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狗万地址浅谈IPM PIM 伺服驱动的功率器件电动pv
2019-10-07 03:38

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  浅谈 IPM PIM 伺服驱动的功率器件和前级控制电路 伺服驱动器 伺服驱动器(servo drives)又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”, 是用来控制伺服电机的一种控制器,其作用类似于变频器作用于普通交流马达,属于伺服 系统的一部分,主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对 伺服电机进行控制,实现高精度的传动系统定位,目前是传动技术的高端产品。 伺服驱动 器是现代运动控制的重要组成部分,被广泛应用于工业机器人及数控加工中心等自动化设 备中。尤其是应用于控制交流永磁同步电机的伺服驱动器已经成为国内外研究热点。当前 交流伺服驱动器设计中普遍采用基于矢量控制的电流、速度、位置 3 闭环控制算法。该算 法中速度闭环设计合理与否,对于整个伺服控制系统,特别是速度控制性能的发挥起到关 键作用 [1] 。 在伺服驱动器速度闭环中,电机转子实时速度测量精度对于改善速度环 的转速控制动静态特性至关重要。为寻求测量精度与系统成本的平衡,一般采用增量式光 电编码器作为测速传感器,与其对应的常用测速方法为 M/T 测速法。M/T 测速法虽然具 有一定的测量精度和较宽的测量范围,但这种方法有其固有的缺陷,主要包括:1)测速 周期内必须检测到至少一个完整的码盘脉冲,限制了最低可测转速;2)用于测速的 2 个 控制系统定时器开关难以严格保持同步,在速度变化较大的测量场合中无法保证测速精 度。因此应用该测速法的传统速度环设计方案难以提高伺服驱动器速度跟随与控制性 能 。 工作原理 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, 可 以实现比较复杂的控制算法,实现数字化、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。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 电压型逆 变器变频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。整流单元(AC-DC)主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。随 着伺服系统的大规模应用,伺服驱动器使用、伺服驱动器调试、伺服驱动器维修都是伺服 驱动器在当今比较重要的技术课题,越来越多工控技术服务商对伺服驱动器进行了技术深 层次研究。 伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分,被广泛应用于工业机器人及数控 加工中心等自动化设备中。尤其是应用于控制交流永磁同步电机的伺服驱动器已经成为国 内外研究热点。当前交流伺服驱动器设计中普遍采用基于矢量控制的电流、速度、位置 3 闭环控制算法。该算法中速度闭环设计合理与否,狗万官网地址对于整个伺服控制系统,特别是速度控 制性能的发挥起到关键作用。 基本要求 伺服进给系统的要求 1、调速范围宽 2、定位精度 高 3、有足够的传动刚性和高的速度稳定性 4、快速响应,无超调 为了保证生产率和加工 质量,除了要求有较高的定位精度外,狗万官网地址,还要求有良好的快速响应特性,即要求跟踪指令信 号的响应要快,因为数控系统在启动、制动时,要求加、减加速度足够大,缩短进给系统 的过渡过程时间,减小轮廓过渡误差。 5、低速大转矩,过载能力强 一般来说,伺服驱动 器具有数分钟甚至半小时内 1.5 倍以上的过载能力,在短时间内可以过载 4~6 倍而不损 坏。 6、可靠性高 要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、工作稳定性好,具有较强的温 度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。 对电机的要求 1、从最低速到最 高速电机都能平稳运转,转矩波动要小,尤其在低速如 0.1r/min 或更低速时,仍有平稳的 速度而无爬行现象。 2、电机应具有大的较长时间的过载能力,以满足低速大转矩的要求。 一般直流伺服电机要求在数分钟内过载 4~6 倍而不损坏。 3、为了满足快速响应的要求, 电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩,并具有尽可能小的时间常数和启动电压。 4、 电机应能承受频繁启、制动和反转。 测试平台 目前,伺服驱动器的测试平台主要有以下 几种:采用伺服驱动器—电动机互馈对拖的测试平台、采用可调模拟负载的测试平台、采 用有执行电机而没有负载的测试平台、采用执行电机拖动固有负载的测试平台和采用在线 测试方法的测试平台 。 1 采用伺服驱动器—电动机互馈对拖的测试平台 这种测试系统由 四部分组成,分别是三相 PWM 整流器、被测伺服驱动器—电动机系统、负载伺服驱动器 —电动机系统及上位机,其中两台电动机通过联轴器互相连接。被测电动机工作于电动状 态,负载电动机工作于发电状态。被测伺服驱动器—电动机系统工作于速度闭环状态,用 来控制整个测试平台的转速,负载伺服驱动器—电动机系统工作于转矩闭环状态,通过控 制负载电动机的电流来改变负载电动机的转矩大小,模拟被测电机的负载变化,这样互馈 对拖测试平台可以实现速度和转矩的灵活调节,完成各种试验功能测试。上位机用于监控 整个系统的运行,根据试验要求向两台伺服驱动器发出控制指令,同时接收它们的运行数 据,并对数据进行保存、分析与显示。 对于这种测试系统,采用高性能的矢量控制方式对 被测电动机和负载设备分别进行速度和转矩控制,即可模拟各种负载情况下伺服驱动器的 动、静态性能,完成对伺服驱动器的全面而准确的测试。但由于使用了两套伺服驱动器— 电动机系统,所以这种测试系统体积庞大,不能满足便携式的要求,而且系统的测量和控 制电路也比较复杂、成本也很高。2 采用可调模拟负载的测试平台 这种测试系统由三部分 组成,分别是被测伺服驱动器—电动机系统、可调模拟负载及上位机。可调模拟负载如磁 粉制动器、电力测功机等,它和被测电动机同轴相连。上位机和数据采集卡通过控制可调 模拟负载来控制负载转矩,同时采集伺服系统的运行数据,并对数据进行保存、分析