交流永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)

1、交流永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)         伺服系統(tǒng)基本概念    系統(tǒng)定義    伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。    伺服的主要任務(wù)是按控制命令的要求，對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制得非常靈活方便。    系統(tǒng)組成    伺服系統(tǒng)如圖1所示，是具有反饋的閉環(huán)自動(dòng)控制

2、系統(tǒng)。它由位置監(jiān)測(cè)部分、誤差放大部分、執(zhí)行部分及被控對(duì)象組成。 圖1:伺服驅(qū)動(dòng)自控系統(tǒng)的組成    性能要求    伺服系統(tǒng)必須具備可控性良好，穩(wěn)定性高和響應(yīng)快等基本性能。說(shuō)明一下，可控性好是指訊號(hào)消失以后，能立即自行停轉(zhuǎn); 穩(wěn)定性高是指轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降; 響應(yīng)快是指反應(yīng)快、靈敏、響態(tài)品質(zhì)好。    系統(tǒng)分類(lèi)    通常根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)的種類(lèi)來(lái)分類(lèi)，有電氣式、油壓式或電氣-油壓式三種。    伺服系統(tǒng)若按功能來(lái)分，則有計(jì)量伺服和

3、功率伺服系統(tǒng);模擬伺服和功率伺服系統(tǒng);位置伺服和加速度伺服系統(tǒng)等。    電氣式伺服系統(tǒng)根據(jù)電氣信號(hào)可分為DC直流伺服系統(tǒng)和AC交流伺服系統(tǒng)兩大類(lèi)。AC交流伺服系統(tǒng)又有異步電機(jī)伺服系統(tǒng)和同步電機(jī)伺服系統(tǒng)兩種。     這里只討論電氣式伺服系統(tǒng)中的一種交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)。    交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)    伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠忠實(shí)地跟隨控制命令而動(dòng)作，例如數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)人，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的性能有重要影響，甚至起關(guān)鍵作用。故需進(jìn)一步認(rèn)識(shí)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在其中的地位和作用。

4、     AC伺服系統(tǒng)    電氣伺服技術(shù)應(yīng)用最廣，主要原因是控制方便，靈活，容易獲得驅(qū)動(dòng)能源，沒(méi)有公害污染，維護(hù)也比較容易。特別是隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，它為電氣伺服技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的前景。     早在70年代，小慣量的伺服直流電動(dòng)機(jī)已經(jīng)實(shí)用化了。到了70年代末期交流伺服系統(tǒng)開(kāi)始發(fā)展，逐步實(shí)用化，AC伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣,并且還有取代DC伺服系統(tǒng)的趨勢(shì)成為電氣伺服系統(tǒng)的主流。    在AC伺服系統(tǒng)中，可分為同步和異步型AC伺服系統(tǒng)兩種。 &#

5、160;  永磁轉(zhuǎn)子的同步伺服電動(dòng)機(jī)由于永磁材料不斷提高，價(jià)格不斷下降，控制又比異步電機(jī)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)高性能的緣故，所以永磁同步電機(jī)的AC伺服系統(tǒng)應(yīng)用更為廣泛。    目前，在交流同步伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，普通應(yīng)用的交流永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)有兩大類(lèi)。一類(lèi)稱(chēng)為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，它要求將方波電流直入定子繞組，詳見(jiàn)參改文獻(xiàn);另一類(lèi)稱(chēng)為三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，它要求輸入定子繞組的電源仍然是三相正弦波形，詳見(jiàn)參改文獻(xiàn)2。前者簡(jiǎn)稱(chēng)為BLDCM電機(jī)，后者簡(jiǎn)稱(chēng)PMSM電機(jī)。    以數(shù)控機(jī)床為例看AC永磁同步機(jī)伺服系統(tǒng)   

6、 系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)、伺服驅(qū)動(dòng)器(SD)、永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)(SM)及位置(速度)傳感器(S)等組成。CNC用來(lái)存儲(chǔ)零件加工程序、進(jìn)行各種插補(bǔ)運(yùn)算和軟件實(shí)時(shí)控制，向各坐標(biāo)軸的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出各種控制命令。SD和SM接收到CNC的控制命令后，快速平滑調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度并精確地進(jìn)行位置控制。S代表位置和速度傳感器(或檢測(cè)器)。    目前AC伺服系統(tǒng)常用的位置和速度檢測(cè)器有光電式和電磁式兩種。例如光電編碼器、磁編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器(BR)以及多轉(zhuǎn)式絕對(duì)值編碼器。后面兩種，可作多種檢測(cè)功能應(yīng)用，既可檢測(cè)系統(tǒng)位置和轉(zhuǎn)子速度，又可檢測(cè)系統(tǒng)位置和轉(zhuǎn)子速度，又可檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極

7、位置。它堅(jiān)固耐用，不怕震動(dòng)，耐高溫，惟存在信號(hào)處理電路復(fù)雜缺點(diǎn)。 圖2:數(shù)控機(jī)床伺服控制系統(tǒng)    無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(BL、DCM)中轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)方法，一般都做到無(wú)接觸式，常用的有電磁式、光電式和間接檢測(cè)方式。    ·直接式    電磁式:差動(dòng)變壓器式、接近開(kāi)關(guān)式;     磁敏式:霍爾元件集成電路及?？?     光電式:簡(jiǎn)單光電式(光敏晶體管)、絕對(duì)式光電編碼盤(pán)、增量式光電編碼盤(pán)。   

8、·間接式    利用電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(電壓)間接檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極位置, 它用于精度要求不高的場(chǎng)合。    數(shù)控機(jī)床用于精密機(jī)械加工，所以對(duì)伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)精度有很高的要求，并具有寬廣的調(diào)速范圍和定位精度而和工業(yè)機(jī)器人的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類(lèi)似，但伺機(jī)服電動(dòng)機(jī)SM作為工業(yè)機(jī)器人手臂和腰、腿的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，要求其體積小，重量輕，且能產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩。又由于工業(yè)機(jī)器人不同的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，伺服電機(jī)軸上慣量和力矩將發(fā)生很大變化，因此，適應(yīng)性有更高要求。      交流永磁同步電動(dòng)機(jī)AC伺服系統(tǒng) 圖3

9、:永磁同步電動(dòng)機(jī)AC伺服系統(tǒng)的組成    圖3是交流永磁同步電動(dòng)機(jī)AC伺服系統(tǒng)。它由永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)SM1速度和位置傳感器BR、PWM功率逆變器UI以及具有PI功能的速度控制器ASR和電流控制器ACR等部分組成。    AC伺服系統(tǒng)工作原理如下:速度指令和速度反饋信號(hào)在ASR速度控制器的輸入端比較，ASR輸出信號(hào)為電流指令信號(hào)在乘法器中相乘就得到交流電流指令。交流電流指令值與電流反饋信號(hào)相比較后，差值送入ACR電流控制器。    PWM或SPWM(正弦脈沖寬度調(diào)制)波形生成電路及功率逆變器，輸出三相變壓

10、變頻的交流電給永磁同步電動(dòng)機(jī)SM的定子繞組，并使輸入電樞繞組中的交流電流保持良好的正弦性。(SM轉(zhuǎn)子裝有特殊形狀的永磁體，產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，因此提高SM的效率)。     交流三相永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)舉例    無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)BLDCM可以用作AC伺服系統(tǒng)，但不是它唯一的應(yīng)用，主要用作大型設(shè)備起動(dòng)和調(diào)速裝置。同樣PMSM也不僅僅可以用作AC伺服系統(tǒng)，主要還是用于他控式永磁同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。但是三相、PMSM交流伺服系統(tǒng)具有更優(yōu)越的低速伺服性能，因而廣泛用于數(shù)控機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人等到高性能伺服系統(tǒng)中。   

11、; 西門(mén)子同步伺服電動(dòng)機(jī)1Fk6/1FT6系列      西門(mén)子伺服電動(dòng)機(jī)     1Fk6/1FT6同步伺服電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)    1FK6/1FT6是三相稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)，其主要特點(diǎn)如下:    ·高靜態(tài)轉(zhuǎn)矩, 大過(guò)載能力, 可以很快加速      Mmcx=1.63.0Me(額定力矩)。     ·動(dòng)態(tài)響應(yīng)品質(zhì)優(yōu)良    可以上升時(shí)間短，到達(dá)預(yù)期位置沒(méi)有超調(diào)。      ·具有很精確的位置分辨率     一般情況下, 1FK6用于小功率范圍(5.2kW)1FT6用于較大功率范圍(27.6kW)。        伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)由DC伺服系統(tǒng)迅速地向AC伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，可以預(yù)見(jiàn)在不久的將來(lái)，AC伺服系統(tǒng)將完全取代DC伺服系統(tǒng)。     AC伺服系統(tǒng)向兩個(gè)方向發(fā)展