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全数字交直流一体化伺服系统研究-【新闻】卡盘

发布时间:2021-04-20 12:05:25 阅读: 来源:钢丝钳厂家

全数字交/直流一体化伺服系统研究

Research on Full Digital AC/DC Integrated Servo SystemPAN Yuedou, et alAbstracts:The design of a new numerical control AC/DC servo system. The new servo controller which can be used in either DC or AC servo motor's drive. It features low cost, high performance, high stability and accuracy. A new kind of DSP and IPM are used in the servo system.

Key Words:NC Control, AC/DC Servo System, DSP, IPM, PWM▲2 前言82年代国际上出现交流伺服电动机驱动系统以来,直流伺服驱动的统治地位逐渐被交流伺服驱动取代。进入92年代后,国内机床主机生产厂家也逐步配备起了新型的模拟或数字式交流伺服驱动系统。但直流伺服驱动以其优良的调速性能和高质量的可靠性,以及用户的熟悉程度,仍继续吸引着一部分用户。除此之外,82年代主机生产厂家给机床配备的直流伺服驱动单元也由于使用年限已长,到了需进行更新换代的程度,而其伺服电动机尚能良好运行,假如一下将伺服驱动装置全盘更新,一方面投资大,另一方面因为处理接口的不一致给用户的使用带来极大的不便。

北京机床研究所继前几年推出了模拟交流伺服驱动后,现又与天津大学联合开发了新一代的以DSP和IPM为核心的交流同步电动机伺服驱动系统,同时还用于直流调速。直流电动机沿用北京机床研究所生产的大、中、小惯量直流伺服电动机,交流电动机为北京机床研究所生产的交流永磁同步电动机,与日本FANUC公司的交、直流系列伺服电动机相当。2 控制系统设计交流和直流伺服驱动单元主回路上若变压器的输出电压相同,则整流二极管和滤波电容也一致;所选用负载电动机的输出扭矩一致,则逆变器功率模块也一致,放电回路也可相同。主要区别在于交流驱动的逆变器输出为三相,而直流驱动则为斩波方式。所以我们采用数字控制方式将二者合二为一,使得一套主回路既能适用于交流电动机的驱动,又能替换直流驱动单元。系统原理框图如图2。图2我们将两种类型的模拟伺服中的电流环和速度环数字化后,得到两套具有不同参数结构的伺服软件,选用不同电动机时,只需给DSP系统指令不同的软件和参数。另外将交流电动机动力线上的电流检测由霍尔传感器改为串接电阻引出的方式,再用隔离放大器经高速ADC转换到DSP内部进行反馈控制,使交、直流电流检测都以低成本实现。利用IPM模块自带的基极驱动电路,省却了原有的价格较贵的驱动集成片,由于IPM自带故障输出,则又提高了系统的可靠性。对能耗制动和放电电阻,改用电阻串并联选用的方法,解决各类不同电动机的能耗制动以及放电回路的匹配问题。与CNC接口保留原样,同时增加一个数字量接口。3 控制方式和特点我们研制的这种数字伺服系统可驱动交、直流伺服电动机。当其作为直流调速系统时,按三环控制方式进行,利用脉宽调制器对斩波器的开关时间进行控制,将直流电压转换成某一频率的方波电压后,加到直流电动机的电枢两端,通过对方波脉冲宽度的控制,改变电枢两端的平均电压,从而达到调节电动机转速的目的。其控制系统等效框图如图2。图2作为交流永磁同步电动机伺服控制系统时,是由速度外环和电流内环组成,类似直流调速系统。速度指令和速度反馈信号经比较之后通过速度控制输出转矩指令T*M,而T*M与电流幅值指令I*q成比例,I*q与电流反馈Iq在电流环里进行电流调节,Iq是实际电流IU、IW、IV反馈后经3/2变换得到的交轴分量,再将电流调节器的输出和磁极位置检测得到的θr送入DSP内的PWM调制部分,得到六路输出控制脉冲,经隔离驱动后送到逆变器。控制系统简图如图3。图3在这两种控制系统中的PWM调制方式与原有模拟式交、直流伺服的调制不同,所采取的是磁链追踪控制法。主回路作逆变器驱动交流电动机时,6个开关管V2~V6可以形成8个开关矢量,其中6种状态输出电压,并在同步电动机中形成6个工作磁链矢量;另两

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