工业平缝机永磁交流伺服电机及控制系统

４０ ０ｒｍｉ， ０ ｎ 额定 转矩 为 ０ ９Ｎ ・ ／ ． ｍ； （ ）采用 烧结 铷 铁 硼 永 磁 材料 ， 磁转 子 为 ２ 永
用 的工业 平缝 机 分别进 行 了检 测 。 （ ）国家 中小 电机 质 量监 督检验 中心 对永磁 １ 交流 伺服 电机 样机 进行 了检 测 。图 ２是永 磁交 流 伺 服 电机 负 载特 性 曲线 。 由图 ２可 知 ， 电机 负载 运行 时 的功率 、 矩 、 转 电流 符 合设 计 指 标 要求 ； 在
ａ ｄ ｔｅ ｃ ｎ ｒｌｃ ｐ ｂｌｔ ｆｔ ｅ ０ ｓ ｓｅ ｗｅｅ ｉ ｔｏ ｕｃ ｄ． ｎ ｈ ｏ ｔｏ ａ ａ ｉｉｙ ｏ ｈｅ ＡＣ ｓ ｎ ｙ ｔｍ ｒ ｎｒ ｄ ｅ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｐｅ ｍ ａ ｎ ａ ｎｅ ｒ ｎｅ ｔｍ ｇ ｔＡＣ ｅ ｖ ｏ ｏ ｓ ｒ ｏ ｍ ｔ ｒ；ｃ ｎｔｏｌｓ ｓｅ ；ｌｃｋ ｔｔ ｈ ｓ ｗｉ ｇ ａ ｈｉ ｏ ｒ ｙｔｍ ｏ ｓ ｉｃ ｅ ｎ ｍ ｃ ｎｅ
ｃ ｎｒ ｌａ ｄ ｄ ｉｅ ｉ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｐ ｃ ｉ ｎ Ｉ Ｍ ．Ｔ ｅ ｓ ｆ ｒ ｎ ａｄ ａ ｅ ｄ ｓ ｎ ｏ ｏ ｔ ｌ ｒａ ｄ ｍｏ ｏ ｒ ｅ ｏ ｔ ｎ ｒ ｓ ａ ｅ ｎ ＤＳ ｈｐ ａ ｄ ＡＳ Ｐ ｏ ｖ ｈ ｏｔ ｅ ａ ｄ ｈ ｒ ｗ ｒ ｅ ｉ ｆｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｔｒｄ ｉ ｒ ｗａ ｇ ｏｅ ｖ
控 制 。功 率 变 换 由 Ａ Ｉ Ｍ 完 成 ， ＳＰ 内部 集 成 了 整
控制器 Ｉ
＋———１ ＿ 传感 器Ｉ
Ｉ 传感器
图 １ 工 业 平 缝 机 永 磁 交 流 伺 服 电机 控 制 系统 图
流、 逆变 、 置驱 动 及 多种 保 护 功 能 。采用 Ｄ Ｐ 前 Ｓ，
除极 大 地提 高 了运 算 速 度 外 ， 利 用其 内嵌 的事 还
四种 基本 功能 ： 自动 程序缝 、 曲折缝 、 固定针数 缝 、
应快 ， 静止 加速 到 ４０ ０ｒｒｉ， 从 ０ ／ ｎ 仅需 几 毫 秒 ， ａ 可
频 繁 、 速起 动 。 快
（ ）对配 套使 用交 流伺 服 系统 的工业 平缝机 ２ 运 行控 制性 能 的 检测 ， 由国 家缝 纫 机 质 量监 督 检 验 中心 按 照 Ｇ ／ ２８ —９８ 工 业 用 缝 纫 机 Ｇ Ｂ Ｔ ３０１９ 《 Ｃ 自动剪 线 高 速 平 缝 机 》 业 标 准 的 相 关 项 目进 行 行， 标准 要求 的共 计 ２ ３项 （４项 标准 及 ９项 扩 展 １ 功 能要 求 ） 标 全部 合 格 。表 １是 配 套工 业 平缝 指 机控 制性 能 的 检 测报 告 。检测 结 果 表 明 ， 研发 所
２ ｈ ｎ ｚｏ ｎｖｒｔ Ｚ ｅ ｇｈ ｕ４ ０ ５ ，Ｃ ｉａ ．Ｚ ｅｇｈ ｕＵ ｉ ｓｙ， ｈ ｎｚｏ ５ ０ ２ ｈｎ ） ｅｉ
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｐ ｒ ｎｅ ｔ ａ ｔ ｅ ｍａ ｎｔＡＣ ｅｗｏ ｍｏ ｏ ｏ ｒ ｌｓ ｓｅ ｏ ｏ ｋｓｉｃ ｅ ｎｇ ｍａ ｈｎｅ ｉ ｎ ｒｄｕ ｅ ｓ ｌ ｔ ｒｃ ｎｔｏ ｙ ｔｍ ｆｌｃ ｔｔｈ ｓ ｗｉ ｃ ｉ ｓ ｉｔｏ ｃ ｄ． Ｓ ｒＴ ｏｏ Ｓ ｅ 、 ｍ ｔｒ’ ０
额 定转 矩 ， 在额 定转 速 以上 可以恒 功率输 出 ； 具有 较 强 的过 载 （ 度 过 载 、 矩 过 载 ） 力 ； 瞬 时 速 转 能 其
最 大转 矩为 额定 转 矩 的 ３倍 ， 克 服惯 性 负 载 在 可 起 动瞬 间 的惯 性力 矩 ； 电机的加 速性 能好 ， 速度 响
关 键 词 ：永磁 交流 伺 服 电机 ； 制 系统 ； 业 平 缝 机 控 工
中图分类号 ： Ｍ ０ ． ： Ｍ３ １ 文献标识码 ： 文章编号 ：６ ３６４ （ ０ ８ １－０ ０ ３ Ｔ ３ １２ Ｔ ５ Ａ １７ — ０ ２ ０ ）００ ４ － ５ ０
Ｐｅ ｍ ａ ｎ Ｃ ｒ ｏ Ｍ ｏ ｏ ｎ ｎ ｒ ｌＳｙ ｔ ｍ ｆ ｒ ｎｅ ｔＡ Ｓｅ ｖ ｔ ｒ ａ ｄ Ｃｏ ｔ ｏ ｓｅ ｏ Ｌｏ ｋｓｉｃ ｅ ｎｇ Ｍ ａ ｈ ｎ ｃ ｔｔ ｈ Ｓ ｗｉ ｃ ｉｅ
低 。选 用 的 Ｄ Ｐ芯片 （ ＭＳ２ Ｌ ２０ ） 有 成 本 Ｓ Ｔ ３０ Ｆ ４６ 具 低、 功耗 小 、 运算 速 度 快 、 理 能 力 强 等 特 点 。利 处 用 Ｄ Ｐ的快 速 运 算 能 力 、 Ｓ 高效 的 指令 功能 ， 及 以 专 为控制 而集 成 的传 感 器接 口电路 和 Ｐ ＷＭ 输 出 电路 ， 来提 高系统 的控制 性能 。 （ ）软件 设计 。 电脑 自动工 业平 缝机 一般 有 ２
Ｓ Ｎ Ｕ Ｐ ， Ｙ ｉｎｑｕ Ｅ Ｊａ — ｉ
（ ．Ｚ ｅ ａｇＷａｅ ｏｓｒａｃ ｎ ｙｒ ｏ ｅ ｏ ｅｅ Ｈ ｎｚｏ ０ ，Ｃ ｉａ １ ｈ ｊ ｎ ｔ Ｃ ｎｅｖｎｙａｄ Ｈ ｄｏＰ ｗ ｒ ｌ ｇ ， ａ ｇｈ ｕ３ ｉ ｒ Ｃ ｌ １ １ ０ ８ ｈｎ ；
０ 引 言
交 流伺服 电机及其 控制 系统广 泛应 用于要求 生产过 程 自动化 的领 域 ， 括纺 织 、 包 印染 、 装缝 服
纫、 数控 机床 、 化工 、 工 、 空 、 天 、 轻 航 航 印刷 、 包装 、
的通 用性又 可满 足众 多领域 的需求 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ本文通 过一 个设 计 应 用 实例 ， 绍 永磁 交 流 介
控制与应用技术
ＥＣ ＭＡ
电 札 与柱 制 应 闭 ２ ， １ ） ￣ｓ ｓ（０ ３
工 业 平 缝 机 永 磁 交 流 伺 服 电机 及 控 制 系 统
孙 平 叶剑秋 ，
（ ．浙 江水利 水 电专科 学校 ， 江 杭 ９ ３ ０ １ ２ １ 浙 ’ １ ０ ８； ．郑 州 大学 ， 南 郑 州 ４ ０ ５ ） Ｉ ， ｌ 河 ５ ０ ２
用模块 化 的软 件设 计方 式 及 功 能 模 块 子程 序 化 ， 既可 使程 序编 写 简 洁 明 了 ， 又提 高 了系 统 的 抗 干 扰 能力 与 稳定性 。
２ ３ 驱 动 器 ．
在 驱 动器硬 件 和软 件 的设 计 中 ， 利用 专 用 智 能 功率 模 块 （ ＳＰ 与 Ｄ Ｐ组 成 的驱 动器 ， 高 Ａ ＩＭ） Ｓ 提 了运算 速度 ， 可 对永 磁 交 流 电机 实 行磁 场 定 向 并
转速 、 置及 系 统 的快 速 响应 。磁 场 定 向控 制技 位 术 的硬件 设计 与 软 件 开发 ， 得驱 动 部 分 能 够无 使 级 调速 ， 确定 位 ， 准 运行平 稳无 振 动 。
会 出现开环 控 制的步 进伺 服系 统 中步进 电机 的丢 步或 过 冲现 象 ， 控制性 能更 加可 靠 。
额 定 转速 以 内 （ ０ ２０ ０或 ４０ ０ ｒｒｉ） 能够 输 出 ０ ／ ｎ ， ａ
面贴磁 钢结 构 ， 提高 了 电机运行 的功 率 因数 ；
（ ）为消 除齿谐 波 的影 响 ， ３ 减小 振 动与 噪声 ， 定 子绕 组采 用 了分数槽 绕组 。
２ ２ 控 制器 ．
动缝 纫信息 ， 通过 驱动器 发送 脉冲信号 ， 电机进 对
４ 一 ０
迫 札 与粒 帚Ｊ 用 ２０， １ ） 应 ０８ ５（０ ３
控制 与应用技术 Ｅ Ｃ ＭＡ
行 调 速 ； 收 电机 上 编 码 器 的反 馈 信 号 ， 断 针 接 判
行缝 纫模 式 的 软件 设 计 。 为 了优 化 软 件设 计 ， 在
（ ）硬件设计 。虽然使用可编程逻辑控制器 １ （ Ｌ 的技术 已很 成熟 ， Ｐ Ｃ） 但其 价格 偏 高 ， 大批 量生 产 时 ， 考 虑 成 本 问题 。采 用 微 控 制 器 （ 用 数 需 选 字信号 处理 器 （ Ｓ ） 为 核心组 成 的系统 替代 ＤＰ ） Ｐ Ｃ， Ｌ 在保 证性 能与 可靠 性 的 同时 ， 价 格 大大 降 其
数据 反馈 给驱动 器 和控 制 器 ， 者 根据 反 馈值 与 后
当前 国内工业 自动化领 域对交 流伺 服 电机及 其控制 系统 的需求 越 来越 大 ， 交 流 伺 服 电机 与 但 交流伺 服运 动 系 统 的开 发 在 我 国 还处 于起 步 阶 段 ， 开发难 度 高 于其 他伺 服 系 统 。 目前 这 类 产 其
件管 理 器 与数 模转 换 器 ， 加上 Ｐ ＷＭ 电路 ， 成 了 组
交 流 伺 服 驱 动 系统 为 闭 环 控制 系统 。驱动
器可直接对编码器的反馈信号进行采样 ， 内部 在
构成 位置 环和 速度环 。交 流伺 服驱 动 系统一 般不
对电机进行数字化控制的基本功能。利用控制算 法将 控制 信号 转 变成驱 动信 号来 控制 伺服 电机 的
一
设定 目标 值 的 比较 ， 整 转 子 转 动 的 角度 （ 速 调 或 度） 以满 足 负 载 的要 求 ； 服 电机 的精 度 由安 装 伺
于 电机后 端盖 上 的编 码 器 精度 （ 数 ） 决 定 和 线 来 保证 。图 １是所研 发 的工 业平缝 机永 磁交流伺 服 电机 及其控 制 系统框 图。 电脑工 业平缝 机工 作时 ， 由键盘采 集 、 入 自 输
品主要 依赖进 口， 价格 昂 贵 。国 内厂 家 和研 究 机
构需加 快速度 ， 研发 出质高 价优 的同类产 品 ， 以满
足 国内市场 的巨大需求 。 永 磁交流 伺服 电机不 同于一 般 的变 频调速 电 机 ， 除 了实 现调 速 功能 外 ， 要实 现 位置 控 制 ， 它 还 其动态 特性也 高于一 般 的变频调 速 电机 。永磁 交 流伺服 电机 的位置控 制分 辨率更 高 ， 转矩 波动 小 ， 运行范 围广 ， 是交流伺 服 系统 的 首选 电机 ， 其优 良
摘 要 ： 绍 了一 种 用 于 电 脑 全 自动 工业 平 缝 机 的 永 磁 交 流 伺 服 电 机 及 其 控 制 系 统 。伺 服 电 机 的 控 制 介