S rýchlym rozvojom modernej technológie motora, modernej technológie výkonovej elektroniky, technológie mikroelektroniky, technológie materiálov s permanentnými magnetmi, technológie regulácie rýchlosti striedavého prúdu a technológie riadenia má technológia AC servopohonov s permanentnými magnetmi veľký rozvoj. Výkon servosystému s permanentným magnetom sa každým dňom zlepšuje a cena má tendenciu byť primeraná, vďaka čomu servosystém s permanentným magnetom nahrádza jednosmerný servosystém, najmä v oblasti vysokej presnosti, požiadavky na vysoký výkon servopohonov sa stali vývojový trend moderného elektrického servopohonu.
AC servosystém s permanentným magnetom má nasledujúce výhody:
Motor bez kefy a komutátora, spoľahlivá práca, jednoduchá údržba a údržba;
Rýchly odvod tepla vinutia statora;
Malá zotrvačnosť, ľahké zlepšenie rýchlosti systému;
Vhodné pre vysokú rýchlosť a veľký krútiaci moment;
Pri rovnakom výkone, menšom objeme a hmotnosti, široko používaný v obrábacích strojoch, mechanických zariadeniach, manipulačnom mechanizme, tlačiarenskom zariadení, montážnom robote, spracovateľských strojoch, vysokorýchlostných navíjacích strojoch, textilných strojoch a iných príležitostiach, aby vyhovovali vývojovým potrebám prenosové pole.
Po vývoji analógového a hybridného režimu vstúpil ovládač striedavého servosystému s permanentnými magnetmi do digitálnej éry. Plne digitálny servopohon nielenže prekonáva veľký rozptyl, nulový drift, nízku spoľahlivosť a iné determinácie analógového servopohonu, ale tiež naplno využíva výhody digitálneho riadenia v oblasti presnosti riadenia a flexibilnej metódy riadenia, vďaka čomu je servopohon nielen jednoduchý. štruktúru, ale aj spoľahlivejší výkon. Teraz, vysoko výkonný servosystém, väčšina servosystémov na striedavý prúd s permanentnými magnetmi vrátane synchrónneho servomotora striedavého prúdu s permanentným magnetom a plne digitálneho synchrónneho servomotora s permanentným magnetom na striedavý prúd dvoch častí.
Servopohon pozostáva z dvoch častí: hardvéru pohonu a riadiaceho algoritmu. Riadiaci algoritmus je jednou z kľúčových technológií na určenie výkonu AC servosystému, ktorý je hlavnou súčasťou zahraničnej blokády AC servo technológie a jadrom technologického monopolu.
Základná štruktúra AC servosystému s permanentnými magnetmi
Synchrónny servomotor AC s permanentným magnetom sa skladá hlavne zo servo riadiacej jednotky, jednotky pohonu, jednotky komunikačného rozhrania, servomotora a zodpovedajúceho zariadenia na detekciu spätnej väzby. Jeho štruktúra je znázornená na obrázku 1. Riadiaca jednotka serva obsahuje regulátor polohy, regulátor otáčok, regulátor krútiaceho momentu a prúdu atď. Náš synchrónny pohon AC s permanentným magnetom integruje pokročilú riadiacu technológiu a riadiacu stratégiu, takže je veľmi vhodný pre vysokú presnosť, vysoké požiadavky na výkon v poli servopohonov, ale zároveň odráža silnú inteligenciu, flexibilita je neporovnateľná s tradičným systémom pohonu.
V súčasnosti hlavný servo ovládač využíva digitálny signálový procesor (dsp) ako riadiace jadro. Jeho výhodou je, že dokáže realizovať zložitejší riadiaci algoritmus a záležitosti sú digitalizované, prepojené a inteligentné. Napájacie zariadenia vo všeobecnosti používajú inteligentný napájací modul (ipm) ako základnú konštrukciu obvodu pohonu, interný integrovaný obvod pohonu ipm a má obvod ochrany proti prepätiu, nadprúdu, prehriatiu, podpätiu a ďalšiemu obvodu na detekciu porúch, v hlavnom obvode je tiež pridaný obvod mäkkého štartu. , aby sa znížil dopad procesu štartovania na vodiča.
Servo driver je možné rozdeliť na dva moduly, napájaciu dosku a riadiacu dosku. Ako je znázornené na obrázku 2, výkonová doska (doska pohonu) je silné elektrické oddelenie, ktoré obsahuje dve jednotky. Jednou je napájacia jednotka ipm používaná na pohon motora a druhou je spínacia napájacia jednotka, ktorá poskytuje digitálne a analógové napájanie celého systému.
Riadiaca doska je slaboprúdová časť, riadiace jadro motora a bežiaci nosič riadiaceho algoritmu jadra technológie servopohonov. Riadiaca doska vydáva signál pwm cez zodpovedajúci algoritmus, ktorý sa používa ako riadiaci signál hnacieho obvodu na zmenu výstupného výkonu meniča, aby sa dosiahol účel riadenia trojfázového synchrónneho AC servomotora s permanentným magnetom.
Pohonná jednotka
Pohonná jednotka najprv usmerní vstupný trojfázový alebo sieťový výkon cez trojfázový obvod plnomostíkového usmerňovača, aby sa získal zodpovedajúci jednosmerný prúd. Trojfázový synchrónny AC servomotor s permanentným magnetom je po dobrej rektifikácii poháňaný trojfázovým sínusovým pwm frekvenčným meničom napätia. Celý proces pohonnej jednotky možno zjednodušene opísať ako proces ac-dc-ac. Hlavným topologickým obvodom striedavého a jednosmerného prúdu je trojfázový úplný mostík neriadený obvod usmerňovača.
Invertorová časť (dc-ac) využíva inteligentný napájací modul (ipm), ktorý integruje obvod pohonu, ochranný obvod a vypínač. Hlavnou topológiou je schéma zapojenia trojfázového meniča znázornená na obrázku 3. Pomocou techniky modulácie šírky impulzov (pwm) mení modulácia šírky impulzov (PWM) frekvenciu výstupného tvaru vlny meniča zmenou striedavého zap. -čas vypnutia výkonového tranzistora a mení pomer času zapnutia a vypnutia tranzistora v každom polcykle. To znamená, že zmenou šírky impulzu sa zmení pomocná hodnota výstupného napätia meniča, aby sa dosiahol účel regulácie výkonu.
vt1 ~ vt6 na obrázku 3 je šesť elektrónok výkonového spínača, s1, s2 a s3 predstavujú tri mostové ramená. Stav spínača každého ramena mostíka je špecifikovaný nasledovne: keď je spínacia trubica horného ramena mostíka v stave „zapnuté“ (trubka spínača dolného ramena mostíka musí byť v tomto čase vo vypnutom stave), stav spínača je 1; Keď je spínacia trubica ramena dolného mostíka v stave "zapnuté" (potom musí byť trubica spínača ramena dolného mostíka v stave "vypnutá"), stav spínača je 0. Tri ramená mostíka majú iba dva stavy „0“ a „1“, takže s1, s2 a s3 tvoria osem režimov spínacej elektrónky 000, 001, 010, 011, 100, 101 a 111 , medzi ktorými režimy spínania 000 a 111 spôsobujú nulové výstupné napätie meniča, takže tento režim spínania sa nazýva nulový stav. Výstupné sieťové napätie je uab, ubc a uca a fázové napätie je ua, ub a uc, kde udc je jednosmerné napájacie napätie. Pripojenú tabuľkovú analýzu je možné získať podľa vyššie uvedeného.
Kontrolná jednotka
Riadiaca jednotka je jadrom celého AC servosystému, realizuje riadenie polohy systému, riadenie otáčok, momentu a prúdu. Digitálny signálový procesor (dsp) má nielen schopnosť rýchleho spracovania údajov, ale integruje aj bohaté ASIC pre riadenie motora, ako je A/D prevodník, Pwm generátor, obvod počítadla časovania, asynchrónny komunikačný obvod, zbernicový transceiver a vysokorýchlostný programovateľný statický ram a veľkokapacitná programová pamäť. Servobudič realizuje vektorové riadenie (vc) prijatím riadiaceho princípu orientácie magnetického poľa (foc) a transformácie súradníc a riadi motor kombináciou sínusovej modulácie šírky impulzov (spwm). Vektorové riadenie synchrónneho motora s permanentným magnetom všeobecne riadi statorový prúd alebo napätie zisťovaním alebo odhadovaním polohy a amplitúdy rotorového toku motora. Týmto spôsobom krútiaci moment motora súvisí iba s tokom a prúdom, čo je podobné spôsobu riadenia jednosmerného motora a môže dosiahnuť vysoký riadiaci výkon. Pre synchrónny motor s permanentným magnetom je poloha toku rotora rovnaká ako mechanická poloha rotora. Týmto spôsobom je možné zistiť polohu toku rotora motora detekciou skutočnej polohy rotora, takže vektorové riadenie synchrónneho motora s permanentnými magnetmi je v porovnaní s asynchrónnym motorom zjednodušené.
Servomotor riadený AC permanentným magnetom Servo Motor (pmsm)
Keď servomotor ovláda servomotor AC s permanentným magnetom, môže pracovať v režime riadenia prúdu (krútiaci moment), rýchlosti a polohy. Bloková schéma riadiacej štruktúry systému je znázornená na obrázku 4. Keďže striedavý servomotor s permanentným magnetom (pmsm) využíva budenie permanentným magnetom, jeho magnetické pole možno považovať za konštantné. Súčasne je rýchlosť motora AC servomotora s permanentným magnetom synchrónna rýchlosť, to znamená, že jeho otáčky sú nulové. Tieto podmienky výrazne znižujú zložitosť matematického modelu AC servopoháňača poháňajúceho AC servomotor s permanentným magnetom. Ako je možné vidieť na obrázku 4, systém je založený na meraní dvojfázovej prúdovej spätnej väzby (ia, ib) motora a polohy motora. Kombináciou nameraného fázového prúdu (ia, ib) s informáciou o polohe sa prostredníctvom zmeny súradníc (zo súradnicového systému a, b, c na súradnicový systém rotora d, q) získali zložky id a iq. vstúpili do ich príslušných súčasných regulátorov. Výstup regulátora prúdu prechádza opačnou zmenou súradníc (zo súradnicového systému d, q na súradnicový systém a, b, c), aby sa získala inštrukcia trojfázového napätia. Riadiaci čip cez inštrukciu trojfázového napätia, po reverze a oneskorení, dostane 6 pwm vĺn na výstupe do výkonového zariadenia na riadenie prevádzky motora. V systéme v inom inštrukčnom vstupnom režime, inštrukcii a spätnej väzbe cez príslušný riadiaci regulátor získate ďalšiu úroveň referenčnej inštrukcie. V prúdovej slučke je zložka momentového prúdu (iq) osí d, q výstupom alebo externým daným regulátorom rýchlosti. Vo všeobecnosti je zložka toku nula (id=0), ale keď je rýchlosť väčšia ako limitná hodnota, vyššiu hodnotu rýchlosti možno získať magnetickým oslabením (id "0").
Transformácia zo súradnicového systému a, b, c na súradnicový systém d, q sa realizuje clarkovou a parkovou transformáciou; Transformácia zo súradníc dq na súradnice a, b, c je realizovaná kontravariantnou transformáciou Clarka a Parkera.