С бързото развитие на съвременната моторна технология, модерната технология за силова електроника, технологията на микроелектрониката, технологията за материали с постоянен магнит, технологията за регулиране на скоростта на променлив ток и технологията за управление, технологията за променлив ток с постоянен магнит има голямо развитие. Производителността на AC серво системата с постоянен магнит се подобрява с всеки изминал ден и цената обикновено е разумна, което прави серво системата с постоянен магнит AC серво система да замени DC серво системата, особено в областта на високата точност, изискванията за висока производителност на серво задвижването са станали тенденция на развитие на съвременната електрическа серво задвижваща система.
AC сервосистемата с постоянен магнит има следните предимства:
Мотор без четка и комутатор, надеждна работа, лесна поддръжка и поддръжка;
Бързо разсейване на топлината от намотката на статора;
Малка инерция, лесна за подобряване на бързината на системата;
Подходящ за работно състояние с висока скорост и голям въртящ момент;
Със същата мощност, по-малък обем и тегло, широко използвани в машинни инструменти, механично оборудване, манипулационни механизми, печатно оборудване, робот за сглобяване, машини за обработка, високоскоростна машина за навиване, текстилни машини и други случаи, за да отговорят на нуждите за развитие на предавателно поле.
След разработването на аналогов и хибриден режим, драйверът на AC сервосистемата с постоянен магнит навлезе в цифровата ера. Пълното цифрово серво задвижване не само преодолява голямата дисперсия, дрейфа на нулата, ниската надеждност и други определяния на аналоговото серво, но също така дава пълна игра на предимствата на цифровото управление в прецизността на управлението и гъвкавия метод на управление, което прави серво задвижването не само просто структура, но и по-надеждна работа. Сега, високоефективната серво система, по-голямата част от AC серво системата с постоянен магнит, включително синхронен AC серво мотор с постоянен магнит и пълен цифров AC синхронен серво драйвер с постоянен магнит, две части.
Серво задвижването се състои от две части: хардуер на задвижването и алгоритъм за управление. Алгоритъмът за управление е една от ключовите технологии за определяне на производителността на AC серво системата, която е основната част от чуждестранната блокада на AC серво технологията и ядрото на технологичния монопол.
Основната структура на AC серво система с постоянен магнит
Синхронният серво драйвер с постоянен магнит на променлив ток се състои главно от серво управляващо устройство, захранващо задвижващо устройство, комуникационен интерфейс, серво мотор и съответно устройство за откриване на обратна връзка. Неговата структура е показана на Фигура 1. Блокът за серво управление включва регулатор на позицията, регулатор на скоростта, регулатор на въртящ момент и ток и т.н. Нашият синхронен драйвер с променлив ток с постоянен магнит интегрира усъвършенствана технология за управление и стратегия за управление, така че да е много подходящ за висока точност, високи изисквания за производителност на областта на серво задвижването, но също така отразява мощната интелигентност, гъвкавостта е несравнима с традиционната задвижваща система.
Понастоящем основният серво драйвер приема цифров сигнален процесор (dsp) като контролно ядро. Предимството му е, че може да реализира по-сложен алгоритъм за управление, а материите са дигитализирани, свързани в мрежа и интелигентни. Захранващите устройства обикновено използват интелигентен захранващ модул (ipm) като основен дизайн на задвижващата верига, ipm вътрешна интегрирана задвижваща верига и имат верига за защита от пренапрежение, свръхток, прегряване, ниско напрежение и други вериги за откриване на неизправности, в главната верига също е добавена схема за плавен старт , за да се намали въздействието на процеса на стартиране върху водача.
Серво драйверът може да бъде разделен на два модула, захранваща платка и контролна платка. Както е показано на фигура 2, силовата плоча (задвижващата плоча) е силен електрически отдел, който включва две единици. Единият е захранващият блок ipm, използван за задвижване на двигателя, а другият е импулсният захранващ блок за осигуряване на цифрово и аналогово захранване за цялата система.
Контролната платка е частта със слаб ток, управляващото ядро на двигателя и работещият носител на основния алгоритъм за управление на технологията на серво драйвера. Контролната платка извежда pwm сигнал чрез съответния алгоритъм, който се използва като управляващ сигнал на задвижващата верига за промяна на изходната мощност на инвертора, така че да се постигне целта за управление на трифазния синхронен AC серво мотор с постоянен магнит.
Силов задвижващ агрегат
Силовият задвижващ блок първо коригира входното трифазно или мрежово захранване през трифазната мостова токоизправителна верига, за да получи съответния постоянен ток. Трифазният синхронен променливотоков серво мотор с постоянен магнит се задвижва от трифазния синусоидален pwm честотен преобразувател на напрежение след добро коригиране. Целият процес на захранващия задвижващ блок може просто да бъде описан като процес ac-dc-ac. Основната топологична верига на ac-dc е трифазна пълна мостова неконтролирана токоизправителна верига.
Инверторната част (dc-ac) приема интелигентния захранващ модул (ipm), който интегрира задвижващата верига, защитната верига и превключвателя на захранването. Основната топология е схематичната диаграма на веригата на трифазния инвертор, показана на Фигура 3. Използвайки техниката на модулация на ширината на импулса (pwm), модулацията на ширината на импулса (PWM) променя честотата на изходната форма на вълната на инвертора, като променя променливото на -време на изключване на силовия транзистор и променя съотношението време на включване/изключване на транзистора на всеки половин цикъл. Тоест, чрез промяна на ширината на импулса, за да промените спомагателната стойност на изходното напрежение на инвертора, за да постигнете целта за регулиране на мощността.
vt1 ~ vt6 на фигура 3 са шест тръби на превключвателя на мощността, s1, s2 и s3 съответно представляват три мостови рамена. Състоянието на превключвателя на всяко рамо на моста се определя, както следва: когато тръбата на превключвателя на горното рамо на моста е в състояние "включено" (тръбата на превключвателя на долното рамо на моста трябва да е в състояние "изключено" в този момент), състоянието на превключвателя е 1; Когато превключвателната тръба на долното мостово рамо е в състояние "включено" (тогава превключвателната тръба на долното мостово рамо трябва да е в състояние "изключено"), състоянието на превключвателя е 0. Трите рамена на моста имат само две състояния на "0" и "1", така че s1, s2 и s3 образуват осем режима на превключваща тръба от 000, 001, 010, 011, 100, 101 и 111 , сред които режимите на превключване 000 и 111 правят изходното напрежение на инвертора нула, така че този режим на превключване се нарича нулево състояние. Изходното линейно напрежение е uab, ubc и uca, а фазовото напрежение е ua, ub и uc, където udc е постояннотоковото захранващо напрежение. Приложената таблица може да бъде получена според горното.
Блок за управление
Блокът за управление е ядрото на цялата сервосистема за променлив ток, осъществяващ управлението на позицията на системата, управлението на скоростта, въртящия момент и контролера на тока. Цифровият сигнален процесор (dsp) не само има възможност за бърза обработка на данни, но също така интегрира богата ASIC за управление на двигателя, като A/D преобразувател, PWM генератор, схема за тайминг брояч, асинхронна комуникационна верига, трансивър на can bus и високоскоростна програмируема статика ram и програмна памет с голям капацитет. Серводрайверът реализира векторно управление (vc) чрез възприемане на принципа на управление на ориентация на магнитното поле (foc) и трансформация на координатите и управлява двигателя чрез комбиниране на режим на управление със синусоидална модулация на ширината на импулса (spwm). Векторното управление на синхронен двигател с постоянен магнит обикновено контролира статорния ток или напрежение чрез откриване или оценка на позицията и амплитудата на роторния поток на двигателя. По този начин въртящият момент на двигателя е свързан само с потока и тока, което е подобно на метода на управление на двигателя с постоянен ток и може да постигне висока производителност на управление. За синхронен двигател с постоянен магнит позицията на потока на ротора е същата като механичната позиция на ротора. По този начин позицията на потока на ротора на двигателя може да бъде известна чрез откриване на действителната позиция на ротора, така че векторното управление на синхронния двигател с постоянен магнит да бъде опростено в сравнение с това на асинхронния двигател.
Управляван от серво драйвер AC серво мотор с постоянен магнит (pmsm)
Когато серво драйверът управлява AC серво мотора с постоянен магнит, той може да работи съответно в режим на управление на тока (въртящия момент), скоростта и позицията. Блоковата диаграма на управляващата структура на системата е показана на Фигура 4. Тъй като AC серво мотор с постоянен магнит (pmsm) използва възбуждане с постоянен магнит, неговото магнитно поле може да се разглежда като постоянно. В същото време скоростта на двигателя на AC серво мотор с постоянен магнит е синхронна скорост, тоест неговата революция е нула. Тези условия значително намаляват сложността на математическия модел на AC серво драйвера, управляващ AC серво мотора с постоянен магнит. Както може да се види от Фигура 4, системата се основава на измерване на обратната връзка по двуфазен ток (ia, ib) на двигателя и позицията на двигателя. Чрез комбиниране на измерения фазов ток (ia, ib) с информацията за позицията, компонентите id и iq бяха получени чрез промяна на координатите (от координатната система a, b, c към координатната система на ротора d, q) и след това вписани в съответните им настоящи регулатори. Изходът на токовия регулатор преминава през обратната промяна на координатите (от d, q координатна система към a, b, c координатна система), за да се получи инструкцията за трифазно напрежение. Контролният чип, чрез инструкцията за трифазно напрежение, след обръщане и закъснение, получава 6 pwm вълни на изход към захранващото устройство, за да контролира работата на двигателя. В системата при различен режим на въвеждане на инструкции, инструкции и обратна връзка чрез съответния контролен регулатор, получавате следващото ниво на референтна инструкция. В токовия контур компонентът на тока на въртящия момент (iq) на осите d, q е изходен или външен, даден от регулатора за управление на скоростта. Като цяло компонентът на потока е нула (id=0), но когато скоростта е по-голяма от граничната стойност, може да се получи по-висока стойност на скоростта чрез магнитно отслабване (id "0").
Трансформацията от a, b, c координатна система към d, q координатна система се осъществява чрез трансформация на Кларк и Парк; Трансформацията от dq към a, b, c координати се осъществява с контравариантната трансформация на Кларк и Паркър.