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，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。

伺服驅(qū)動(dòng)器的幾種工作方式

對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)器可以選擇的工作方式有：開環(huán)模式，電壓模式，電流模式(力矩模式)，IR補(bǔ)償模式，Hall速度模式，編碼器速度模式，測(cè)速機(jī)模式，模擬位置環(huán)模式(ANP模式)。(以上模式并不全部存在于所有型號(hào)的驅(qū)動(dòng)器中)

電流模式(力矩模式)

輸入命令電壓控制驅(qū)動(dòng)器的輸出電流(力矩)。驅(qū)動(dòng)器調(diào)整負(fù)載率以保持命令電流值。如果驅(qū)動(dòng)器可以速度或位置環(huán)工作，一般都含有此模式。

IR補(bǔ)償模式

輸入命令控制電機(jī)速度。IR補(bǔ)償模式可用于控制無速度反饋裝置電機(jī)的速度。驅(qū)動(dòng)器會(huì)調(diào)整負(fù)載率來補(bǔ)償輸出電流的變動(dòng)。當(dāng)命令響應(yīng)為線性時(shí)，在力矩?cái)_動(dòng)情況下，此模式的精度就比不上閉環(huán)速度模式了。

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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。

伺服驅(qū)動(dòng)器維修的問題特征 

1、上電，伺服驅(qū)動(dòng)器未承受發(fā)動(dòng)信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)器在體系自檢完畢后，即報(bào)出OC問題。問題原因如下。 （1）伺服驅(qū)動(dòng)器的三相輸出電流檢測(cè)電路損壞，誤流問題，如電流互感器內(nèi)部電路損壞，誤報(bào)出嚴(yán)峻過流問題。 （2）伺服驅(qū)動(dòng)器上電后，但回絕一切操作，呈現(xiàn)類似于程序進(jìn)入死循環(huán)的"死機(jī)"現(xiàn)象，先不要容易判斷為MCU問題，出于保護(hù)意圖,故回絕一切操作,以免造成人為的問題擴(kuò)展。 （3）伺服驅(qū)動(dòng)器空載或輕載運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但帶上一定負(fù)載后，呈現(xiàn)電動(dòng)機(jī)振蕩、輸出電壓偏相問題等。

 2、驅(qū)動(dòng)電路自身問題。 （1）驅(qū)動(dòng)電路不能輸出正常的驅(qū)動(dòng)脈沖，多為電流輸出才能缺乏。驅(qū)動(dòng)IC的后置放大器低效，元件變值等。 （2）驅(qū)動(dòng)供電電源電壓的低落為驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)部欠電壓電路所偵測(cè)，驅(qū)動(dòng)IC報(bào)出OC問題。 伺服驅(qū)動(dòng)器維修問題原因如下 （1）驅(qū)動(dòng)電路的供電電源電流(功率)輸出才能缺乏。 （2）驅(qū)動(dòng)IC或驅(qū)動(dòng)后置放大器低效，輸出內(nèi)阻變大，使驅(qū)動(dòng)脈沖的電壓起伏或電流起伏缺乏。 （3）某只或數(shù)只IGBT低效，導(dǎo)通內(nèi)阻變大，導(dǎo)通管壓降增大。