南調(diào)機(jī)電設(shè)備——伺服驅(qū)動(dòng)器控制交流永磁伺服電機(jī)

隨著現(xiàn)代電機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、永磁材料技術(shù)、交流可調(diào)速技術(shù)及控制技術(shù)等支撐技術(shù)的快速發(fā)展，使得永磁交流伺服技術(shù)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(jià)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(qū)動(dòng)領(lǐng)域成了現(xiàn)代電伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

伺服驅(qū)動(dòng)器在控制交流永磁伺服電機(jī)時(shí)，可分別工作在電流（轉(zhuǎn)矩）、速度、位置控制方式下。系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示由于交流永磁伺服電機(jī)（pmsm）采用的是磁鐵勵(lì)磁，其磁場可以視為是恒定；同時(shí)交流永磁伺服電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速就是同步轉(zhuǎn)速，即其轉(zhuǎn)差為零。這些條件使得交流伺服驅(qū)動(dòng)器在驅(qū)動(dòng)交流永磁伺服電機(jī)時(shí)的數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜程度得以大大的降低。從圖4可以看出，系統(tǒng)是基于測(cè)量電機(jī)的兩相電流反饋（ia、ib）和電機(jī)位置。將測(cè)得的相電流（ia、ib）結(jié)合位置信息，經(jīng)坐標(biāo)變化（從a，b，c坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)子d，q坐標(biāo)系），得到id、iq分量，分別進(jìn)入各自得電流調(diào)節(jié)器。電流調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過反向坐標(biāo)變化（從d，q坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到a，b，c坐標(biāo)系），得到三相電壓指令。控制芯片通過這三相電壓指令，經(jīng)過反向、后，得到6路pwm波輸出到功率器件，控制電機(jī)運(yùn)行。系統(tǒng)在不同指令輸入方式下，指令和反饋通過相應(yīng)的控制調(diào)節(jié)器，得到下一級(jí)的參考指令。在電流環(huán)中，d，q軸的轉(zhuǎn)矩電流分量（iq）是速度控制調(diào)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(dāng)速度大于限定值時(shí)，可以通過弱磁（id《0），得到更高的速度值。

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

南調(diào)機(jī)電設(shè)備——伺服驅(qū)動(dòng)器的工作原理：

　　伺服驅(qū)動(dòng)器在控制信號(hào)的作用下驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)，因此驅(qū)動(dòng)器是否能正常工作直接影響設(shè)備的整體性能。在伺服控制系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動(dòng)器相當(dāng)于大腦，執(zhí)行電機(jī)相當(dāng)于手腳。而伺服驅(qū)動(dòng)器在伺服控制系統(tǒng)中的作用就是調(diào)的轉(zhuǎn)速，因此也是一個(gè)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。

　驅(qū)動(dòng)器的核心主控板，驅(qū)動(dòng)器由繼電器板傳遞控制信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)，完成上圖的雙閉環(huán)控制，包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制和換相控制。驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)板從主控板接受信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率變換電路，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行電機(jī)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(jié)構(gòu)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(fù)合控制系統(tǒng)。

具有反饋的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)由位置檢測(cè)部分、偏差放大部分、執(zhí)行部分及被控對(duì)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(yīng)性強(qiáng)等基本性能。說明一下，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)矩隨轉(zhuǎn)速的增加而均勻下降；適應(yīng)性強(qiáng)是指反應(yīng)快、靈敏、響態(tài)品質(zhì)好。

 南調(diào)機(jī)電設(shè)備——伺服電機(jī)? 伺服驅(qū)動(dòng)器的控制原理

       伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)有機(jī)的整體，伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能是電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器二者配合所反映的綜合效果。

       1、永磁式同步伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

       圖1為一臺(tái)8極的永磁式同步伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)截面圖，其定子為硅鋼片疊成的鐵芯和三相繞組，轉(zhuǎn)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(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置，在電動(dòng)機(jī)非負(fù)載端的端蓋外面還安裝上光電編碼器。驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。電磁轉(zhuǎn)矩與定子電流大小的關(guān)系并不是一個(gè)線性關(guān)系。事實(shí)上，只有定子旋轉(zhuǎn)磁極對(duì)轉(zhuǎn)子磁極的切向吸力才能產(chǎn)生帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電磁力矩。因此，可把定子電流所產(chǎn)生的磁勢(shì)分解為兩個(gè)方向的分量，沿著轉(zhuǎn)子磁極方向的為直軸（或稱d軸）分量，與轉(zhuǎn)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(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。

       由此可見，不能簡單地通過調(diào)節(jié)定子電流來控制電磁轉(zhuǎn)矩，而是要根據(jù)定、轉(zhuǎn)子磁極軸線間的夾角θ確定定子電流磁勢(shì)的q軸和d軸分量的方向和幅值，進(jìn)而分別對(duì)q軸分量和d軸分量加以控制，才能實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩的控制。這種按勵(lì)磁磁場方向?qū)Χㄗ与娏鞔艅?shì)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(gè)三閉環(huán)控制系統(tǒng)，兩個(gè)內(nèi)環(huán)分別是電流環(huán)和速度環(huán)。

? 穩(wěn)態(tài)誤差接近為零；

 ? 動(dòng)態(tài)：在偏差信號(hào)作用下驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速或減速。

南調(diào)機(jī)電設(shè)備——了解伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)增益的作用以及調(diào)整的原則

伺服是由3個(gè)反饋系統(tǒng)構(gòu)成：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)，越是內(nèi)側(cè)的環(huán)，越需要提高其響應(yīng)性，不遵守該原則，則會(huì)產(chǎn)生偏差和震動(dòng)。由于電流環(huán)是內(nèi)側(cè)的環(huán)，以確保了其充分的響應(yīng)性，所以我們只需要調(diào)整位置環(huán)和速度環(huán)即可。調(diào)整的主要參數(shù)是：位置環(huán)增益、速度環(huán)增益、速度積分時(shí)間常數(shù)。位置環(huán)增益是決定對(duì)指令位置跟隨性的參數(shù)。與工件表面的優(yōu)劣有密切關(guān)系，僅在驅(qū)動(dòng)器工作在位置方式時(shí)有效，當(dāng)伺服電機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，增加位置環(huán)比例增益，能提高伺服電機(jī)的剛性，即鎖機(jī)力度。伺服系統(tǒng)的響應(yīng)性取決于位置環(huán)增益，提高位置環(huán)增益，位置環(huán)響應(yīng)和切屑精度都會(huì)改善，同時(shí)減少調(diào)整時(shí)間和循環(huán)時(shí)間,但位置環(huán)增益又受限于速度環(huán)特性和機(jī)械特性。為了提高響應(yīng)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(yīng)，容易產(chǎn)生震動(dòng)，所以請(qǐng)一邊注意響應(yīng)性一邊提高速度環(huán)增益。

特點(diǎn)：

位置環(huán)增益提高，響應(yīng)性越高，定位時(shí)間越短。過大會(huì)引起震動(dòng)和超調(diào)位置環(huán)增益調(diào)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(shí)間常數(shù).速度環(huán)比例增益、速度積分時(shí)間常數(shù)僅對(duì)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)(有速度)起作用。速度環(huán)比例增益的大小，影響電機(jī)速度的響應(yīng)快慢，為了縮短調(diào)整時(shí)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(shí)間常數(shù)的大小，影響伺服電電機(jī)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(dāng)伺服電機(jī)帶上實(shí)際負(fù)荷時(shí)，由于實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量與缺省參數(shù)值設(shè)置時(shí)并不相符，速度環(huán)的帶寬會(huì)變窄，如果實(shí)際負(fù)荷使電機(jī)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(duì)速度環(huán)的比例增益、積分時(shí)間常數(shù)進(jìn)行調(diào)整。