邮局订阅号：

８２－９４６３６０

元

／

年

技
术
创
新

控制系统

《

ＰＬＣ

技术应用

２００

例》

您的论文得到两院院士关注

１

前言

高速加工、微细加工是机械制造及科学研究的重要发展方

向，这要求进给系统具有较大的驱动力、较高的频响以及较高
的运动精度和位移刚度。永磁直线同步电机

（ＰＭＬＳＭ）

具有推力

大、损耗低、电气时间常数小、响应速度快、功率因数高、控制参

数可测、以及控制性能好等特点，与其他高速精密进给系统相
比，

ＰＭＬＳＭ

进给系统具有较大的优越性。因此，

ＰＭＬＳＭ

在提升

系统、电子制造业及高速精密数控系统中有开阔的应用前景，
受到众多学者的关注和研究。

本文中的永磁同步直线电机控制系统采用三环控制策略

即对位置环、速度环和电流环分别进行控制。直线电机位置伺

服控制系统如图

１

所示。其中，位置环和速度环为外环，电流环

为伺服系统的内环。在伺服控制系统的三个控制环中电流环位

于最内环，也是最重要的环节，因为在直线电机矢量控制系统
中，高性能的推力控制是通过电流控制器得到的，电流环性能
的好坏将直接影响外环及整个系统的性能。因此研究永磁同步

直线电机的电流检测系统具有重要意义。

图

１

永磁直线同步电机控制系统框图

２

基于磁场平衡式霍尔电流传感器的

电流检测技术

永磁直线电机的电流检测是通过电流传感器模块完成的，

由于交流直线电动机在额定工作状况下，工作电流较大，约为

５Ａ

左右，因此在对电流信号进行检测时，对电流传感器要求有

两点

：

一是产生正比于被测电流的信号，要求电流传感器具有较

高的精度、较快的响应时间和较好的工作稳定性，以达到实时
控制的目的；二是为了防止主电路与控制电路的相互干扰，必
须使主电路与控制电路相隔离。

因此，本系统的电流检测采用

ＣＳＮ

系列磁场平衡式电流传

感器作为电流检测元件，其特点是应用霍尔效应闭环补偿。具
有出色的精度，良好的线性度，低温飘，优秀的反应时间，频带
范围宽，频率范围可达，抗干扰能力强。利用电

－

磁

－

电转换原理

来构成，将互感器、磁放大器、霍尔元件和电子线路集成在一
起，具有较强的抗干扰能力，且动态响应较快，极易适合电机绕
组电流的检测，工作原理如图

２

所示。

图

２

霍尔电流传感器工作原理

图

２

中有一个用软磁材料制成的带有缝隙的聚磁环，缝隙

中放了一片霍尔元件。霍尔元件中通有一个固定的电流

Ｉ

ｃ

，聚

永磁直线同步电机电流检测系统设计

Ｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｌｉｎｅａｒｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｓ

（华中科技大学）

陈幼平张颖艾武梁超宇

ＣＨＥＮＹｏｕ－ｐｉｎｇＺＨＡＮＧＹｉｎｇＡＩＷｕＬＩＡＮＧＣｈａｏ－ｙｕ

摘要

：

直线驱动系统由于机械结构简单而获得广泛应用。本文提出一种基于磁场平衡式霍尔电流传感器的永磁直线同步电

机的电流检测系统及其实现方案。分析了电流检测系统的基本原理、电流信号的处理以及电流的过流保护的功能，实验结
果验证了电流检测系统的有效性。
关键词

：

永磁同步直线电机；霍尔电流传感器；过流保护

中图分类号

：ＴＰ２０７

文献标识码

：Ｂ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｌｉｎｅａｒｍｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｆｅａｓｉｂｌｅｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅ
ｃｕｒｒｅｎｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｂａｌａｎｃｅｄＨａｌｌｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｇｎａｌｐｒｏ－

ｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｏｖｅｒ－ｃｕｒｒｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｏｒａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｃｏｎｆｉｒｍｅｄｂｙｔｈｅｅｘ－

ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｌｉｎｅａｒｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ（ＰＭＬＳＭ）；Ｈａｌｌｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒ；ｏｖｅｒ－ｃｕｒｒｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｏｒ

文章编号

：１００８－０５７０（２００８）０６－

１

－００２３－０３

陈幼平

：

教授博士生导师

基金项目

：

国家自然科学基金项目

（６０４７４０２１）

２３

－