)
e("=《(KA;)
需要说明的是，公式(7)与公式(2)的计算方法相同。
需要说明的是，转速给定指令值"rnT是由异步电动机伺服驱动系统的控制器给
转速控制的后续步骤与位置控制相同，即与S102-S106相同，在此不再赘述。 实施例三介绍的异步电动机伺服驱动系统是对机器人采取转速控制，需要说明的 是，上位机的控制指令为转速控制时，异步电动机伺服驱动系统对机器人采取转速控制。
需要说明的是，本实施例提供的转速控制中，转速控制可以达到最低值为 1/100Hz、l/256Hz、l/512Hz，最大值600Hz，转速控制精度可以达到小于或等于0. 05Hz，加 减速度指令范围l/65535Hz 1Hz，转矩指令范围在电动机额定转矩的10% 300%。
需要说明的是，转速控制时可以进行转矩限幅，具体的转矩限幅与实施例二中的 相同，在此不再赘述。
实施例四
下面介绍转矩控制 S301 :由转矩给定指令值1\**计算转矩电流给定指令值iT**。
具体的计算公式如下 'V
丄
(8)
时imm
的值。
其中，Pn表示异步电动机的极对数；i皿表示产生转子磁链的等效励磁电流；稳态 im， Lm表示异步电动机定子绕组的自感；Lr表示异步电动机转子绕组的自感。 需要说明的是，转矩给定指令值TT**是由异步电动机伺服驱动系统的控制器给定
由
S302 :转矩电流给定指令值i^和转矩电流iT做差得到转矩电流的控制值iT 电压方程得到转矩电压指令值UT' *。 需要说明的是，由转矩电流的控制值i/经过电压方程计算转矩电压指令值UT' * 与实施例二中的S103相同，在此不再赘述。 转矩控制的后续步骤与实施例二的后续步骤相同，即与S104-S106相同。
实施例四介绍的异步电动机伺服驱动系统是对机器人采取转矩控制，需要说明的
10是，上位机的控制指令为转矩控制时，异步电动机伺服驱动系统对机器人采取转矩控制。
需要说明的是，转矩控制时可以进行转速限幅，具体的转速限幅与实施例二中的 相同，在此不再赘述。 位置指令、转速指令、转矩指令均可同时或独立在线改变，指令值改变后，电动机 按照指令值实际运动。位置指令、速度指令和转矩指令三种指令可以通过不同接口与上位 机连接进行通讯。 基于以上实施例提供的机器人用异步电动机伺服驱动方法，本发明实施例还提供
一种机器人用异步电动机伺服驱动系统，下面结合附图进行详细描述。 参见图3，该图为本发明提供的系统第一实施例示意图。 本实施例提供的机器人用异步电动机伺服驱动系统，包括反馈单元401、比较单 元402和控制单元403。 所述反馈单元401，用于实时监测异步电动机的当前运行状态，将监测的异步电动 机的当前运行状态信息反馈给比较单元402。 所述比较单元402，用于将所述当前运行状态信息与给定的指令值相比较得到对 应的控制指令值。 所述控制单元403，用于由所述控制指令值对异步电动机进行控制。 本发明提供的机器人用异步电动机伺服驱动系统，可以满足机器人控制系统对伺
服驱动装置在精度和性能方面的要求。采用异步电动机的当前运行状态信息和控制器给定
的指令值相比较，以差值作为控制指令，这样可以实现实时地闭环控制。由于异步电动机的
转速可以达到很高，而且其工作环境可以不受温度的限制，因此可以避免采用永磁同步电
动机驱动时带来的缺点。 参见图4，该图为本发明提供的系统第二实施例示意图。 本实施例以监测异步电动机的实际角度，对异步电动机进行位置控制为例进行详 细介绍。 当所述反馈单元反馈的当前运行状态信息为异步电动机的实际角度时，所述比较 单元包括位置控制单元、转速控制单元、转矩电流控制单元、励磁电流控制单元、坐标转换 单元和SVP丽逆变单元。
所述位置控制单元，用于将异步电动机的实际角度er与位置给定指令值9_**做
差，将差值进行PI调节以后得到转速控制指令值； 所述转速控制单元，用于将转速控制指令值与异步电动机的实际角频率做差，由 两者的差值得到电磁转矩指令值 所述转矩电流控制单元，用于将电磁转矩指令值"和转矩电流之差经过电压方 程得到转矩电压指令值UT' *; 所述励磁电流控制单元，用于将励磁电流指令值iM *和励磁电流iM之差经过电压 方程得到励磁电压指令值UM *。 需要说明的是，励磁电流指令值iM *和励磁电流iM之差为励磁电流控制值iM*。
坐标转换单元，用于由转矩电压控制值uT*和励磁电压控制值uM*经过M-T坐标到 三相交流坐标变换得到异步电动机的三相电压控制值；M-T坐标系与异步电动机的旋转磁 场同步旋转，并规定M轴沿转子磁链方向，T轴沿M轴逆时针转90度；所述励磁电压控制值u/为励磁电压指令值UM *和励磁解耦电压％'之差；所述转矩电压控制值u/为转矩电压 指令惶Ut' *与转矩解耦电压1!/之差。 SVP丽逆变单元，用于将输入的三相电压控制值转变为三相正弦电流并输入到异
步电动机的定子绕组中，实现对异步电动机的伺服控制。 需要说明的是，转矩电流和励磁电流是由异步电动机的相电流经过坐标转换得到 的，具体可以参见公式(1)。 参见图5，该图为本发明提供的系统实施例三示意图。 励磁解耦电压和转矩解耦电压是由解耦单元通过励磁电流和转矩电流解耦得到 的，具体可以参见公式(5)。 需要说明的是，需要说明的是，无论是位置控制，还是转速控制或转矩控制，均需 要励磁控制环路，这是为了给转子提供旋转的磁场。励磁控制是通过将磁链指令值与励磁 电流相结合来控制输出的励磁电压控制值。由于励磁电流是异步电动机的反馈值，这样可 以实现闭环控制。 下面具体介绍励磁的计算。本实施例提供的系统还包括磁链计算单元和磁链控制 单元，其中磁链计算单元是由励磁电流计算转子磁链。 磁链控制单元用于将磁链给定指令值11^**和转子磁链Vr的差值经过计算得到励 磁电流指令值iM *。 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明 技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离 本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同 变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
一种机器人用异步电动机伺服驱动方法，其特征在于，包括以下步骤实时监测异步电动机的当前运行状态，将监测的异步电动机的当前运行状态信息反馈给控制器；控制器将所述当前运行状态信息与给定的指令值相比较得到对应的控制指令值；由所述控制指令值对异步电动机进行控制。
2. 根据权利要求1所述的机器人用异步电动机伺服驱动方法，其特征在于，当所述当前运行状态信息为异步电动机的实际角度时，对异步电动机进行位置控制，具体为控制器将异步电动机的实际角度与位置给定指令值做差，将差值进行PI调节以后得到转速控制指令值；转速控制指令值与异步电动机的实际角频率做差，由两者的差值得到电磁转矩指令值；将电磁转矩指令值和转矩电流之差经过电压方程得到转矩电压指令值；由励磁电流控制值计算得到励磁电压指令值；所述励磁电流控制值为励磁电流指令值和励磁电流之差；由转矩电压控制值和励磁电压控制值经过M-T坐标到三相交流坐标变换得到异步电动机的三相电压控制值；M-T坐标系与异步电动机的转子旋转磁场同步旋转，并规定M轴沿转子磁链方向，T轴沿M轴逆时针转90度；所述励磁电压控制值为励磁电压指令值和励磁解耦电压之差；所述转矩电压控制值为转矩电压指令值和转矩解耦电压之差；SVP丽逆变器将输入的三相电压控制值转变为三相正弦电流并输入到异步电动机的定子绕组中，实现对异步电动机的伺服控制。
3. 根据权利要求2所述的机器人用异步电动机伺服驱动方法，其特征在于，所述转速控制指令值" *与异步电动机的实际角频率"r做差，由两者的差值得到电磁转矩指令值，具体为一 A:4* = f ^鳥++《/ Z e(/)/0) = w: ,(A:)-A(A:)其中，k表示当前的采样时刻；Lm表示异步电动机定子绕组的自感；Tr表示异步电动机转子的时间常数；Vr表示异步电动机的转子磁链；o^表示异步电动机的转差；Kp。表示消除误差e(k)影响的比例增益；K^表示消除累积误差e(k)影响的积分增益。
4. 根据权利要求2所述的机器人用异步电动机伺服驱动方法，其特征在于，将电磁转矩指令值i/*和转矩电流iT之差经过电压方程得到转矩电压指令值UT' * ;具体为《=X,e,r ，& =《,其中KpT表示增益系数，iT表示转矩电流。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的机器人用异步电动机伺服驱动方法，其特征在于，当对异步电动机的位置进行控制时进行转速和转矩限幅。
6. —种机器人用异步电动机伺服驱动系统，其特征在于，包括反馈单元、比较单元和控制单元；所述反馈单元，用于实时监测异步电动机的当前运行状态，将监测的异步电动机的当前运行状态信息反馈给比较单元；所述比较单元，用于将所述当前运行状态信息与给定的指令值相比较得到对应的控制指令值；所述控制单元，用于由所述控制指令值对异步电动机进行控制。
7. 根据权利要求6所述的机器人用异步电动机伺服驱动系统，其特征在于，当所述反馈单元反馈的当前运行状态信息为异步电动机的实际角度时，所述比较单元包括位置控制单元、转速控制单元、转矩电流控制单元、励磁电流控制单元、坐标转换单元和SVP丽逆变单元；所述位置控制单元，用于将异步电动机的实际角度与位置给定指令值做差，将差值进行PI调节以后得到转速控制指令值；所述转速控制单元，用于将转速控制指令值与异步电动机的实际角频率做差，由两者的差值得到电磁转矩指令值；所述转矩电流控制单元，用于将电磁转矩指令值和转矩电流之差经过电压方程得到转矩电压指令值；所述励磁电流控制单元，用于由励磁电流控制值经过电压方程得到励磁电压指令值；坐标转换单元，用于由转矩电压控制值和励磁电压控制值经过M-T坐标到三相交流坐标变换得到异步电动机的三相电压控制值；M-T坐标系与异步电动机的转子旋转磁场同步旋转，并规定M轴沿转子磁链方向，T轴沿M轴逆时针转90° ;所述励磁电压指令值为励磁电压控制值和励磁解耦电压之差；所述转矩电压控制值为转矩电压指令值与转矩解耦电压之差；SVP丽逆变单元，用于将输入的三相电压控制值转变为三相正弦电流并输入到异步电动机的定子绕组中，实现对异步电动机的伺服控制。
8. 根据权利要求7所述的机器人用异步电动机伺服驱动系统，其特征在于，所述转速控制单元，用于将转速控制指令值" *与异步电动机的实际角频率"r做差，由两者的差值得到电磁转矩指令值，具体为<formula>formula see original document page 3</formula>其中，k表示当前的采样时刻；Lm表示异步电动机定子绕组的自感；Tr表示异步电动机转子的时间常数；Vr表示异步电动机的转子磁链；o^表示异步电动机的转差；Kp。表示消除误差e(k)影响的比例增益；K^表示消除累积误差e(k)影响的积分增益。
9. 根据权利要求7所述的机器人用异步电动机伺服驱动系统，其特征在于，所述转矩电流控制单元，用于将电磁转矩指令值iT' *和转矩电流iT之差经过电压方程得到转矩电压指令值u/ *;具体为<formula>formula see original document page 3</formula>，其中KpT表示增益系数，iT表示转矩电流。
10. 根据权利要求7所述的机器人用异步电动机伺服驱动系统，其特征在于，还包括解耦单元，用于由转矩电流和励磁电流解耦得到励磁解耦电压和转矩解耦电压。
全文摘要
本发明提供一种机器人用异步电动机伺服驱动方法及系统，其中所述方法包括实时监测异步电动机的当前运行状态，将监测的异步电动机的当前运行状态信息反馈给控制器；控制器将所述当前运行状态信息与给定的指令值相比较得到对应的控制指令值；由所述控制指令值对异步电动机进行控制。由于异步电动机的转速可以达到很高，而且其工作环境可以不受温度的限制，因此可以避免采用永磁同步电动机驱动时带来的缺点。
文档编号H02P27/05GK101777868SQ201010103989
公开日2010年7月14日 申请日期2010年2月2日 优先权日2010年2月2日
发明者孙昌国 申请人:北京科技大学