數(shù)控的技術(shù)伺服PPT課件

1、 當(dāng)當(dāng)C（飽和值不變時(shí)），若（飽和值不變時(shí)），若f1減小，必須使減小，必須使U減減小，即保持小，即保持 （常數(shù)）否則，當(dāng)（常數(shù)）否則，當(dāng)f1減小，減小，U不變化不變化時(shí)，使定子，使定子鐵芯處于過飽和狀態(tài)，可能過熱燒時(shí)，使定子，使定子鐵芯處于過飽和狀態(tài)，可能過熱燒壞電機(jī)。壞電機(jī)。 即即C，使繞組中電流，使繞組中電流I2不變，從式不變，從式T=Cm I2 cos，TC，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。CfU1 當(dāng)當(dāng)f1 50HZ，若仍維持，若仍維持 ，必然使，必然使U超過額定值，這超過額定值，這是不允許的。是不允許的。通常當(dāng)通常當(dāng)f1 50HZ時(shí)，使時(shí)，使U=C，當(dāng)，當(dāng)f1增大時(shí)，增大時(shí)，減小，由于

2、感減小，由于感抗增加，繞組中電流抗增加，繞組中電流I2減小，使輸出轉(zhuǎn)矩減小，使輸出轉(zhuǎn)矩T減小。當(dāng)減小。當(dāng)n增大增大輸出功率輸出功率P保持不變，近似為恒功率調(diào)速。保持不變，近似為恒功率調(diào)速。CfU 1第1頁/共19頁 （010V）信號(hào)經(jīng)）信號(hào)經(jīng)V/F變換變換 脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)分頻器中有計(jì)數(shù)分頻器中有（0359）360個(gè)數(shù)碼，每二個(gè)數(shù)碼，每二進(jìn)制碼對(duì)應(yīng)進(jìn)制碼對(duì)應(yīng)1，用于，用于EPROM地址選擇。地址選擇。 EPROM存放正弦存放正弦波形，波形，360個(gè)波形值（個(gè)波形值（1對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)一個(gè)值）計(jì)數(shù)分頻器從一個(gè)值）計(jì)數(shù)分頻器從0計(jì)到計(jì)到360后從零重新開始。計(jì)滿后從零重新開始。計(jì)滿360正正好取出一個(gè)

3、正弦的波形值（從好取出一個(gè)正弦的波形值（從EPROW D/A 正弦正弦波波A、B、C相位角相差相位角相差120。 正弦波的幅值和頻率保持一定的比例關(guān)系，幅值通過計(jì)算正弦波的幅值和頻率保持一定的比例關(guān)系，幅值通過計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。機(jī)來實(shí)現(xiàn)。微機(jī)控制的微機(jī)控制的PWMPWM實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)第2頁/共19頁6.5 交流伺服電機(jī)的矢量控制交流伺服電機(jī)的矢量控制 異步電機(jī)的矢量變換控制，是一種異步電機(jī)的矢量變換控制，是一種新的控制理論方法，作用是使異步電新的控制理論方法，作用是使異步電機(jī)能像直流電機(jī)那樣，實(shí)現(xiàn)磁通小轉(zhuǎn)機(jī)能像直流電機(jī)那樣，實(shí)現(xiàn)磁通小轉(zhuǎn)矩的單元矩的單元 控制，獲得好的控制特性。控制，獲得好的控制特性。若

4、異步電機(jī)的三相固定定子繞組若異步電機(jī)的三相固定定子繞組A、B、C上，通以三相正弦平衡交流電上，通以三相正弦平衡交流電iA 、iB、iC時(shí)，就形成了定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)，就形成了定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Fs，其，其旋轉(zhuǎn)方向決定于三相電流的相序，旋旋轉(zhuǎn)方向決定于三相電流的相序，旋轉(zhuǎn)角頻率三相電流角頻率轉(zhuǎn)角頻率三相電流角頻率s。三相異步電機(jī)可用右圖固定兩相繞組三相異步電機(jī)可用右圖固定兩相繞組D、Q異步電機(jī)來等效，角頻率異步電機(jī)來等效，角頻率s定子定子旋轉(zhuǎn)磁式旋轉(zhuǎn)磁式Fs，但要滿足條件為：，但要滿足條件為：第3頁/共19頁CBAQDiiiii43sin32sin2sin43cos32cos0cos32(618)tIis

5、AAcos2)32cos(2tIisAB)32cos(2tIisAc(619)若若則則tIisAsin3tIisADcos3(620) 式式(618)的系數(shù)矩陣為三相固定繞組兩相固定繞組的變換矩的系數(shù)矩陣為三相固定繞組兩相固定繞組的變換矩陣，若右圖中兩個(gè)對(duì)稱且相互垂直的繞組陣，若右圖中兩個(gè)對(duì)稱且相互垂直的繞組M、T，分別通以電，分別通以電流流IM和和IT且且M、T，以，以s 轉(zhuǎn)，同時(shí)滿足轉(zhuǎn)，同時(shí)滿足:iiiiDssssTMcossinsincos(621)第4頁/共19頁 上式說明，只需旋轉(zhuǎn)繞組上式說明，只需旋轉(zhuǎn)繞組M、T的的M繞組中通以直流電繞組中通以直流電流流 ，即可使其與兩相固定繞組，即

6、可使其與兩相固定繞組P、Q的異步電機(jī)的異步電機(jī)完全等效，也與完全等效，也與A、B、C三相固定繞組異步電機(jī)完全等效。三相固定繞組異步電機(jī)完全等效。M、T旋轉(zhuǎn)繞組的旋轉(zhuǎn)磁式旋轉(zhuǎn)繞組的旋轉(zhuǎn)磁式Fs等于電流等于電流im流過流過M相繞組所相繞組所產(chǎn)生的磁式。產(chǎn)生的磁式。 式式(6(621)21)系數(shù)矩陣為兩相固定繞組異步電機(jī)系數(shù)矩陣為兩相固定繞組異步電機(jī)M M、T T旋轉(zhuǎn)繞旋轉(zhuǎn)繞組電機(jī)的變換矩陣。組電機(jī)的變換矩陣。 AMIi3將式將式(620)值代入式值代入式(621)003ATMIii第5頁/共19頁 將三種繞組的電機(jī)的矢量圖畫在一起，當(dāng)固定的將三種繞組的電機(jī)的矢量圖畫在一起，當(dāng)固定的A、B、C三相三

7、相繞組通以式繞組通以式(619)的三相交流電時(shí)，在同步旋轉(zhuǎn)的的三相交流電時(shí)，在同步旋轉(zhuǎn)的M、T繞組繞組的的M中有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的直流電流中有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的直流電流 。AMIi3由電機(jī)學(xué)可知，異步電機(jī)工作時(shí)，三相定子電流包含兩個(gè)分量，由電機(jī)學(xué)可知，異步電機(jī)工作時(shí)，三相定子電流包含兩個(gè)分量，一個(gè)是產(chǎn)生磁勢(shì)的勵(lì)磁電流分量，另一個(gè)是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量。一個(gè)是產(chǎn)生磁勢(shì)的勵(lì)磁電流分量，另一個(gè)是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量。 等效直流等效直流im可分解為產(chǎn)生氣隙磁通的可分解為產(chǎn)生氣隙磁通的m的勵(lì)磁電流分量的勵(lì)磁電流分量I和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T的轉(zhuǎn)矩電流分量的轉(zhuǎn)矩電流分量IT。A,DTTCBQMM-ITiQ-iCiBiC

8、iaDMSIMiDQiT第6頁/共19頁Im及及IT可視為與可視為與M、T繞組同步旋轉(zhuǎn)的另一個(gè)繞組同步旋轉(zhuǎn)的另一個(gè)M、T旋轉(zhuǎn)繞組旋轉(zhuǎn)繞組所通過的兩個(gè)直流電流。所通過的兩個(gè)直流電流。M、T中所通過的直流電流中所通過的直流電流Im 、IT與與iD、i的關(guān)系為的關(guān)系為(624)QDCBAiiiii232123210132TmDIIii1111cossinsincos(622)MTIIarctg式中：式中：1 s ,負(fù)載角負(fù)載角 上式為上式為M、T旋轉(zhuǎn)繞組列旋轉(zhuǎn)繞組列D、Q固定繞組的變換矩陣固定繞組的變換矩陣QDTMiiII1111cossinsincos(623)為為D、Q固定繞組列固定繞組列M、T

9、旋轉(zhuǎn)繞組的變換矩陣同樣可得旋轉(zhuǎn)繞組的變換矩陣同樣可得D、Q兩兩相固定繞組列相固定繞組列A、B、C三相固定繞組的變換矩陣。三相固定繞組的變換矩陣。第7頁/共19頁矢量變換原理如下：矢量變換原理如下： 由所求的氣隙磁通由所求的氣隙磁通m確定電流確定電流I，由，由m及所要求的轉(zhuǎn)矩及所要求的轉(zhuǎn)矩T確確定轉(zhuǎn)子電流定轉(zhuǎn)子電流IT。經(jīng)過。經(jīng)過Im1IT iD 、iQ iA 、iB、 iC的變換的變換 即即可得到三相電流可得到三相電流iA、iB、iC的瞬時(shí)值的瞬時(shí)值,以此作為定子三相電流的以此作為定子三相電流的給定值對(duì)三相異步電機(jī)進(jìn)行控制。由于給定值對(duì)三相異步電機(jī)進(jìn)行控制。由于Im、IT可單獨(dú)調(diào)節(jié)，可單獨(dú)調(diào)節(jié)

10、，從而就調(diào)節(jié)了三相電流的瞬時(shí)給定值。即是異步電動(dòng)機(jī)控制只從而就調(diào)節(jié)了三相電流的瞬時(shí)給定值。即是異步電動(dòng)機(jī)控制只有直流電機(jī)同樣的靈活性，且有良好的動(dòng)態(tài)控制性能。有直流電機(jī)同樣的靈活性，且有良好的動(dòng)態(tài)控制性能。第8頁/共19頁交流伺服電機(jī)的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)交流伺服電機(jī)的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng) 由電壓型由電壓型PWM逆變器組成的交流異步電機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，逆變器組成的交流異步電機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，由主電路及矢量控制電路組成。由主電路及矢量控制電路組成。 氣隙磁通給定值氣隙磁通給定值 與實(shí)際值與實(shí)際值m比較勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流比較勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流給定值給定值 。轉(zhuǎn)矩給定值。轉(zhuǎn)矩給定值T(m np)

11、， (轉(zhuǎn)子電流給定轉(zhuǎn)子電流給定值值 ) 。 、 與與 、 (實(shí)際值實(shí)際值)比較之后比較之后 M、T變變換到換到P、Q繞組繞組 、 矢量分析器。矢量分析器。*TI *MI*TI MITI*Di*Qi*m *TImI第9頁/共19頁 、 A、B、C軸系軸系 、 、 與與波產(chǎn)生波產(chǎn)生PWM逆變逆變器開關(guān)元件的控制信號(hào)脈沖。器開關(guān)元件的控制信號(hào)脈沖。*DU*QU*AU*BU*CU*SQDRRR DDDDRidtdU* QQQQRidtdU* sin(s)、cos(s)由矢量分析器算出。由矢量分析器算出。 、 微分微分器器 、 ，即，即 *DU*QU*Di*Qi定子每相電阻質(zhì)定子每相電阻質(zhì)D 、Q定子磁

12、通在定子磁通在D、Q系上的分量系上的分量第10頁/共19頁第11頁/共19頁另一方面，將另一方面，將iD、iQ經(jīng)經(jīng)D、Q系系 M、T系的變換，求出系的變換，求出IM、IT作為給定值作為給定值 、 的反饋比較量。的反饋比較量。*MI*TI 將三相電壓和電流的實(shí)測(cè)值經(jīng)三相將三相電壓和電流的實(shí)測(cè)值經(jīng)三相 兩相變換兩相變換 UD UQ及及iD、iQ，同時(shí)將，同時(shí)將UD、UQ及及iD、iQ逆入積分器積分逆入積分器積分 ： dtiRdtUDSDD* dtiRdtUQSQQ* (625)22QDm DQs 1sin)sin(MDs 1cos)cos(626)第12頁/共19頁6 6）當(dāng)）當(dāng)nnnnnne e

13、時(shí)是恒功率調(diào)速。時(shí)是恒功率調(diào)速。 當(dāng)給定的當(dāng)給定的 、 和外界負(fù)載均一定時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速也和外界負(fù)載均一定時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速也是恒定的，但當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之波動(dòng)，若要是恒定的，但當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之波動(dòng)，若要求調(diào)整的速度在恒速下運(yùn)行，加一個(gè)測(cè)速反饋回路。求調(diào)整的速度在恒速下運(yùn)行，加一個(gè)測(cè)速反饋回路。*m *T 用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)控制稱之為用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)控制稱之為“全數(shù)字伺服全數(shù)字伺服系統(tǒng)系統(tǒng)”。全數(shù)字系統(tǒng)的特點(diǎn)：全數(shù)字系統(tǒng)的特點(diǎn)： 1 1）可以使用電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行（絕大多數(shù)雙向晶閘管的）可以使用電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行（絕大多數(shù)雙向晶閘管的最高觸發(fā)靈敏度

14、在第一、三象限。觸發(fā)靈敏度較差的是第最高觸發(fā)靈敏度在第一、三象限。觸發(fā)靈敏度較差的是第二象限，最差的使第四象限）；二象限，最差的使第四象限）；2 2）可以連續(xù)正、反啟動(dòng)；）可以連續(xù)正、反啟動(dòng)； 3 3）轉(zhuǎn)矩對(duì)電流的變化響應(yīng)快，轉(zhuǎn)矩上升時(shí)間）轉(zhuǎn)矩對(duì)電流的變化響應(yīng)快，轉(zhuǎn)矩上升時(shí)間10ms10ms，電動(dòng)，電動(dòng)機(jī)速度響應(yīng)快，無振蕩現(xiàn)象發(fā)生；機(jī)速度響應(yīng)快，無振蕩現(xiàn)象發(fā)生；4 4）低速運(yùn)行平穩(wěn)；）低速運(yùn)行平穩(wěn)；5 5）零速時(shí)也能達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩；）零速時(shí)也能達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩；第13頁/共19頁 轉(zhuǎn)子：用永磁材料做成（稀土永磁合金），最大轉(zhuǎn)子：用永磁材料做成（稀土永磁合金），最大磁磁 是缺氧體的是缺氧體的12倍，鋁

15、鎳倍，鋁鎳鈷鈷 合金的合金的8倍，倍， 鈷永磁合金的鈷永磁合金的2倍，且價(jià)格低倍，且價(jià)格低1314。 交流永磁伺服電機(jī)的矢量控制交流永磁伺服電機(jī)的矢量控制 定子：內(nèi)有三相繞組，與普通定子：內(nèi)有三相繞組，與普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同，多邊形無外殼，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同，多邊形無外殼，易于散熱。易于散熱。 交流永磁式伺服電機(jī)是同步電交流永磁式伺服電機(jī)是同步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子的速度與定子的旋轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子的速度與定子的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)同步，沒有轉(zhuǎn)差率磁勢(shì)同步，沒有轉(zhuǎn)差率s。第14頁/共19頁 工作原理：當(dāng)定子三相繞組通工作原理：當(dāng)定子三相繞組通上交流電源后，就產(chǎn)生了一個(gè)旋上交流電源后，就產(chǎn)生了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)用一對(duì)旋轉(zhuǎn)

16、磁場(chǎng)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)用一對(duì)旋轉(zhuǎn)磁極加以表示。當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁轉(zhuǎn)磁極加以表示。當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步速度場(chǎng)以同步速度ns 如圖示轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)如圖示轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)時(shí)，把根據(jù)時(shí)，把根據(jù)N、S極互相吸引的原極互相吸引的原理，定子旋轉(zhuǎn)磁極與轉(zhuǎn)子永久磁理，定子旋轉(zhuǎn)磁極與轉(zhuǎn)子永久磁性緊緊吸住，并帶著轉(zhuǎn)子一起旋性緊緊吸住，并帶著轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)帶著轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)帶著轉(zhuǎn)的，顯然轉(zhuǎn)子速度與轉(zhuǎn)的，顯然轉(zhuǎn)子速度與ns同步。當(dāng)同步。當(dāng)轉(zhuǎn)子上負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)子上負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，增大，負(fù)增大，負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小，載轉(zhuǎn)矩減小， 減小，只要負(fù)載不減小，只要負(fù)載不超過一定的限度，轉(zhuǎn)子始終跟著超過一定的限度，轉(zhuǎn)子始終跟著定子磁場(chǎng)

17、的恒速定子磁場(chǎng)的恒速ns轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速速 。min)/(60rpfnns 第15頁/共19頁 轉(zhuǎn)子磁通轉(zhuǎn)子磁通r，定子磁通，定子磁通s合成向量為合成向量為，當(dāng)，當(dāng)r與與s垂直時(shí)，垂直時(shí)，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩。電流和磁通是同方向的忽略繞組的有效匝數(shù)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩。電流和磁通是同方向的忽略繞組的有效匝數(shù)因素，定子電流矢量因素，定子電流矢量 與與s同向且垂直于同向且垂直于r(rC)。sI 轉(zhuǎn)子位置角轉(zhuǎn)子位置角可由轉(zhuǎn)子軸上的檢測(cè)裝置檢出，定子電流幅可由轉(zhuǎn)子軸上的檢測(cè)裝置檢出，定子電流幅值值Is與定子相電流的關(guān)系為：與定子相電流的關(guān)系為： sin)90cos(ssAIIi)32sin(sCIi)32s

18、in(sBIi(627)第16頁/共19頁 ， ，sinA)32sin(B)32sin(C 定子電流幅值定子電流幅值Is由速度給定值由速度給定值 和速度反饋和速度反饋Vp之差之差 數(shù)數(shù)字字PID調(diào)節(jié)器求出的。由檢測(cè)裝置測(cè)出的調(diào)節(jié)器求出的。由檢測(cè)裝置測(cè)出的角可直接算出定角可直接算出定子電流的正弦函數(shù)值。子電流的正弦函數(shù)值。A、B、C，即，即*pV轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩TdKm Is (Ks比例系數(shù)比例系數(shù)) 從式從式(627)即可求的即可求的iA、iB、iC控制永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速控制永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速度。度。第17頁/共19頁 6）穩(wěn)態(tài)時(shí)給定值）穩(wěn)態(tài)時(shí)給定值 不變，不變， 也不變，即與直流電也不變，即與直流電動(dòng)機(jī)速度環(huán)控制方法一樣。動(dòng)機(jī)速度環(huán)控制方法一樣。*sI*PV*sI*sI5）在）在 作用下產(chǎn)生正弦作用下產(chǎn)生正弦 、 、 ；值不斷化，值不斷化，使使 、 是跟蹤轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的正弦波。是跟蹤轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的正弦波。* V*CV*Ai*Bi*BV4）電機(jī)開始啟動(dòng)，階躍輸入）電機(jī)開始啟動(dòng)，階躍輸入 ，這時(shí)，這時(shí)Vp0，輸入，輸入飽和電流飽和電流 此時(shí)此時(shí)n = 0，但電機(jī)轉(zhuǎn)矩最大。同時(shí)轉(zhuǎn)子，但電機(jī)轉(zhuǎn)矩最大。同時(shí)轉(zhuǎn)子位置角位置角0，即，即A0。 即即 ， ，該電流作用下，電，該電流作