南調機電設備——伺服驅動器控制交流永磁伺服電機

隨著現(xiàn)代電機技術、現(xiàn)代電力電子技術、微電子技術、永磁材料技術、交流可調速技術及控制技術等支撐技術的快速發(fā)展，使得永磁交流伺服技術有著長足的發(fā)展。永磁交流伺服系統(tǒng)的性能日漸提高，價格趨于合理，使得永磁交流伺服系統(tǒng)取代直流伺服系統(tǒng)尤其是在高精度、要求的伺服驅動領域成了現(xiàn)代電伺服驅動系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。

伺服驅動器在控制交流永磁伺服電機時，可分別工作在電流（轉矩）、速度、位置控制方式下。系統(tǒng)的控制結構框圖如圖4所示由于交流永磁伺服電機（pmsm）采用的是磁鐵勵磁，其磁場可以視為是恒定；同時交流永磁伺服電機的電機轉速就是同步轉速，即其轉差為零。這些條件使得交流伺服驅動器在驅動交流永磁伺服電機時的數學模型的復雜程度得以大大的降低。從圖4可以看出，系統(tǒng)是基于測量電機的兩相電流反饋（ia、ib）和電機位置。將測得的相電流（ia、ib）結合位置信息，經坐標變化（從a，b，c坐標系轉換到轉子d，q坐標系），得到id、iq分量，分別進入各自得電流調節(jié)器。電流調節(jié)器的輸出經過反向坐標變化（從d，q坐標系轉換到a，b，c坐標系），得到三相電壓指令。控制芯片通過這三相電壓指令，經過反向、后，得到6路pwm波輸出到功率器件，控制電機運行。系統(tǒng)在不同指令輸入方式下，指令和反饋通過相應的控制調節(jié)器，得到下一級的參考指令。在電流環(huán)中，d，q軸的轉矩電流分量（iq）是速度控制調節(jié)器的輸出或外部給定。而一般情況下，磁通分量為零（id=0），但是當速度大于限定值時，可以通過弱磁（id《0），得到更高的速度值。

從a，b，c坐標系轉換到d，q坐標系有克拉克（clarke）和帕克（park）變換來是實現(xiàn)；從d，q坐標系轉換到a，b，c坐標系是有克拉克和帕克的逆變換來是實現(xiàn)的。

南調機電設備——伺服驅動器的工作原理：

　　伺服驅動器在控制信號的作用下驅動執(zhí)行電機，因此驅動器是否能正常工作直接影響設備的整體性能。在伺服控制系統(tǒng)中，伺服驅動器相當于大腦，執(zhí)行電機相當于手腳。而伺服驅動器在伺服控制系統(tǒng)中的作用就是調的轉速，因此也是一個自動調速系統(tǒng)。

　驅動器的核心主控板，驅動器由繼電器板傳遞控制信號和檢測信號，完成上圖的雙閉環(huán)控制，包括轉速調節(jié)和電流調節(jié)，實現(xiàn)執(zhí)行電機的轉速控制和換相控制。驅動器的驅動板從主控板接受信號驅動功率變換電路，實現(xiàn)執(zhí)行電機的正常工作。

  伺服系統(tǒng)的分類及組成

伺服系統(tǒng)按系統(tǒng)結構可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)、復合控制系統(tǒng)。

具有反饋的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)由位置檢測部分、偏差放大部分、執(zhí)行部分及被控對象組成。

  伺服系統(tǒng)的性能要求

伺服系統(tǒng)必須具備可控性好，穩(wěn)定性高和適應性強等基本性能。說明一下，可控性好是指訊號消失以后，能立即自行停轉；穩(wěn)定性高是指轉矩隨轉速的增加而均勻下降；適應性強是指反應快、靈敏、響態(tài)品質好。

 南調機電設備——伺服電機? 伺服驅動器的控制原理

       伺服電機和伺服驅動器是一個有機的整體，伺服電動機的運行性能是電動機及其驅動器二者配合所反映的綜合效果。

       1、永磁式同步伺服電動機的基本結構

       圖1為一臺8極的永磁式同步伺服電動機結構截面圖，其定子為硅鋼片疊成的鐵芯和三相繞組，轉子是由高矯頑力稀土磁性材料（例如釹鐵錋）制成的磁極。為了檢測轉子磁極的位置，在電動機非負載端的端蓋外面還安裝上光電編碼器。驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數）。電磁轉矩與定子電流大小的關系并不是一個線性關系。事實上，只有定子旋轉磁極對轉子磁極的切向吸力才能產生帶動轉子旋轉的電磁力矩。因此，可把定子電流所產生的磁勢分解為兩個方向的分量，沿著轉子磁極方向的為直軸（或稱d軸）分量，與轉子磁極方向正交的為交軸（或稱q軸）分量。顯然，只有q軸分量才能產生電磁轉矩。

       由此可見，不能簡單地通過調節(jié)定子電流來控制電磁轉矩，而是要根據定、轉子磁極軸線間的夾角θ確定定子電流磁勢的q軸和d軸分量的方向和幅值，進而分別對q軸分量和d軸分量加以控制，才能實現(xiàn)電磁轉矩的控制。這種按勵磁磁場方向對定子電流磁勢定向再行控制的方法稱為“磁場定向”的矢量控制。

       2、位置控制模式下的伺服系統(tǒng)是一個三閉環(huán)控制系統(tǒng)，兩個內環(huán)分別是電流環(huán)和速度環(huán)。

 ? 動態(tài)：在偏差信號作用下驅動電機加速或減速。

南調機電設備——了解伺服驅動系統(tǒng)增益的作用以及調整的原則

伺服是由3個反饋系統(tǒng)構成：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)，越是內側的環(huán)，越需要提高其響應性，不遵守該原則，則會產生偏差和震動。由于電流環(huán)是內側的環(huán)，以確保了其充分的響應性，所以我們只需要調整位置環(huán)和速度環(huán)即可。調整的主要參數是：位置環(huán)增益、速度環(huán)增益、速度積分時間常數。位置環(huán)增益是決定對指令位置跟隨性的參數。與工件表面的優(yōu)劣有密切關系，僅在驅動器工作在位置方式時有效，當伺服電機停止運行時，增加位置環(huán)比例增益，能提高伺服電機的剛性，即鎖機力度。伺服系統(tǒng)的響應性取決于位置環(huán)增益，提高位置環(huán)增益，位置環(huán)響應和切屑精度都會改善，同時減少調整時間和循環(huán)時間,但位置環(huán)增益又受限于速度環(huán)特性和機械特性。為了提高響應性，如果僅提高位置環(huán)增益，作為伺服系統(tǒng)的整體的響應，容易產生震動，所以請一邊注意響應性一邊提高速度環(huán)增益。

特點：

位置環(huán)增益提高，響應性越高，定位時間越短。過大會引起震動和超調位置環(huán)增益調整原則：

     在保證位置環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定工作，位置不超差(過沖)的前提下，增大位置環(huán)的增益，以減小位置滯后量。簡單的方法，提高位置環(huán)增益直至過沖，然后再降低位置環(huán)增益，即為剛度較好的位置環(huán)增益速度環(huán)比例增益、速度積分時間常數.速度環(huán)比例增益、速度積分時間常數僅對電機在運行時(有速度)起作用。速度環(huán)比例增益的大小，影響電機速度的響應快慢，為了縮短調整時間，需要提高速度環(huán)增益，控制超程或行程不足。速度環(huán)積分時間常數的大小，影響伺服電電機穩(wěn)態(tài)速度誤差的大小及速度環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當伺服電機帶上實際負荷時，由于實際負載轉矩和負載慣量與缺省參數值設置時并不相符，速度環(huán)的帶寬會變窄，如果實際負荷使電機工作不穩(wěn)定，發(fā)生爬行或振蕩現(xiàn)象，或者現(xiàn)有的速度環(huán)帶寬不理想，則需要對速度環(huán)的比例增益、積分時間常數進行調整。