1.一种基于力位融合的水晶加工专用伺服电机驱动器装置,其特征在于,包括硬件部分和软件部分;硬件部分包括:电源整流与降压模块,用于将输入220V交流电整流为直流电作为母线供电,并降压给其他模块供电;通信电路模块,用于专用伺服电机驱动器装置与水晶加工装置的上位机控制器通信;存储器模块,用于保存上位机控制器发送的加工参数;智能功率模块,用于接收控制信号并输出驱动信号;电流采集模块,用于采集和调理水晶加工装置升降电机内部电机绕组的电流;编码器采集模块,用于采集和调理水晶加工装置升降电机内部编码器的信号;主控计算模块,用于处理各硬件模块的信号,进行各个软件模块的计算;软件部分包括:通讯软件模块,用于处理通讯电路模块的信号,与上位机控制器进行通信,将磨削力矩、加工进深等加工参数保存至存储器模块中;电流计算模块,用于对电流采集模块采集的信号进行软件滤波和坐标变换,得到电机绕组的实际dq轴电流;角度计算模块,用于对编码器采集模块采集的信号进行滤波和处理,得到升降电机转子的角度位置;力位融合水晶加工控制模块,用于进行基于力位融合的水晶加工的计算和处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于力位融合的水晶加工专用伺服电机驱动器装置,其特征在于,力位融合水晶加工控制模块,具体实现如下:力位融合水晶加工控制模块读取存储器模块中保存的加工面设定磨削力矩,换算得到对应的参考dq轴电流,并将参考dq轴电流与电流计算模块处理得到的实际dq轴电流进行PI计算得到dq轴电压u d 、u q ,其中力矩-电流换算表达式为:其中,T e 表示力矩, 表示q轴转矩电流, 表示d轴励磁电流,ψ f 表示磁链;计算dq轴耦合量,对dq轴电压进行电压前馈解耦得到u' d 、u' q ,保证输出力矩准确稳定,具体为:计算d轴耦合项,公式为:C d =ω e L q i q其中ω e 表示转子转速;计算q轴耦合项,公式为:C q =-ω e (L d i d +ψ f )将PI计算得到的dq轴电压减去耦合项,公式为:其中,u d 表示PI计算得到的d轴电压,u q 表示PI计算得到的q轴电压,u' d 表示电压前馈解耦后的d轴电压,u' q 表示电压前馈解耦后的q轴电压;将电压前馈解耦后的u' d 、u' q 进行SVPWM调制,得到控制脉冲,并传输给智能功率模块,以驱动升降电机以恒力矩模式带动磨盘加工工件;同时,力位融合水晶加工控制模块接收处理角度计算模块输出的升降电机转子角度位置数据,计算磨盘当前位置,并读取存储器中保存的加工面设定加工进深参数,当检测到磨盘运行至设定加工进深,控制升降电机停止工作。
3.一种基于力位融合的水晶加工方法,其特征在于,包括以下步骤:S1,水晶加工装置各轴电机初始化复位;S2,在水晶加工装置上位机控制器中设置加工参数,包括:行面、加工面加工力矩、加工进深、转角、摆角、退位位置;S3,水晶加工装置转角电机和摆角电机带动工件旋转,上位机控制器将加工面磨削力矩、加工进深参数传输给专用伺服电机驱动器;S4,待工件旋转到位,专用伺服电机驱动器根据设定的力矩控制升降电机以恒力矩模式带动磨盘上升;S5,力位融合水晶加工控制模块实时检测磨盘位置,当磨盘到达设定的加工进深,升降电机停止工作;S6,升降电机带动磨盘退位至设定的安全位置,完成该加工面加工,并向上位机控制器发送完成信号;S7,重复步骤S3至S6,即实现对各加工面的加工;S8,完成所有加工面,各轴电机复位;
4.根据权利要求3所述的一种基于力位融合的水晶加工方法,其特征在于,S4具体步骤如下:S4.1,通过通讯软件模块将步骤S3上位机控制器传输的加工面磨削力矩、加工进深加工参数保存至存储器模块中;S4.2,力位融合水晶加工控制模块读取存储器模块中保存的加工面设定磨削力矩,换算得到对应的参考dq轴电流,并将参考dq轴电流与电流计算模块处理得到的实际dq轴电流进行PI计算得到dq轴电压u d 、u q ,其中力矩表达式为:其中,T e 表示力矩,p n 表示极对数,i q 表示q轴转矩电流,i d 表示d轴励磁电流,L d 表示d轴电感,L q 表示q轴电感,ψ f 表示磁链;令公式(1)中的d轴励磁电流i d 为 且 q轴转矩电流为 极对数p n 为2,则公式(1)可改写为:将设定力矩换算成参考电流值,将公式(2)改写为:S4.3,计算dq轴耦合量,对dq轴电压进行电压前馈解耦得到u' d 、u' q ,保证输出力矩准确稳定;计算d轴耦合项,公式为:C d =ω e L q i q (4)其中ω e 表示转子转速;计算q轴耦合项,公式为:C q =-ω e (L d i d +ψ f ) (5)将PI计算得到的dq轴电压减去耦合项,公式为:其中,u d 表示PI计算得到的d轴电压,u q 表示PI计算得到的q轴电压,u' d 表示电压前馈解耦后的d轴电压,u' q 表示电压前馈解耦后的q轴电压;S4.4,将电压前馈解耦后的u' d 、u' q 进行SVPWM调制,得到控制脉冲,并传输给智能功率模块,智能功率模块驱动升降电机以恒力矩模式带动磨盘加工工件。
5.根据权利要求4所述的一种基于力位融合的水晶加工方法,其特征在于,S5具体实现如下:力位融合水晶加工控制模块接收处理角度计算模块输出的升降电机转子角度位置数据,计算磨盘当前位置,并读取存储器中保存的加工面设定加工进深参数,当检测到磨盘运行至设定加工进深,控制升降电机停止工作。