Mit der rasanten Entwicklung der modernen Motortechnologie, der modernen Leistungselektroniktechnologie, der Mikroelektroniktechnologie, der Permanentmagnet-Materialtechnologie, der AC-Drehzahlregelungstechnologie und der Steuerungstechnologie hat sich die Permanentmagnet-AC-Servotechnologie großartig entwickelt. Die Leistung des Permanentmagnet-AC-Servosystems verbessert sich von Tag zu Tag, und der Preis ist tendenziell angemessen, wodurch das Permanentmagnet-AC-Servosystem das DC-Servosystem ersetzt, insbesondere im Bereich der hochpräzisen, hohen Leistungsanforderungen an Servoantriebe ein Entwicklungstrend moderner elektrischer Servoantriebssysteme.
Das Permanentmagnet-Wechselstrom-Servosystem hat die folgenden Vorteile:
Motor ohne Bürste und Kommutator, zuverlässige Arbeit, einfache Wartung und Instandhaltung;
Statorwicklungswärmeableitung schnell;
Kleine Trägheit, einfach, die Schnelligkeit des Systems zu verbessern;
Geeignet für den Arbeitszustand mit hoher Geschwindigkeit und großem Drehmoment;
Bei gleicher Leistung, kleinerem Volumen und Gewicht, weit verbreitet in Werkzeugmaschinen, mechanischen Geräten, Handhabungsmechanismen, Druckgeräten, Montagerobotern, Verarbeitungsmaschinen, Hochgeschwindigkeitswickelmaschinen, Textilmaschinen und anderen Gelegenheiten, um die Entwicklungsanforderungen zu erfüllen Übertragungsfeld.
Nach der Entwicklung des Analog- und Hybridmodus ist der Fahrer des Permanentmagnet-Wechselstrom-Servosystems in das digitale Zeitalter eingetreten. Der volldigitale Servoantrieb überwindet nicht nur die große Streuung, Nulldrift, geringe Zuverlässigkeit und andere Bestimmungen des analogen Servos, sondern spielt auch die Vorteile der digitalen Steuerung in Bezug auf die Steuerpräzision und das flexible Steuerverfahren voll aus, wodurch der Servoantrieb nicht nur einfach wird Struktur, sondern auch zuverlässigere Leistung. Nun, das Hochleistungs-Servosystem, die meisten Permanentmagnet-AC-Servosysteme, einschließlich Permanentmagnet-Synchron-AC-Servomotor und volldigitalem AC-Permanentmagnet-Synchron-Servotreiber, zwei Teile.
Der Servoantrieb besteht aus zwei Teilen: der Antriebshardware und dem Regelalgorithmus. Der Steueralgorithmus ist eine der Schlüsseltechnologien zur Bestimmung der Leistung des AC-Servosystems, das den Hauptbestandteil der Blockade der ausländischen AC-Servotechnologie und den Kern des Technologiemonopols darstellt.
Die Grundstruktur des AC-Permanentmagnet-Servosystems
Der synchrone AC-Permanentmagnet-Servotreiber besteht hauptsächlich aus einer Servosteuereinheit, einer Leistungsantriebseinheit, einer Kommunikationsschnittstelleneinheit, einem Servomotor und einem entsprechenden Rückkopplungserkennungsgerät. Seine Struktur ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Servosteuereinheit umfasst Positionsregler, Drehzahlregler, Drehmoment- und Stromregler und so weiter. Unser AC-Permanentmagnet-Synchrontreiber integriert fortschrittliche Steuerungstechnologie und Steuerungsstrategie, sodass er sich sehr gut für hochpräzise und leistungsstarke Anforderungen des Servoantriebsbereichs eignet, aber auch die leistungsstarke Intelligenz widerspiegelt, deren Flexibilität mit dem herkömmlichen Antriebssystem unvergleichlich ist.
Derzeit verwendet der Mainstream-Servotreiber einen digitalen Signalprozessor (dsp) als Steuerkern. Sein Vorteil ist, dass es komplexere Steueralgorithmen realisieren kann und Dinge digitalisiert, vernetzt und intelligent sind. Leistungsgeräte verwenden im Allgemeinen ein intelligentes Leistungsmodul (ipm) als Kerndesign der Ansteuerschaltung, der internen integrierten Ansteuerschaltung des ipm, und verfügen über Überspannungs-, Überstrom-, Überhitzungs-, Unterspannungs- und andere Fehlererkennungsschutzschaltungen, im Hauptstromkreis wurde auch eine Sanftanlaufschaltung hinzugefügt , um die Auswirkungen des Startvorgangs auf den Fahrer zu reduzieren.
Der Servotreiber kann in zwei Module unterteilt werden, Leistungsplatine und Steuerplatine. Wie in Abbildung 2 gezeigt, ist die Leistungsplatte (Antriebsplatte) eine starke elektrische Abteilung, die zwei Einheiten umfasst. Eines ist die Leistungstreibereinheit ipm, die zum Antreiben des Motors verwendet wird, und das andere ist das Schaltnetzteil, um das gesamte System mit digitaler und analoger Energie zu versorgen.
Die Steuerplatine ist das Schwachstromteil, der Steuerkern des Motors und der laufende Träger des Kernsteueralgorithmus der Servotreibertechnologie. Die Steuerplatine gibt über den entsprechenden Algorithmus ein PWM-Signal aus, das als Treibersignal der Treiberschaltung verwendet wird, um die Ausgangsleistung des Wechselrichters zu ändern, um den Zweck der Steuerung des dreiphasigen Permanentmagnet-Synchron-Wechselstrom-Servomotors zu erreichen.
Antriebseinheit
Die Leistungstreibereinheit richtet zuerst die dreiphasige oder Netzeingangsleistung durch die dreiphasige Vollbrücken-Gleichrichterschaltung gleich, um den entsprechenden Gleichstrom zu erhalten. Der dreiphasige Permanentmagnet-Synchron-AC-Servomotor wird nach guter Gleichrichtung vom dreiphasigen sinusförmigen PWM-Spannungsfrequenzwandler angetrieben. Der gesamte Prozess der Antriebseinheit kann einfach als AC-DC-AC-Prozess beschrieben werden. Der topologische Hauptschaltkreis von AC-DC ist der Dreiphasen-Vollbrücken-Gleichrichterschaltkreis.
Der Wechselrichterteil (dc-ac) übernimmt das intelligente Leistungsmodul (ipm), das die Treiberschaltung, die Schutzschaltung und den Leistungsschalter integriert. Die Haupttopologie ist das in Abbildung 3 gezeigte Schaltbild des Dreiphasen-Wechselrichterschaltkreises. Unter Verwendung der Technik der Pulsweitenmodulation (PWM) ändert die Pulsweitenmodulation (PWM) die Frequenz der Ausgangswellenform des Wechselrichters, indem sie die Wechselspannung ändert -Aus-Zeit des Leistungstransistors und ändert das Ein-Aus-Zeitverhältnis des Transistors in jeder Halbwelle. Das heißt, durch Ändern der Impulsbreite wird der Hilfswert der Ausgangsspannung des Wechselrichters geändert, um den Zweck der Leistungsregelung zu erreichen.
vt1 ~ vt6 in Abbildung 3 sind sechs Leistungsschaltröhren, s1, s2 und s3 repräsentieren jeweils drei Brückenzweige. Der Schaltzustand jedes Brückenzweiges ist wie folgt festgelegt: wenn sich das Schaltrohr des oberen Brückenzweiges im „Ein“-Zustand befindet (das Schaltrohr des unteren Brückenzweiges muss zu diesem Zeitpunkt im „Aus“-Zustand sein), der Schaltzustand ist 1; Wenn sich die Schaltröhre des unteren Brückenarms im "Ein"-Zustand befindet (dann muss die Schaltröhre des unteren Brückenarms im "Aus"-Zustand sein), ist der Schaltzustand 0. Die drei Brückenzweige haben nur zwei Zustände von "0" und "1", also bilden s1, s2 und s3 acht Schaltröhrenmodi von 000, 001, 010, 011, 100, 101 und 111 , unter denen die Schaltmodi 000 und 111 die Ausgangsspannung des Wechselrichters zu Null machen, daher wird dieser Schaltmodus als Nullzustand bezeichnet. Die Ausgangsleitungsspannung ist uab, ubc und uca, und die Phasenspannung ist ua, ub und uc, wobei udc die DC-Versorgungsspannung ist. Die beigefügte Tabellenanalyse kann wie oben beschrieben erhalten werden.
Steuergerät
Die Steuereinheit ist das Herzstück des gesamten AC-Servosystems und realisiert die Systemlageregelung, Drehzahlregelung, Drehmoment- und Stromregelung. Der digitale Signalprozessor (DSP) verfügt nicht nur über eine schnelle Datenverarbeitung, sondern integriert auch einen umfangreichen ASIC für die Motorsteuerung, wie z RAM und Programmspeicher mit großer Kapazität. Der Servotreiber realisiert eine Vektorsteuerung (vc), indem er das Steuerprinzip der Magnetfeldorientierung (foc) und der Koordinatentransformation anwendet, und steuert den Motor durch Kombinieren des sinusförmigen Pulsbreitenmodulations-(spwm)-Steuermodus. Die Vektorsteuerung eines Permanentmagnet-Synchronmotors steuert im Allgemeinen den Statorstrom oder die Statorspannung durch Erfassen oder Schätzen der Position und Amplitude des Rotorflusses des Motors. Auf diese Weise steht das Drehmoment des Motors nur in Beziehung zu Fluss und Strom, was dem Steuerverfahren des Gleichstrommotors ähnlich ist und eine hohe Steuerleistung erzielen kann. Bei Permanentmagnet-Synchronmotoren ist die Flussposition des Rotors dieselbe wie die mechanische Position des Rotors. Auf diese Weise kann die Flussposition des Rotors des Motors durch Erfassen der tatsächlichen Position des Rotors bekannt sein, so dass die Vektorsteuerung des Permanentmagnet-Synchronmotors im Vergleich zu der des Asynchronmotors vereinfacht wird.
Servotreibergesteuerter AC-Permanentmagnet-Servomotor (pmsm)
Wenn der Servotreiber den AC-Permanentmagnet-Servomotor steuert, kann er jeweils im Strom- (Drehmoment-), Geschwindigkeits- und Positionssteuerungsmodus arbeiten. Das Blockdiagramm der Steuerstruktur des Systems ist in Abbildung 4 dargestellt. Da der AC-Permanentmagnet-Servomotor (pmsm) eine Permanentmagneterregung verwendet, kann sein Magnetfeld als konstant angesehen werden. Gleichzeitig ist die Motordrehzahl des AC-Permanentmagnet-Servomotors die Synchrondrehzahl, das heißt, seine Umdrehung ist Null. Diese Bedingungen verringern die Komplexität des mathematischen Modells des AC-Servotreibers, der den AC-Permanentmagnet-Servomotor antreibt, erheblich. Wie aus Bild 4 ersichtlich, basiert das System auf der Messung der zweiphasigen Stromrückführung (ia, ib) des Motors und der Motorposition. Durch Kombinieren des gemessenen Phasenstroms (ia, ib) mit den Positionsinformationen wurden die Komponenten id und iq durch die Änderung der Koordinaten (vom Koordinatensystem a, b, c zum Rotorkoordinatensystem d, q) und dann erhalten in ihre jeweiligen aktuellen Regulierungsbehörden eingetragen. Der Ausgang des Stromreglers durchläuft den umgekehrten Koordinatenwechsel (vom d, q-Koordinatensystem zum a, b, c-Koordinatensystem), um den Dreiphasen-Spannungsbefehl zu erhalten. Der Steuerchip erhält durch die dreiphasige Spannungsanweisung nach Umkehrung und Verzögerung 6 PWM-Wellen, die an das Leistungsgerät ausgegeben werden, um den Motorbetrieb zu steuern. Erhalten Sie im System unter verschiedenen Befehlseingabemodi, Befehlen und Rückmeldungen durch den entsprechenden Steuerregler die nächste Ebene des Referenzbefehls. In der Stromschleife ist die Drehmomentstromkomponente (iq) der d-, q-Achsen der Ausgang oder der externe Wert, der vom Geschwindigkeitsregler gegeben wird. Im Allgemeinen ist die Flusskomponente Null (id=0), aber wenn die Geschwindigkeit größer als der Grenzwert ist, kann durch magnetische Schwächung ein höherer Geschwindigkeitswert erreicht werden (id "0").
Die Transformation vom a, b, c-Koordinatensystem in das d, q-Koordinatensystem wird durch die Clarke- und Park-Transformation realisiert; Die Transformation von dq in die Koordinaten a, b, c wird mit der kontravarianten Transformation von Clark und Parker realisiert.