永磁直线交流伺服系统及其控制
永磁同步电机伺服控制系统
1 永磁同步电机伺服控制系统的构成
基本部分： 永磁同步电机； 电压型PWM逆变器； 电流传感器； 磁极位置传感器； 电流控制器。
如果需要进行速度和位置控制，还需要速 度传感器、速度控制器、位置传感器以及位置 控制器。
永磁同步电机伺服控制系统
永磁同步电机伺服控制系统构成如图1 所示：
图6 永磁同步电机的常用转子结构
永磁同步电机伺服控制系统
(a) 直轴电枢反应磁通路径 (b) 交轴电枢反应磁通路径
图7 交、直轴电枢反应磁通路径
永磁同步电机伺服控制系统
对于图6（k）所示结构，通过采用多层 倒圆弧形永磁体来增大磁阻转矩，永磁体的抗 去磁能力强，气隙磁密高，且波形更接近正弦 形。
表面永磁体结构的优点：转子直径小，转 动惯量低；等效气隙大、定位转矩小、绕组电 感低，有利于电机动态性能的改善；这种转子 结构电机的电枢反应小、转矩电流特性的线性 度高，控制简单、精度高。因此，一般永磁交 流伺服电机多采用这种转子结构。
永磁同步电机伺服控制系统
增加绕组的分布系数，使电动势波形的 正弦性得到改善；
可以得到线圈节距为 1 的集中式绕组设 计，线圈绕在一个齿上，缩短了线圈周 长和端部伸出长度，减少了用铜量；线 圈端部没有重叠，可不放置相间绝缘；
可能用专用绕线机 ，直接将线圈绕在齿 上，取代传统嵌线工艺，提高了劳动生 产率，降低了成本；减小了定子轭部厚 度，提高了电机的功率密度；
电机绕组电阻减小 ，铜耗降低，进而提 高机效率和降低温升；
降低了定位转矩，利于减小振动和噪声。
永磁同步电机伺服控制系统
如图4为具有分数槽绕组的电机定子。
图4 具有分数槽绕组的电机定子
永磁同步电机伺服控制系统
永磁交流伺服电机原理
永磁交流伺服电机原理近年来由于无刷式伺服（马达）电机(brushless servo motor)制造与控制技术的急速发展，再加上大规模集成电路与半导体功率组件的进步，使其商品化产品日益增多，在高性能伺服应用场合如计算机控制数值工具机、工业机器人等，均已逐渐取代了传统式的有电刷的直流伺服电机(dc servo motor)。
无刷式伺服电动机主要可分为两大类(表1) (1)无刷式直流伺服电机(brushless dc servo motor)，一般亦称的为永磁式同步电机(PM synchronous motor) 或永磁式交流伺服电机(PM ac servo motor)，(2)感应式交流伺服电机(induction ac servo motor)。
无刷式直流伺服电机采用内装式的霍尔效应(Hall-effect)传感器组件来检测转子的绝对位置以决定功率组件的触发时序，其效用有如将直流伺服电机的机械式电刷换相(mechanical commutation)改为电子式换相(electronic commutation)，因而去除了直流伺服电动机因电刷所带来的限制。
目前一般永磁式交流伺服电机的回接组件多采用解角器(resolver) 或光电解编码马器(photo encoder)，前者可量测转子绝对位置，后者则祇能测得转子旋转的相对位置，电子换相则设计于驱动器内。
表1伺服电机的分类永磁式直流伺服电动机如图1(a)所示，其永久磁铁在外，而会发热的电枢线圈(armature winding)在内，因此散热较为困难，降低了功率体积比，在应用于直接驱动(direct-drive)系统时，会因热传导而造成传动轴(如导螺杆)的热变形。
但对交流伺服电机而言，不论是永磁式或感应式，其造成旋转磁场的电枢线圈，如图1(b)所示，均置于电机的外层，因而散热较佳，有较高的功率体积比，且可适用于直接驱动系统。
交流电机依其扭矩产生方式可分为两大类(1)同步交流电机(synchronous ac motor)与(2)感应交流电机(induction ac motor)，同步交流电机因其转子可由外界电源或由本身磁铁而造成的磁场与定子的旋转磁场交互作用而达到同步转速，但是感应交流电机的转子则因定子与转子间的变压器效应(transformer effect)而产生转子感应磁场，为了维持此感应磁场以产生旋转扭矩，转子与定子的旋转磁场间必须有一相对运动—滑差(slip)，因此感应电机的转速无法达到同步转速。
基于DSP的永磁交流伺服控制系统研究
第 ４１卷 第 １期
２０ ０ ７年 １ 月
电 力 电子 技 术
Ｐ ｗｅ ｅ ｔｏ ｃ ｏ ｒＥｌ ｃｒ ｎｉｓ
Ｖｏ ． １４１，Ｎｏ． １
Ｊｎ ａｙ ２ ０ ａ ｕ ｒ ，０ ７
基于 Ｄ Ｐ的永磁交流伺服控制系统研究 Ｓ
徐 艳 平 ， 永 飘 ， 彦 儒 刘 钟
ａ ｄ ｓ ｆ ａ ｅ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔｄ ｉ ｅａｌ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌ ｒ ｖ ｈ ａ ｉｎ ｉ ｆ ｔｅ ｈ ｒ ｗａ ｅ ａ ｄ ｓ ｆ ｒ ｅ ｉｎ ｉ ｈ ｎ ｏｔ ｒ ｓ ｒ ｓ ｎ ｅ ｎ ｄ ｔｉ Ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ｔ ｏ ｈ ａ ｄ ｒ ｎ ｏｔ ｅ ｄ ｓｇ ｎ ｔ ｅ ｗ ． ｉ ｓ ｏｌ ｙ ｗａ ｐ ｒ ａ ｅ ｔ ＡＣ ｓ ｒ ｏ ｓ ｓｅ ｕ ｉｇ Ｔ ３ ０ ２ １ ． ｈ ｏ ｔ ｌ ｓ ｓｅ ｈ ｓ ｆ ｓ ｒ ｓ ｏ ｓ ｎ ｏ ｄ ｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｎ ｅ ｈ ｅ ｍ ｎ ｎ ｅ ｖ ｙ ｔｍ ｓｎ ＭＳ ２ Ｆ ８ ２ Ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｙ ｔ ｍ ａ ａ ｔ ｅ ｐ ｎ ｅ ａ ｄ ｇ ｏ ｅｆ ｍ ｎ ｅ ｕ ｄ ｒ ｔ ｅ ｏ ｏ ｓｅ ｄ ｎ ｙ ａ ｃ ｓａｅ ． ｔａ ｙ ａ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ｔｔ ｓ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｔｒ ａｉ ｇ ｃ ｒｅ ｔｓ ｒ ｏ ｓ ｓ ｍ；ｓ ｆ ｗａ ；ｈ ｒ ｒ ；ｄ ｓｇ ／ ｅ ａ ｅ ｔ ｇ ｅ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒ ｙ ｒ ｓ ａ ｅ ｔ ｕ ｒ ｎ ｅ ｖ ・ｙ ｔ ｌ ｎ ｎ ｅ ｏ ｒ ｔ ｅ ａ ｄ ｗａ ｅ ｅ ｉｎ ｐ ｒ ｎ ｎ ｎ ｔｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓｍｏｏ ｍ ｍａ
中 图 分 类 号 ： Ｍ ５ Ｔ ３１ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：Ｏ ０ １ ０ （ ０ ７ Ｏ — ０ ＇ ０ １０ — ０ Ｘ ２ ０ ） １０ ４ — ３ ２
交流永磁直线电机及其伺服控制系统的设计
摘 要直线电机在各行各业中发挥着越来越重要的作用，特别是在机床进给驱动系统中。
本文以平板式交流永磁同步直线电机为研究对象，从电机机体到伺服驱动系统的软、硬件设计作了深入研究。
本文首先介绍了交流永磁同步直线电机机体设计过程中电枢绕组、铝芯和定子磁钢的设计和改进方法，较大程度上减小了推力波动，并且结合大推力直线电机的特点设计了方便有效的装配过程。
建立交流永磁同步直线电机的数学模型，在此基础上分析了当今最通用的伺服控制策略，选择了矢量控制方法。
确定0 d i 的矢量控制实现形式。
通过SVPWM 方法进行脉宽调制，合成三相正弦波。
选用TI 公司2000系列最新DSP TMS320F2812，深入研究了以上算法在DSP 中的实现形式。
采用了C 语言和汇编语言混合编程的实现方法。
在功率放大装置中，以智能功率模块IPM 为核心，设计了功率伺服驱动系统。
还包括电流采样、光电隔离、过压欠压保护和电源模块等。
由于知识和能力的限制，本次课题只对直线电机做一些理论研究。
关键词：永磁同步直线电机 DSP SVPWM 矢量控制AbstractLine motors are playing a more and more important role in all kinds of trade ,especially in machine tool feed system. We carry out our study in motor , softwareand hardware servo system based on flat AC permanent magnet synchronous linearmotor(PMSLM).First introduce the design method of armature ,core of al and magnet whichcan minish the thrust ripples, then introduce the means of assembly base on highthrust permanent magnet synchronous motors.To ensure the accuracy to a high requirements and get a wide speed range, wechoose the dsp of Texas Instruments named TMS320F2812 which is the core of theservo system .In the paper we set up mathematical model of PMSLM, then analysethe current control strategies and choose the vector control method which is realizedby the method of 0 d i .The three phase sine wave is compounded by spacevoltage pulse width modulation(SVPWM).The arithmetic realized by C language andassembly language in DSP. Intelligent Power Model (IPM) is the core of the poweramplification circuit system which also contains current sampling circuit,photoelectric-isolation circuits, over-voltage protection circuits, under-voltageprotection circuits and power supply.As a result of the knowledge and ability limit, this topic only does a fundamentalresearch to the linear motor.Key words: permanent magnet synchronous linear motor(PMSLM), DSP,SVPWM, vector control目录摘要中文 (I)英文 (II)第一章绪论 (I)1.1 研究背景和意义 (1)1.2 直线电机的运行原理及特点 (2)1.2.1 直线电机的基本运行原理 (2)1.2.2 直线电机进给系统优缺点分析 (3)1.3 直线电机发展历史及其伺服控制系统的研究综述 (4)1.3.1 国内外直线电机历史、现状及发展 (4)1.3.2 直线电机伺服控制系统的研究综述 (7)1.3.3 试验研究 (10)1.4 本文主要研究内容 (10)第二章永磁永磁直线同步电机基本结构 (11)2.1 实验用交流永磁同步电机基本结构........................................................ 错误！未定义书签。
交流永磁伺服电机知知识点总结
交流永磁伺服电机是一种广泛应用于现代工业和自动化领域的重要设备。
以下是对交流永磁伺服电机的一些主要知识点的总结：
1.工作原理：交流永磁伺服电机的工作原理基于磁场与电流之间的相互作用。
通过控制电机的电流，可以改变电机的磁场，进而控制电机的转动。
2.结构：交流永磁伺服电机主要由定子、转子和控制器组成。
定子包含一个或多个绕组，用于产生励磁磁场。
转子通常由永磁体构成，用于产生转矩。
控制器负责控制电机的电流和电压，以实现电机的精确控制。
3.控制方式：交流永磁伺服电机可以通过开环或闭环控制方式进行控制。
开环控制通过给定电压或电流控制电机的转速和位置，而闭环控制则通过反馈信号与设定值比较，实现电机的精确控制。
4.优点：交流永磁伺服电机具有高效率、高精度、高响应速度等优点。
此外，由于其采用永磁体作为转子，因此具有较高的扭矩密度和较低的维护成本。
5.应用领域：交流永磁伺服电机广泛应用于机床、机器人、电力电子、航空航天等领域。
在这些领域中，交流永磁伺服电机被用于精确控制机器的运动和位置，实现高效、精准的生产和加工。
以上是对交流永磁伺服电机的一些主要知识点的总结。
在实际应用中，需要根据具体的应用场景和需求选择合适的交流永磁伺服电机，并进行合理的配置和控制。
现代交流伺服系统 第4章 永磁直线同步电动机伺服系统
4.2 永磁直线同步伺服电动机
内容提要
4.2.1 基本结构 4.2.2 基本工作原理 4.2.3 永磁直线同步伺服电动机的直接驱动 4.2.4 永磁直线同步伺服电动机的端部效应
8
4.2.1 基本结构
传统的旋转式永磁同步电机由定子、气隙、转子三部分组成，直线式永磁同 步电动机与此相似。不过直线式电机的受电部分-初级绕组嵌放在铁心中，它带着 馈电电缆一起作直线运动，称这部分电枢绕组连同铁心一起叫动子，而安放永磁 体之处称为次级，是不动的，叫作定子。
第4章 永磁直线同步电动机伺服 系统
永磁直线同步电动机伺服系统
内容提要
4.1 直线电动机的发展和应用 4.2 永磁直线同步伺服电动机 4.3 永磁直线同步伺服电动机的齿槽定位力及其削弱 4.4 永磁直线同步伺服电动机的纹波力及其削弱 4.5 直线电机在机床上应用发展缓慢的原因分析
1
4.1 直线电动机的发展和应用
3
4.1 直线电动机的发展和应用
2）传送车：在工业生产中可用直线电动机驱动小车传送工件。为了 实现自动化，要求小车能在始点、终点和沿途若干点上准确定位，直线电 动机通过调速装置、速度传感器、行程开关或无触点开关的联合作用，能 使小车准确定位。
3）行李、货物的存取移动装置。 4）桥式起重机或吊车移动装置。
在许多工业领域中，被控机械往往是直线位移形式。然而遗憾的是， 直线运动驱动技术没有得到发展，长期以来，不得不借助旋转运动的电机 配上机械转换环节，使旋转运动最终变成直线运动。如果有直线驱动器能 够直接驱动被控物体作直线运动，可省去运动形式的变换环节，简化传动 的复杂性。
以电磁原理工作的直线电机可以提供高功率和大推力，在19世纪20 年代，想用直线电动机作为织布机的梭子和列车的动力，但均未获成功。 到了20世纪50年代，直线电动机作为电磁泵被用来抽吸液态金属，20世纪 60年代以后，由于发展高速运输系统的需要，使直线电机的理论和应用得 到快速发展。
基于永磁同步交流伺服电动机的转矩控制系统研究
２ ０ １） １０３
摘 要 ： 绍 了一种基 于 永磁 同步伺服 电动机 （Ｍｓ 的转 矩控 制 系统 ， 系统 由转矩 控 制 电路 和 介 Ｐ Ｍ） 该
泵升 电压逆 变回馈 电路 两部 分 构成 ， 细讨论 了这种 复合 结 构 的 工作 原理 和控 制 方 法 ， 阐述 了 详 并 相应 的 矢量解耦 控制 策略 。最后 ， 出了实 际运 行 的 实验 结 果数 据 ， 以满 足 恒定 转矩控 制 的要 给 可
应用 ， 诸如 造 纸 、 印刷 、 印染 、 装 、 包 电线 电缆 、 纤 光
高矫顽力 、 格低 廉 的钕 铁 硼永 磁 材 料 的发 展 ， 价 价 格 低 、 积 小 、 能 高 的永 磁 伺 服 电动 机 问世 了。 体 性 永 磁 同 步 伺 服 电 动 机 也 称 为 Ｐ Ｍ （ ｅｍａｅｔ ＭＳ Ｐ ｒ ｎｎ
Ｕａ ＝
＋ Ｒｉ — ｇ ￣ｏ ｄ ｒ＿ ＋ Ｒｉ ｑ＋
Ｌｄｄ ＋ ｉ
坐标系的回旋角 ， 从而在理论上可以达到功率 因数 为 １的实 际效果 。
＝
ｉ ｇ
Ｔ ＝Ｐ （ｑ 一ｉ ） ｉ ’ ｄ ％
式中： ， 为 幽 坐标 系上 的 电枢 电压分 量 ； ， ｉ
Ｍａｎ ｔ ｙ ｃ ｒｎ ｕ ｔｒ 。 ｇ ｅ Ｓ ｎ ｈｏ ｏ ｓＭｏｏ ）
电缆 、 纺织 、 革 、 属箔 加 工 、 维 、 胶 、 金 等 皮 金 纤 橡 冶 行 业都要 进 行 精 确 的 张力 控 制 ， 提 高 产 品 的质 以 量 ， 张力控 制是 以转矩 控制 为前提 的 。 而 目前 常用 的张力 或 转矩 控 制 系统 主要 可 以分 成 ３种形 式 ： 一 类 基 于磁 粉 制 动器 ； 二类 基 于 第 第 交 流 电动机变 频控 制器 ； 三类 基 于直流 电动机 控 第
永磁同步直线伺服系统的一种双模控制
永磁同步直线伺服系统的一种双模控制张霖,党选举,曾思霖(桂林电子科技大学计算机与控制学院,广西桂林541004) 摘要:针对永磁同步直线电动机(PML SM )伺服系统的端部效应问题,采用了一种双模控制,将基于RBF 神经网络辨识的单神经元PID 控制和基于神经网络给定补偿的复合控制相结合。
有效地解决了并联型辨识结构对初值敏感及参数收敛的问题。
实现了控制系统的快速跟踪,同时对外部扰动和参数变化有较强抑制作用。
给出了该控制方案与基于RBF 神经网络辨识的单神经元PID 控制的仿真比较,验证了该方案的有效性。
关键词:永磁同步直线电动机;端部效应;双模控制;径向基函数神经网络;复合控制中图分类号:TP273 文献标识码:AKind of Double Model Control for Permanent Magnet Linear Servo SystemZHAN G Lin ,DAN G Xuan 2ju ,ZEN G Si 2lin(Com puter Science and Control College ,Guilin University of ElectronicT echnology ,Guilin 541004,Guangxi ,China )Abstract :For the problem of the end effect of servo system of permanent magnet linear synchronous motor (PML SM ),a double model control scheme was adopted.The scheme combines the single neuron PID control based on radial basis f unction (RBF )neural network and composite control based on neural network command 2compensator.And the scheme effectively solves the problems that the parallel identification model is sensitive to the initial value and the astringency of the parameters.Thus ,the scheme not only realizes the fast tracking performance of the control system ,but also has strong suppression to disturbances and uncertain parameters.To compare with the single neuron PID control based on radial basis function (RBF )neural network ,the effec 2tiveness of the proposed scheme is demonstrated by simulation.K ey w ords :permanent magnet linear synchronous motor (PML SM );end effect ;double model control ;ra 2dial basis f unction (RBF )neural network ;composite control 基金项目:国家自然科学基金项目[60964001];广西科学基金项目[桂科自0991019Z];广西信息与通讯技术实验室基金项目[10902] 作者简介:张霖(1987-),男,硕士研究生,Email :zl_030120330@1 引言在机床进给系统中,采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台(拖板)之间的机械传动环节,把机床进给传动链的长度缩短为零,因而这种传动方式又被称为“零传动”[1]。
永磁交流伺服系统
关键词： 圆网磁 棒印花机 ； 永磁交流 ； 伺服系统
中图分类号 ：Ｓ９ ． １ 文献标识码 ： 文章编号：０５９５ （ｏ ｚ０ － ３－３ Ｔ １０ ４ Ｂ １０－３０ ｚ ｏ ）２０ ７ ０ ０
ｌ 概 述
目前 ，随着工 业界 自动化 程度 的提 高 ，对 自动 控 制 的需求 越 来越 大 交 流伺 服 系统 已在 ９ ６型印 染 机械 的各 种精 密 运 动 和 位 置控 制 中得 到 广泛 的 应用 ， 如我 厂研制 开 发的 圆 网磁 棒印 花机 。
维普资讯
第２ ４卷第 ２ 期 ２０ ０ ２年 ４月
陈桂清 ： 永磁交流伺服系统
永 磁 交 流 伺 服 系 统
陈桂 清 （ 石 黄 纺织机 厂研 械 究所， 北 湖 黄石市 ４ ￣ ） ３ ５
摘要： 对永磁 交流伺服 系统作 了介 绍 ， 并且提供 了该 系统应用指导要 点。
２ 永磁 交流伺服 系统
我 厂所 研 制 、 生产 的圆 网磁棒印 花机 是最 新机
图ｌ 网 圆 磁棒印 花机的网头独 立传动系 成如 统组
８ ０Ｖ
困 １
维普资讯
染
整
技
术
Ｖ １２ ｏ２ ｏ ４Ｎ ． ．
Ａｌ ２ ０ ｘ． ０ ２
流伺 服 电机 。
场角位移检测 、速度 检测及伺服 电动机的功率驱
动， 以达 到 电机 的转矩 ／ 电流控 制 、 速度控 制 和位 置 控制。 其 原理 框 图如 图 ２所示 ：
在速度控制器和电流调节器的连续作用下 ， 定
子 电枢 电流 的幅度和 频 率 因此得 到 了连续控 制 ， 达 到 了控制 交流伺 服 电机 的转速 和转矩 的 目的 。
交流永磁伺服电机工作原理
交流永磁伺服电机工作原理交流永磁伺服电机是一种先进的电动机，其工作原理基于对磁场的控制和反馈，能够实现高精度的位置控制和速度调节。
在现代工业自动化领域得到广泛应用。
1. 结构组成交流永磁伺服电机由定子和转子两部分组成。
定子包括定子铁芯、定子绕组，而转子由永磁体组成。
在电机内部，定子绕组通过外部的电流激励，产生一个旋转磁场，永磁体则在该磁场的作用下转动。
2. 工作原理当给交流永磁伺服电机通以电流时，定子绕组中会产生一个旋转磁场，该磁场与永磁体之间会产生一个磁场相互作用力矩，从而使永磁体转动。
这就是基本的电磁转动原理。
通常，交流永磁伺服电机的转子上安装有编码器，用于实时检测转子位置。
通过对编码器的反馈，控制系统可以精确控制电机的转动速度和位置。
3. 控制方法交流永磁伺服电机通常采用矢量控制技术进行控制。
矢量控制可以通过对电流和磁场进行独立控制，实现高精度的速度和位置控制。
在控制系统中，通常采用PID控制器对电机进行闭环控制。
PID控制器通过比较设定值和反馈值，调整电机的输出电流，从而实现对电机速度和位置的控制。
4. 应用领域交流永磁伺服电机广泛应用于需要高精度控制的领域，例如数控机床、印刷设备、纺织机械等。
由于其响应速度快、控制精度高、能耗低的特点，使其在现代自动化生产中扮演着重要的角色。
交流永磁伺服电机在医疗设备、航空航天、机器人等领域也有广泛应用，为这些领域的精密控制提供了有力支持。
结语交流永磁伺服电机凭借着其高精度的控制能力和稳定可靠的性能，成为当今工业自动化领域的重要装备之一。
通过对其工作原理的深入理解，可以更好地应用和运用这一先进的电动机技术。
永磁交流伺服系统速度控制器优化设计方法
第 １ ６卷
第 ２期
电 机 与 控 制 学 报
ＥＬＥＣＴＲＩ Ｃ Ｍ Ａ ＣＨ Ｉ ＥＳቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＡＮ Ｄ ＣＯ ＮＴＲ ０ Ｌ Ｎ
Ｖｏ．１ Ｎｏ ２ １ ６ ．
Ｆ ｂ． ２ ２ ｅ ０１
２１ ０ ２年 ２月
永 磁 交 流 伺 服 系 统 速 度 控 制 器 优 化 设 计 方 法
王宏佳 ， 杨 明， 牛 里 ， 徐殿 国
（ 哈尔滨工业 大学 电气工程系 ， 龙江 哈尔滨 １０ ０ ） 黑 ５０ １
摘
要 ： 对永 磁 同步 电机数 字控 制 系统 中， 针 电机 转 速 动 态过 程 中 出现 的 由 于通 常 采 用 Ｐ 控 制 器 Ｉ
串联校 正 来设 计速 度环 而 导致 的超 调 和振 荡问题 ， 出 了一 种 速度 控 制 器优 化 设计 方 法 。在 分析 提
（ ｅａｔ ｅｔ ｆ ｌ ｔｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇ ａｂｎＩｓｔｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ ， ａｂｎ１０ ０ ， ｈｎ ） Ｄ ｐｒ ｎ ｏ ｅ ｒ ａ Ｅ ｇ ｅｉ ，Ｈ ｒｉ ｔｕｅ ｆ ｃ ｎｌ ｙ Ｈ ｒｉ ５ ０ １ Ｃ ｉａ ｍ Ｅ ｃｉ ｎ ｎ ｎｉ Ｔ ｏ
全数字交流伺服系统及其控制策略综述
全数字交流伺服系统及其控制策略综述引言永磁交流伺服技术是研制开发各种先进的机电一体化设备，如工业机器人、数控机床、加工中心等的关键性技术，目前高性能数控机床和工业机器人所采用的电机伺服系统仍然主要依靠进口，这种现状限制了我国高科技产业的发展。
因此，通过借鉴国外研究工作的先进经验，从高起点出发，尽早研制出具有当今国际水平的高性能、实用化的交流伺服系统，对于促进我国航空、航天、国防及工业自动化等领域的发展，跟踪和赶上世界先进水平均有重要意义。
随着电力电子学、微电子学、传感技术、永磁技术和控制理论的惊人发展，尤其是先进控制策略的成功应用，交流伺服系统的研究和应用，自上世纪80年代末以来的短短二十几年间，取得了举世瞩目的发展，已具备了宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，其动、静态特性已完全可与直流伺服系统相媲美，多年来的“交流伺服取代直流伺服”这一愿望正逐渐变为现实。
可以预见，交流伺服系统的研究将继续成为电气传动领域的一个研究热点，并将带动相关产业的迅猛发展，因此有必要对交流伺服系统及其先进控制策略的发展有一个全面了解。
本文正是基于此目的，对交流伺服系统及其控制策略进行了较为全面的综述和比较，力图反映其在近些年的最新研究进展。
伺服系统发展阶段伺服系统的发展紧密地与伺服电动机的不同发展阶段相联系，伺服电动机至今已有五十多年的发展历史，经历了三个主要发展阶段：第一发展阶段（20世纪60年代以前），此阶段是以步进电动机驱动的液压伺服马达或以功率步进电机直接驱动为中心的时代，伺服系统的位置控制为开环系统。
第二个发展阶段（20世纪60－70年代），这一阶段是直流伺服电动机的诞生和全盛发展的时代，由于直流电动机具有优良的调速性能，很多高性能驱动装置采用了直流电动机，伺服系统的位置控制也由开环系统发展成为闭环系统。
第三个发展阶段（20世纪80年代至今），这一阶段是以机电一体化时代作为背景的，由于伺服电动机结构及其永磁材料、控制技术的突破性进展，出现了无刷直流伺服电动机（方波驱动），交流伺服电动机（正弦波驱动）等种种新型电动机。
永磁交流伺服电机控制系统的研究
ｐ ｒ ａ ｅ ｔ ｇ ｅ ｓ ｒ ｏｓ ｓｅ ｈａ ｏ ｄ ｓ ｅ ｅ ｖ ｅ ｆ ｒ ａ ｅ ｅ ｍ ｎ ｎ ｍａ ｎ ｔ ＡＣ ｅ ｖ ｙ ｔｍ ｓｇ ｏ ｐｅ ｄｓ ｒ ｏｐ ｒｏ ｍ ｎｃ ．
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ ｐ ｒ ａ ｅ ｔｍ ａ ｎｅ Ｃ ｅ ｖｏｍ ｏ ｏ ； Ｓ Ｐ Ｍ ： ｓ ｒ ｏ ｒ ｙｗ ｒ ： ｅｍ ｎ ｎ ｇ ｔ Ａ ｓｒ ｔｒ Ｖ Ｗ ｅｖｏ ｃ ｎｔｏｌ
研 究 与 开 发
田慕 琴 （９ ２） 女 ，博 士 ，教授 ，研 究 方 向为 公 企 自动 化 、机 电 １６ ．，
一体化。
永磁 交流 伺服 电机控 制 系统 的研 究
张 锐 白连 平
（ 北京信 息科 技大 学 自动化 学院 ，北京 １０９ ０ １２）
摘要 近 年来 ，永磁 交流 伺服 电机 发展 迅速 并得 到 了广 泛 的应用 。本文 对永磁 交流 伺服 电机 的电压 空 间矢量控制 （ ＶＰ Ｓ ＷＭ ）方 法进行 了研 究 ，设计 了一个基 于 Ｓ Ｍ３ Ｆ ０ Ｔ ２ １３的永磁 交流 伺服 电机 控 制系 统 ，实现 了电压 空 间矢量脉 宽调 制控 制算 法 ，并设 计 了速度 电流双 闭环 的积 分分 离 式
Ｐ 调 节器 。实验 结果表 明 ，永磁 交流 伺服 电机控 制系 统具有 良好 的转速 伺服性 能。 Ｉ 关键 词 ：永磁 交流伺 服 电机 ； 电压 空 间矢量控 制；伺服 控制
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｅ ｍａ ｅ ｔ ａ ｎ ｔ ｓａ ｃ ｎＰ ｒ ｎ ｎ ｇ ｅ Ｍ ＡＣ ｅ ｖ ｏ ｏ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔ ｍ Ｓ ｒ ｏ Ｍ ｔ ｒＣｏ ｔ ｏ ｓ ｅ Ｓ
ｕｅ ｓ ｄ． Ａｓｉ ｅ ｃｉ ｅ ｎｔ ｉ ｒｉ ｌ Ｉ ｖ ｔ ｉｄｔ ｅ Ｓ Ｓｄ ｓ ｒｂ ｄ ｉ ｓａｔｃｅ， ｈ ｈａ ｅｓｕｄｅ ＶＰＷ Ｍ ｅｈ ｄ ｏ ｏ ｔｏ ｌ ｇ ｐ ｒ ｎ ｎ ａ ｎ ｔ ｈ ｍ ｔ ｏ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌｉ ｅ ｍａ ｅ ｔｍ ｇ ｅ ｎ
第7章三相永磁同步伺服电动机的控制ppt课件
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
第7章
第二节 三相永磁同步伺服电动机的
控制策略
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
以保持相电流幅值的不变。
在上面介绍的两种控制方式中，id=0的控制方式是最
常用的方式，下面主要介绍这种控制方式。
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
第二节
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
2．用软件实现空间电压矢量脉冲宽度调制（SVPWM） 用软件实现空间电压矢量脉宽调制的方法也是一种通
常使用的方法，这种方法的优越性在于其控制精度比 较高。 首先确定要求输出的电压空间矢量的幅值和方向角， 才能进行SVPWM运算。在三相永磁交流伺服电动机控 制系统中，可以通过闭环的实时计算来获得电压空间
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
1.控制id=0以实现最大转矩输出：
目前大多数的交流伺服电动机用于进给驱动，电动机 工作于其额定转速以下，属于恒转矩调速方式。在 这类应用场合，追求的是在一定的定子电流幅值下能 够输出最大的转矩，因此最佳的控制方式是使定子电
交流永磁伺服系统自抗扰控制技术研究
Internal Combustion Engine &Parts0引言站在伺服系统发展角度来说，对控制品质的要求主要集中在以下几方面之中：控制精度高、动态响应速度快、稳定性强等等。
想要将交流永磁伺服系统控制性能提升，可以从电机本体和控制策略着手，实现对控制方法的全面改进。
在此过程中，电机自身的转矩波动情况不可避免，所以说，控制技术的应用显得极为重要，确保整个伺服系统的综合性能。
1交流永磁伺服系统控制技术关键问题1.1交流永磁伺服系统的磁场定向矢量控制技术研究具体两相旋转坐标系下的电机模型框图如图1所示，站在实际情况角度开说，无论哪一种控制变量，聚能实现对轴电流设计控制器的全面控制，轴电流的表示形式为d-q 。
其中，d 轴电流主要是对永磁同步电机的有效控制，而在q 轴电路运行操作过程中，可以实现对整个永磁同步电机电磁转矩的全面控制。
当整个变化操作工作结束之后，系统所呈现出来的控制方式和直流电机类似，确保永磁同步电机控制方式越来越简化。
在励磁打造上，永磁同步电机可以借助于永磁体实现，并将其牢牢定向在d 轴上方，这样一来，最小电流输出最大转矩情况便会得到保持。
如果是传统矢量控制，其位置控制器增加量显得十分显著，从而为伺服系统的完善创造了有利条件。
其中，位置环属于是最外环，中间环为转速环，最内环为电流环。
1.2自抗扰控制技术原理站在非线性自抗扰技术原理角度来说，具体控制结构显得极为单一，而且不需要开展相关建模工作，可以利用控制器参数，确保控制器闭环工作的稳定开展，最终实现控制目标的全面维护。
在时代的影响下，控制器可以实现对具体迷你电路的全面构建，而且在后续该工作之中，经典PID 的出现，让实际模拟电路建设变得更加便捷，逐渐在工业领域中得到了普及。
随着时间的推移，经典PID 也开始呈现出一些问题：第一，闭环操作过程中的稳定精度极容易达到基本要求，但与具体工作地点和工作环境存在很大区别，需要工作人员对PID 参数进行调整；第二，PID 控制器的误差消除环节主要依靠反馈过程，容易导致初始阶段控制力过大。
交流永磁同步伺服电机的工作原理
交流永磁同步伺服电机的工作原理朋友，今天咱们来聊聊交流永磁同步伺服电机这个超酷的东西。
你知道吗？交流永磁同步伺服电机就像是一个特别听话又超级能干的小助手呢。
它的核心部分有永磁体，这永磁体就像一个有着超强魔力的小磁铁，一直稳稳地待在电机里，散发着自己独特的魅力。
当我们给这个电机通上交流电的时候呀，就像是给这个小助手下达了开始工作的指令。
交流电会在电机的定子绕组里产生一个旋转的磁场，这个磁场就像一个看不见的大手，开始挥舞起来。
而那个永磁体呢，它可是个很有个性的家伙，它在这个旋转磁场的影响下，就想跟着一起动起来。
为啥呢？因为异性相吸，同性相斥呀，这个磁场的力量对永磁体有着很强的吸引力和排斥力。
你想象一下，这个永磁体就像是一个小舞者，而那个旋转磁场就是音乐的节奏。
小舞者要根据音乐的节奏来跳舞，永磁体就得按照旋转磁场的节奏来转动。
而且呀，它们配合得可好了，永磁体转动的速度和旋转磁场的速度基本上是同步的，这就是为啥叫永磁同步伺服电机啦。
这个电机的工作可不仅仅是这么简单地转一转哦。
它还特别聪明，能够根据我们的需求来精确地控制转动的角度、速度和扭矩呢。
比如说，在一些自动化的生产线上，我们需要这个电机把某个零件精确地送到某个位置，它就能做到。
这就好比你告诉一个特别机灵的小朋友，把这个小玩具放到那个小盒子里，他就能准确地完成任务。
在这个过程中呀，电机的控制系统就像是一个智慧的大脑。
它会时刻监测电机的运行状态，看看永磁体是不是按照我们想要的速度和角度在转动。
如果有一点点偏差，这个智慧的大脑就会马上调整，就像一个严格的老师，一旦发现学生的动作不标准，就立刻纠正。
交流永磁同步伺服电机在很多地方都发挥着巨大的作用呢。
在机器人的关节处，它就像是机器人的肌肉和关节的完美结合，让机器人能够灵活地做出各种动作，就像一个舞者在舞台上翩翩起舞。
在数控机床里，它又像一个超级精确的工匠，能够把零件加工得非常精细，一丝一毫的差错都不会有。
而且哦，这个电机还有一个很贴心的地方呢。
现代交流伺服系统 第2章 交流永磁伺服电动机
无刷直流电动机
三相永磁同步电动机
2
2.1.1 分类
无刷电动机是将方波电 流（实际上也是梯形波）直 接输入定子。颠倒了原来直 流电动机的定、转子，并且 在转子上采用永磁体，在定 子侧用电子换向器取代了传 统的机械换向器，因而得名 无刷直流电动机。
4
2.1.2 结构
两类永磁交流伺服电动机的结构形式，要按运行要求和应用条件而定， 还与选择的永磁材料有关。就总体结构而言，大多数是采用内转子；就 磁场方向来说，多用径向方式；就定子结构而言，多采用分数绕组和有 槽铁心。就内转子结构而言，有三种安放永磁体方式：凸装式、嵌入式、 内埋式三种基本形式，前两种形式又称为外装式结构。
永磁同步电动机的基点是 用转子的永磁体取代了转子上 的励磁绕组，从而省去了励磁 线圈、集电环和电刷。永磁同 步电动机要求输入定子的电流 是三相正弦，所以称为三相永 磁同步伺服电动机。
3
2.1.1 分类
Bm
ea ia
pa pb pc p
PMSM
BDCM
θ
θ
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
图 2-1 PMSM 和 BDCM 的波形
第2章 交流永磁伺服电动机
交流永磁伺服电动机
内容提要
2.1 交流永磁伺服电动机的分类与结构 2.2 永磁交流伺服电动机的数学模型 2.3 转矩方程和运动方程 2.4 伺服电动机的状态方程与电流反馈线性化 2.5 交流永磁伺服电动机矢量控制的基本原理 2.6 无刷直流电动机的数学模型与其矢量控制
现代交流伺服系统原理及控制方法
现代交流伺服系统原理及控制方法现代交流伺服系统，经历了从模拟到数字化的转变，数字控制环已经无处不在，比如换相、电流、速度和位置控制；采用新型功率半导体器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服专用模块（比如IR推出的伺服控制专用引擎）也不足为奇。
本文主要介绍了现代交流伺服系统原理及控制方法，具体的跟随小编一起来了解一下。
现代交流伺服系统原理交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，其结构组成如图1所示。
其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。
我们的交流永磁同步驱动器其集先进的控制技术和控制策略为一体，使其非常适用于高精度、高性能要求的伺服驱动领域，还体现了强大的智能化、柔性化是传统的驱动系统所不可比拟的。
目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（dsp）作为控制核心，其优点是可以实现比较复杂的控制算法，事项数字化、网络化和智能化。
功率器件普遍采用以智能功率模块（ipm）为核心设计的驱动电路，ipm内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。
伺服驱动器大体可以划分为功能比较独立的功率板和控制板两个模块。
如图2所示功率板（驱动板）是强电部，分其中包括两个单元，一是功率驱动单元ipm用于电机的驱动，二是开关电源单元为整个系统提供数字和模拟电源。
控制板是弱电部分，是电机的控制核心也是伺服驱动器技术核心控制算法的运行载体。
控制板通过相应的算法输出pwm信号，作为驱动电路的驱动信号，来改逆变器的输出功率，以达到控制三相永磁式同步交流伺服电机的目的。
功率驱动单元功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。
经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦pwm电压型变频器来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。
功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是ac-dc-ac的过程。
现代交流伺服系统 第8章 交流永磁伺服系统的控制形式和控制器
图8-5 位置伺服系统的简化框图
14
8.3 位置控制与位置控制器
简化模型为典型的 Ⅰ 型伺服系统，
xc
开环传递函数为： Kp / s
闭环传递函数为：
Wc1(s)=
xc (s) xr (s)
=
Kp s+Kp
=
1 Ts+1
位置输入函数为斜坡型，如图8-6 所示。
F 斜坡输入函数 Ft 的拉氏变换为： F (s)= s2
TT
n
K T
1 1 2 KT
n
1 2T
7
8.2 速度控制与速度控制器
(3) 典型 Ⅰ 型伺服系统抗扰性能指标与参数关系
_ K W (s)= s(Ts+1) =W1(s) W2 (s)
a）
典型I型系统
_
b）
ΔC(s)= W (s) F(s) 1+W (s) W1(s)
8
8.2 速度控制与速度控制器
(1) 稳态跟随性能与系统的开环增益的关系 系统稳态跟随性能指标，可用不同输入信号作用下的稳态误差大小来表示。Ⅰ 型系统在几种典型输入信号的作用下，产生的稳态误差情况如下表8-1 所示。
输入信号 阶跃输入 R(t) R 0
稳态误差
0
斜坡输入 R(t) v t 0 vK 0
加速度输入R(t)
a t2 0
Wpi
(s)=Kpi
1s +1 1s
0_
K pi 1s 1
1s
调节器
Kd T1s 1
F s
K2 T2s 1
Cs
控制对象
图8-3 a) 典型 I 型系统在扰动点作用下的伺服系统结构
9
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收稿日期:2003-03-17永磁直线交流伺服系统及其控制王伟进,陈宏平(浙江大学,浙江杭州310028)Permanent Magnet Linear AC Servo System and its ControlWANG Wei -j in ,CHEN Hong -ping (Zhejiang University ,Hangzhou 310028) 摘 要:介绍了一套永磁直线交流伺服系统,实验结果证明了该系统具有良好的伺服性能,有良好的实际应用价值。
关键词:直线电机;永磁直线交流伺服电机;伺服控制中图分类号:TM359.4 文献标识码:A 文章编号:1004-7018(2004)02-0026-03Abstract :A permanent mag net linear AC mo to r servo drive system is introduced in this paper .Some experiment results are provided to demonstrate the steady of operation and the hig h ac -curacy of positioning .The value of practical application is obvi -ous .Keywords :linear mo to r ;permanent magnet linear AC servo mo to r ;servo control1直线电机技术的特点和发展状况半个世纪以来,数控机床的进给驱动技术虽历经变化,但长期以来,基本的传动形式仍是“旋转电动机+机械变换环节(如齿轮齿条、滚珠丝杠等)”。
近年来,随着微电子技术的进步与工业加工质量和效率要求的提高,出现了新型的直线电动机驱动方式。
它通过直线电机直接驱动被控对象产生直线轨迹的运动,由于革除了中间传动环节,从而较传统传动方式有明显的优势:(1)具有比传统旋转电动机大得多的加、减速度。
(2)不存在中间环节的磨损问题,具有更高的传动精度和定位精度,维护简单,可靠性好。
(3)进给行程长度不受限制。
(4)运动安静,噪声低。
早在1985年,美国Ingersol 铣床公司就生产了高速加工中心HVM800和采用永磁式同步直线伺服电动机的HVM 600,最大进给速度达76.2m /min ,加速度达(1～1.5)g 。
在1993年10月的EM O 展览会上,德国EX -Cell -O 公司开发的XHC240型高速卧式加工中心,在世界上首次采用Indramat 公司的感应式直线交流伺服电动机直接驱动进给部件,其最高速度达80m /min ,最高加速度达9.8m /s 2。
而在1997年12月的EMO 展览会上最有前途的展品表明,在高速度机床的进给机构中愈来愈多地采用直线电机,其中有20多家公司[1]展出了直线电机传动装置。
此外,直线电机驱动的超导磁悬浮列车,在21世纪将以其高速、高性能展示在人们面前,其最高时速可达500km /h 。
目前,在数控机床上应用的主流是感应直线交流伺服电动机和永磁式直线交流伺服电动机。
它们各有优缺点[2],但在总体性能上永磁式直线电动机具有较大的优势,特别是随着钕铁硼等永磁材料性能的不断提高和应用技术的不断发展,其应用也将更为广泛。
2永磁直线交流伺服电机的原理和模型永磁直线交流伺服系统如图1所示。
电机为单边平板形,定子(床身)上沿行程方向交替安装N 、S 材料为NdFeB 的永磁体。
动子即为工作台,其下方对应安装着电枢绕组和霍尔传感元件。
动子由两边的导轨支撑,保证气隙尺寸。
导轨的一边上固定着直线光栅。
其中霍尔传感元件用于电枢电流换向,直线光栅用于测量动子的位移。
直线光栅的分辨率直接决定了系统的位置控制精度,其测量速度决定了动子最大速度。
图1 永磁直线交流伺服系统在电动机动子的三相绕组中通入三相对称正弦电流后,产生气隙磁场。
当不考虑纵向端部效应时,可看成是沿展开方向呈正弦分布。
当三相电流随时间变化时,气隙磁场将按一定的相序沿直线方向平移,称为行波磁场。
永磁体的励磁磁场与行波磁场相互作用产生电磁推力,从而动子沿着与行波磁场运动的相反方向作直线运动。
其数学模型如下:u d =R s i d +p λd -ωe λq (1)u q =R s i q +p λq +ωe λd(2)其中:λd =L d i d +λPM(3)λq =L q i q(4)ωe =p ωr =p πv /τ(5)电磁推力为:F e =3π2τp [λd i q+(L d -L q )i d i q ](6)从而机械运动方程写为:26D驱动控制rive and co ntro l 微特电机 2004年第2期 永磁直线交流伺服系统及其控制F e =M p v +Bv +F L (7)上面各式中:u d 、u q 分别为d 、q 轴电压;i d 、i q 分别为d 、q 轴的动子电流;R s 为动子电阻;ωr 为动子角速度;λd 、λq 分别为d 、q 轴的动子磁链;L d 、L q 分别为d 、q 轴动子电感;p 为极对数,τ为极距;λPM 为永磁体产生的励磁磁链;B 为粘滞磨擦系数;F L 为负载阻力;k f 为电磁推力系数;M 为动子及所带负载的总质量;v 为动子运动速度。
3永磁直线交流电机的伺服控制3.1驱动器介绍如图1所示,系统采用了美国kollmorgen 公司的Ser -vostar -cd 系列驱动器。
该驱动器可以有效地驱动永磁直线电机。
其主要特性有:全数字处理;多种数字控制环算法;可实现对电流/转矩的控制、速度控制、位置控制和加减速度控制;具有先进的正弦波换向技术,精确的低速控制减少了力矩波动;专利的转矩角控制技术提高电机转矩和速度;可以接收模拟、串行口和SERCOS 用户界面命令;有RS232和RS485串行通讯口实现与计算机的实时通讯。
在全数字控制模式下,驱动器与永磁直线交流电机的接线如图2所示。
图2 驱动器的接线图其中:驱动器输入线电压为230V 的三相交流电,驱动器上端的数显部分用来显示系统运行的状态和出错代码,从而便于系统的维护和出错处理。
C 1为串行通讯口,本套系统中采用RS232与计算机实现通讯。
采用的通讯协议为:全双工通讯方式,波特率为9600Hz 或19200Hz ,无奇偶校验位以及一个起始位和一个停止位。
自行编制程序时需遵守此协议。
C 2为电机反馈联接口,包括三大部分:电机侧直线光栅的位置反馈,霍尔元件的换相信号反馈和电机热保护。
C 3为用户输入输出联接口。
通过该口可以接收模拟用户命令,在全数字控制模式下,所有控制命令均通过串口C 1传递,因而只需如图输入24V 的直流电压,设置使能开关用以初始化驱动器内的软件使能。
当系统出现致命错误时,软件使能可以自动关断,起到保护的作用。
C 4为编码器等效输出口。
使用示波器,通过该口可以观察到直线编码器各个通道的信号。
3.2位置伺服控制该驱动器能完全实现全数字伺服控制,其内含直接驱动控制的算法程序。
通过其自带Motion Link 软件可实现与驱动器C 1口的通讯,从而完成设置、施加指令和实时监测系统运行状态。
此外,还可实时地测量系统的参数,对运行状态进行记录,其中的状态屏幕提示了系统运行和故障、错误的检查。
用户亦可根据实际自行设计相应的程序与C 1口通讯实现其功能。
直线电机采用直接驱动方式,因而来自外界的各种扰动如工件、刀具质量的变化以及切削力的变化等,都直接作用于直线电机上。
为了能达到得到良好的位置伺服性能,必须采用良好实用的控制算法。
位置伺服控制包括:位置调节器和速度调节器,分别负责位置控制、速度控制。
在Servostar -cd 驱动器中,位置调节器采用带速度和加速度前馈的PID 算法,提供的速度控制策略有:PI 控制、Standard Poles Plac ement 控制、Pseudo -Derivative Feed Forwad 控制和Advanced Poles Placement 控制。
通过选择不同的控制算法,调节各个控制参数,可使系统运行于良好的稳定状态。
4实验结果实验中采用的永磁直线交流电机的参数如下:动子质量51kg ,电枢电阻5.3Ψ,电枢电感53.4mH ,反电动势103V ,推力系数62.9N /A ,电气时间常数10.3ms ,电机常数26.9N /W 0.5,峰值推力1250N ,持续推力548N ,峰值电流11A ,持续电流4.4A ,线圈最大允许温度130℃,极距32mm 。
电机最大行程20cm ,光栅的精度5μm ,最大允许速度3m /s ,最大加速度可达10m /s 2左右。
实验装置还包括一台Servostar -cd 驱动器和一台计算机(以下实验均在空载情况下完成)。
4.1位置精度(1)采用精度为1μm 的靠表作为测量工具来测量电机的位置重复精度。
让电机在32mm 和64mm 位移下,分别以速度20mm /s ,60mm /s 和100mm /s 来回运动。
实验结果如表1所示。
从表中可以看出,系统具有很高的重复精度,其平均重复精度低于2μm 。
(2)利用驱动器提供的命令,通过计算机可以测得动子单程运动精度。
通过反复实验,得到其稳态位移误差平均值为1.1个脉冲,即5.5μm 大于直线光栅的5μm 的精度。
这也验证了直线电机的位置精度受反馈元件分辨率的限制。
4.2运动曲线采用标准极点配置控制算法,选择合适的参数进行27 微特电机 2004年第2期 D驱动控制rive and co ntro l 永磁直线交流伺服系统及其控制实验,其中运动的加速度和减速度均设为1.5m /s 2。
运动要求:64mm 的位移,100mm /s 的运动速度。
实验中,在t =0.25s 时人为给动子施加20N 扰动力,运动速度曲线如图3所示。
从中可以看出,永磁直线交流电机运行平稳,速度波动小。
表1 位置重复精度测量结果V 次数位移32mm 位移128mm20mm /s 60mm /s 100mm/s 20mm /s 60mm /s 100mm /s 10-200-1.5+0.52-20-0.5-10+0.53-2-100-1-1.54-0.5-1.5-0.5-1+0.5-15-0.5-2.5-0.5-1-0.5-1.560-1-0.5-10-17-1.5-1.5-0.5-1-0.5-28-0.5-1-1.5-10-19-0.5-1-0.5-2-0.5-110-0.5-2-0.5-1-1-0.511-1-1+0.5-10.5-112-1.5-0.5+2.5-1-0.5-113-0.5-0.5-1.5-10-1.514-0.5-1-0.5-10+1.5151.5-2-0.5-1-0.5-116-1-1.5-2.5-1-10170.5-1-1.5-2-1+0.518-2-2+1.0-10019-20.5+1.5-1-1.5-220-1-1.5-0.5-1-0.5-2.5平均误差/μm -0.775-1.2-0.325-1-0.45-0.7755结束语目前,采用直线电机直接驱动技术已经成为国际上各机床制造业竞先研究和开发的技术,其应用将有着广阔的前景。