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    交直流伺服技术介绍
    发布者: 发布时间:2013-11-25 16:59:47 点击次数:127

     

    伺服体系在机电装备中具有紧张的职位,高性能的伺服体系可以提供机动、方便、正确、快速的驱动意甲联赛下注。随着技能的进步和整个产业的不绝生长意甲联赛下注,拖动体系的生长趋势是用交换伺服驱动代替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动意甲联赛下注,以便使体系性能到达一个全新的程度,包罗更短的周期意甲联赛下注、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。 
      一、伺服体系的生长进程
      伺服体系的生长履历了由液压到电气的进程。电气伺服体系根据所驱动的电机范例分为直流(DC)和交换(AC)伺服体系。20世纪50年代,无刷电机和直流电机实现了产物化,并在盘算机外围装备和机器装备上得到了遍及的应用,20世纪70年代则是直流伺服电机的应用最遍及的期间。但直流伺服电机存在机器布局巨大意甲联赛下注、维护事变量大等缺点,在运行进程中转子轻易发热意甲联赛下注,影响了与其毗连的其他机器装备的精度意甲联赛下注,难以应用到高速及大容量的场合,机器换向器则成为直流伺服驱动技能生长的瓶颈。
      从20世纪70年代后期到80年代初期,随着微处理惩罚器技能、大功率高性能半导体功率器件技能和电机永磁质料制造工艺的生长及其性能代价比的日益进步,交换伺服技能——交换伺服电机和交换伺服控制体系渐渐成为主导产物。交换伺服电机降服了直流伺服电机存在的电刷、换向器等机器部件所带来的种种缺点意甲联赛下注,特别是交换伺服电机的过负荷特性和低惯性表现出交换伺服体系的良好性。
      交换伺服体系按其采取的驱动电动机的范例来分,重要有两大类:永磁同步(SM型)电动机交换伺服体系和感到式异步(IM型)电动机交换伺服体系。此中,永磁同步电动机交换伺服体系在技能上已趋于完全成熟,具备了非常精良的低速性能意甲联赛下注,并可实现弱磁高速控制,拓宽了体系的调速范畴,顺应了高性能伺服驱动的要求意甲联赛下注。随着永磁质料性能的大幅度进步和代价的低落,其在产业生产主动化范畴中的应用将越来越遍及,如今已成为交换伺服体系的主流。感到式异步电动机交换伺服体系由于感到式异步电动机布局坚固,制造轻易意甲联赛下注,代价低廉,因而具有很好的生长远景,代表了将来伺服技能的方向。但由于该体系采取矢量变更控制,相对永磁同步电动机伺服体系来说控制比力巨大意甲联赛下注,并且电机低速运行时还存在着服从低、发热严峻等有待降服的技能题目意甲联赛下注,如今并未得到广泛应用。
      体系的实行元件一样平常为平凡三相鼠笼型异步电动机,功率变更器件通常采取智能功率囊饧琢伦ⅲ块IPM。为进一步进步体系的动态和静态性能意甲联赛下注,可采取位置和速率闭环控制。三相交换电流的跟随控制能有效进步逆变器的电流相应速率意甲联赛下注,并且能限定暂态电流,从而有利于IPM的寂静事变。速率和位置环可利用单片机控制,以使控制战略得到更高的控制性能。电流调治器若为比例情势,三个交换电流环都用充足大的比例调治器举行控制,其比例系数应该在包管体系不产生振荡的条件下只管选大些,使被控异步电动机三相交换电流的幅值、相位和频率紧随给定值快速变革,从而实现电压型逆变器的快速电流控制意甲联赛下注。电流用比例调治,具有布局简单、电流跟随性能好以及限定电动机起制动电流快速可靠等诸多长处。
      从伺服驱动产物当前的应用来看,直流伺服产物正渐渐镌汰,交换伺服产物则日渐增长意甲联赛下注,市场占据率渐渐扩大意甲联赛下注。在实际应用中意甲联赛下注,精度更高、速率更快、利用更方便的交换伺服产物已经成为工场主动化等各个范畴中的主流产物。
      二意甲联赛下注、伺服驱动产物表面
      由于伺服驱动产物在产业生产中的应用非常遍及,市场上的相干产物种类很多意甲联赛下注,从平凡电机、变频电机、伺服电机、变频器意甲联赛下注、伺服控制到活动控制器、单轴控制器、多轴控制器意甲联赛下注、可编程控制器、上位控制单位以致车间和厂级监控事变站等包罗万象。
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      随着永磁质料制造工艺的不绝美满意甲联赛下注,新一代的伺服电机多数采取了最新的Nd2Fe14b1(铷铁硼)质料,该质料的剩余磁密、矫顽力和最大磁能积均好于其他永磁质料,再加上公道的磁极、磁路及电机布局计划意甲联赛下注,大大地进步了电机的性能,同时又缩小了电机的外形尺寸。新一代的伺服电机多数采取了新型的位置编码器,这种位置编码器的信号线数量从9根镌汰到5根,并支持增量型和绝对值型两种范例,通讯速率达4M/s,通讯周期为62.5μs意甲联赛下注意甲联赛下注,数据长度为12位,编码器辨别率为20bit/rev意甲联赛下注,即每转天生100万个脉冲,最高转速达6000r/min,编码器电源电流仅为16μA。伺服电机根据容量可以分为超小型(MINI型)意甲联赛下注、小容量型、中容量型和大容量型。超小容量型的功率范畴为10W到20W,小容量型的功率范畴为30W~750W,中容量型的功率范畴为300W~15KW,大容量型的功率范畴为22KW~55KW。伺服电机的供电电压范畴从100V~400V(单三相)。
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      传统的模仿控制固然具有连续性好意甲联赛下注、相应速率快及本钱低的长处,但也有难以降服的缺点,如体系调试困难,轻易受到环境温度变革的影响而产生漂移,难以实现柔性化计划,缺乏实现巨大盘算的本领,无法实现当代化控制理论引导下的控制算法等。以是当代伺服控制均采取全数字化布局,伺服控制体系的重要理论也采取了当代矢量控制头脑,它实现了电流向量的幅值控制和相位控制。为了进步产物的性能意甲联赛下注,新一代的伺服控制器采取了多种新技能、新工艺意甲联赛下注,重要表如今以下几个方面:
      1.在电流环路中采取了d-q轴变更电流单位,在新的控制方法中意甲联赛下注,主CPU的运算量得以镌汰意甲联赛下注,通过硬件来举行电流环控制,即将控制算法固化在LSI专用硬件环路中。通过采取高速的d-q轴变更电流单位,使电流环的转矩控制精度有了进一步的进步,实现了在稳态运行及瞬态运行时均能保持精良的性能。
      2.采取了脉冲编码器倍增成果,新的控制算法使位置控制的整定时间收缩为原来的三分之一。
      3.速率控制环采取速率及时检测控制算法,是电机的低速性能得到进一步进步,速率颠簸和转矩颠簸降到最低。采取在线主动锁定成果,使伺服体系的调试时间收缩意甲联赛下注,操纵越发简化意甲联赛下注。
      4.采取主回路与控制回路举行电气断绝的布局意甲联赛下注,使操纵及妨碍检测越发方便寂静,供电电源电压从100V扩展到400V(单相/三相)。
      5.伺服控制一样平常均采取从电机轴端的位置编码器收罗位置信号举行反馈,在受控实行机器部分没有反馈采样信号意甲联赛下注,即半闭环的控制方法意甲联赛下注。如今的新产物则采取全闭环的控制方法,使机器加工偏差、齿轮间隙、布局受力弹性变形等偏差所造成的影响在伺服控制器中通过盘算完成修正。
      6.用RICS(精简指令盘算机体系)技能,使CPU的数据处理惩罚本领由8位、16位进步到32位,微处理惩罚器的主频进步到百兆以上。
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      随着产业机器化装备对高速化、高精度化和小型化以及多品种小批量化意甲联赛下注、高可靠性、免维护性能要求的进步,上位机控制群得以遍及应用意甲联赛下注。从上层的可编程控制器(PLC)、活动控制器、机床CNC控制器,可不停连到底层的通用输入/输出(I/O)控制单位和视觉传感体系。编程语言有梯形图、NC语言、SFC语言意甲联赛下注、活动控制语言等意甲联赛下注,均可根据用户要求机动设置。体系可控制轴数从单轴到可支持多达44轴意甲联赛下注,控制器可以毗连从模仿信号到网络信号的种种信号范例,可遍及应用于半导体制造装备、加工机器、搬运机器、卷扬机器等意甲联赛下注,具有很高的性能代价比意甲联赛下注。
      三、伺服体系的生长趋势
      从前面的讨论可以看出,数字化交换伺服体系的应用越来越广,用户对伺服驱动技能的要求也越来越高。总的来说,伺服体系的生长趋势可以归纳综合为以下几个方面:
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      伺服技能将继承敏捷地由DC伺服体系转向AC伺服体系。从如今国际市场的环境看意甲联赛下注,险些全部的新产物都是AC伺服体系意甲联赛下注。在产业发达的国度,AC伺服电机的市场占据率已高出80%,在国内生产AC伺服电机的厂家也越来越多,正在渐渐高出生产DC伺服电机的厂家??梢栽ぜ饧琢伦ⅲ痪玫慕?,除了在某些微型电机范畴之外,AC伺服电机将完全代替DC伺服电机。
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      采取新型高速微处理惩罚器和专用数字信号处理惩芬饧琢伦ⅲ机(DSP)的伺服控制单位将全面代替模仿电子器件为主的伺服控制单位意甲联赛下注,从而实现完全数字化的伺服体系。全数字化的实现意甲联赛下注,将原有的硬件伺服控制变成了软件伺服控制,从而使在伺服体系中应用当代控制理论的先辈要领成为大概意甲联赛下注意甲联赛下注。
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      新的伺服体系产物改变了将伺服体系分别为速率伺服单位与位置伺服单位两个??榈淖龇?,代之以单一的意甲联赛下注、高度集成化、多成果的控制单位。同一个控制单位,只要通过软件设置体系参数,就可以改变其性能,既可以利用电机本身设置的传感器构成半闭环调治体系,又可以通过接口与外部的位置或速率或力矩传感器构成高精度的全闭环调治体系意甲联赛下注。
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      智能化是当前统统产业控制装备的盛行趋势,伺服驱动体系作为一种高级的产业控制装置固然也不例外。最新数字化的伺服控制单位通常都计划为智能型产物,他们的智能化特点表如今以下几个方面
      1)具有参数影象成果。体系的全部参数都可以通过人机对话的方法由软件来设置意甲联赛下注,生存在伺服单位内部意甲联赛下注,通过通讯接口,这些参数乃至可以在运行途中由上位盘算机加以修改;
      2)具有妨碍自诊断与阐发成果。无论什么时间,只要体系出现妨碍,就会将妨碍的范例以及大概引起妨碍的缘故起因通过用户面板清楚地表现出来,这就简化了维修与调试的巨大性;(3)具有参数自整定的成果。众所周知,闭环调治体系的参数整定是包管体系性能指标的紧张环节,带有自整定成果的伺服单位可以通过反复试运行主动将体系的参数整定出来,并主动实现其最优化。
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      在外洋,以产业局域网技能为底子的工场主动化(Factory Automation简称FA)工程技能在近来十年来得到了长足的生长,并表现出精良的生长势头。为顺应这一生长趋势意甲联赛下注,最新的伺服体系都设置了标准的串行通讯接口(如RS—232C接口等)和专用的局域网接口意甲联赛下注。这些接口的设置,明显加强了伺服单位与别的控制装备的互联本领意甲联赛下注意甲联赛下注,从而与CNC体系间的毗连也因此变得非常简单意甲联赛下注,只必要一根电缆或光缆,就可以将数台,乃至数十台伺服单位与上位盘算机毗连成为整个数控体系。
      综上所述,伺服体系将向两个方向生长:一个是满意一样平常产业应用的要求,对性能指标要求不是很高的应用场合意甲联赛下注,寻求低本钱、少维护、利用简单等特点的驱动产物,如变频电机、变频器等;另一个就是代表着伺服体系生长程度的主导产物——伺服电机意甲联赛下注、伺服控制器,寻求高性能、高速率、数字化意甲联赛下注、智能化、网络化的驱动控制,以满意用户较高的要求。

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