Wraz z szybkim rozwojem nowoczesnej technologii silników, nowoczesnej technologii energoelektroniki, technologii mikroelektroniki, technologii materiałów z magnesami trwałymi, technologii regulacji prędkości AC i technologii sterowania, technologia serwomechanizmów prądu przemiennego z magnesami trwałymi ma ogromny rozwój. Wydajność serwomechanizmu AC z magnesami trwałymi poprawia się z dnia na dzień, a cena wydaje się być rozsądna, co sprawia, że system serwo AC z magnesami trwałymi zastępuje system serwo DC, szczególnie w dziedzinie wysokiej precyzji, wysokie wymagania dotyczące wydajności serwonapędu stały się trend rozwojowy nowoczesnych elektrycznych serwonapędów.
System serwo AC z magnesami trwałymi ma następujące zalety:
Silnik bez szczotki i komutatora, niezawodna praca, prosta konserwacja i konserwacja;
Szybkie rozpraszanie ciepła uzwojenia stojana;
Mała bezwładność, łatwa do poprawy szybkość systemu;
Nadaje się do pracy z dużą prędkością i dużym momentem obrotowym;
Przy tej samej mocy, mniejszej objętości i wadze, szeroko stosowane w obrabiarkach, sprzęcie mechanicznym, mechanizmie obsługi, sprzęcie drukarskim, robocie montażowym, maszynach przetwarzających, szybkiej maszynie do nawijania, maszynach tekstylnych i innych okazjach, aby zaspokoić potrzeby rozwojowe pole transmisji.
Po opracowaniu trybu analogowego i hybrydowego sterownik serwomechanizmu AC z magnesami trwałymi wkroczył w erę cyfrową. W pełni cyfrowy serwonapęd nie tylko pokonuje dużą dyspersję, zerowy dryf, niską niezawodność i inne determinanty analogowego serwonapędu, ale także zapewnia pełne wykorzystanie zalet sterowania cyfrowego w zakresie precyzji sterowania i elastycznej metody sterowania, dzięki czemu serwonapęd jest nie tylko prosty struktura, ale także bardziej niezawodne działanie. Teraz wysokowydajny system serwo, większość systemów serwo AC z magnesami trwałymi, w tym synchroniczny serwosilnik prądu przemiennego z magnesami trwałymi i w pełni cyfrowy synchroniczny serwonapęd AC z magnesami trwałymi, dwie części.
Serwonapęd składa się z dwóch części: sprzętu napędowego oraz algorytmu sterowania. Algorytm sterowania jest jedną z kluczowych technologii określających wydajność układu serwo AC, który jest główną częścią zagranicznej blokady technologii serwo AC i rdzeniem monopolu technologicznego.
Podstawowa struktura serwomechanizmu AC z magnesami trwałymi
Synchroniczny serwonapęd AC z magnesami trwałymi składa się głównie z jednostki sterującej serwomechanizmu, jednostki napędowej, jednostki interfejsu komunikacyjnego, serwomotoru i odpowiedniego urządzenia wykrywającego sprzężenie zwrotne. Jego strukturę pokazano na rysunku 1. Jednostka sterująca serwo zawiera regulator położenia, regulator prędkości, regulator momentu i prądu i tak dalej. Nasz synchroniczny sterownik z magnesami trwałymi AC integruje zaawansowaną technologię sterowania i strategię sterowania, dzięki czemu jest bardzo odpowiedni do wysokiej precyzji i wysokich wymagań wydajnościowych w dziedzinie serwonapędów, ale także odzwierciedla potężną inteligencję, elastyczność jest nieporównywalna z tradycyjnym systemem napędowym.
Obecnie główny sterownik serwomechanizmu przyjmuje cyfrowy procesor sygnałowy (dsp) jako rdzeń sterujący. Jego zaletą jest to, że może realizować bardziej złożone algorytmy sterowania, a sprawy są zdigitalizowane, połączone w sieć i inteligentne. Urządzenia zasilające na ogół wykorzystują inteligentny moduł zasilania (ipm) jako rdzeń projektu obwodu napędowego, wewnętrzny zintegrowany układ napędowy ipm i mają przepięcie, przetężenie, przegrzanie, podnapięcie i inny obwód zabezpieczający przed wykrywaniem usterek, w obwodzie głównym dodano również obwód miękkiego startu , aby zmniejszyć wpływ procesu rozruchu na kierowcę.
Sterownik serwo można podzielić na dwa moduły, tablicę zasilającą i tablicę sterującą. Jak pokazano na rysunku 2, płyta mocy (płyta napędowa) to silny dział elektryczny, który obejmuje dwie jednostki. Jednym z nich jest jednostka napędowa mocy ipm używana do napędzania silnika, a druga to zasilacz impulsowy zapewniający cyfrowe i analogowe zasilanie całego systemu.
Płyta kontrolna jest częścią słabego prądu, rdzeniem sterującym silnika i działającym nośnikiem algorytmu sterowania rdzeniem technologii serwonapędu. Płyta sterująca wysyła sygnał pwm za pośrednictwem odpowiedniego algorytmu, który jest używany jako sygnał napędowy obwodu sterującego do zmiany mocy wyjściowej falownika, aby osiągnąć cel sterowania trójfazowym synchronicznym serwomotorem prądu przemiennego z magnesami trwałymi.
Jednostka napędowa mocy
Jednostka napędowa mocy najpierw prostuje wejściowe zasilanie trójfazowe lub sieciowe przez trójfazowy obwód prostownika pełnomostkowego, aby uzyskać odpowiedni prąd stały. Trójfazowy synchroniczny serwosilnik prądu przemiennego z magnesami trwałymi jest napędzany przez trójfazową sinusoidalną przetwornicę częstotliwości napięcia pwm po dobrym prostowaniu. Cały proces jednostki napędowej można w prosty sposób opisać jako proces AC-DC-AC. Głównym obwodem topologicznym AC-DC jest trójfazowy pełnomostkowy niesterowany obwód prostowniczy.
Część falownika (dc-ac) przyjmuje inteligentny moduł zasilania (ipm), który integruje obwód napędowy, obwód ochronny i wyłącznik zasilania. Główną topologią jest trójfazowy schemat obwodu inwertera pokazany na rysunku 3. Wykorzystując technikę modulacji szerokości impulsu (pwm), modulacja szerokości impulsu (PWM) zmienia częstotliwość kształtu fali wyjściowej falownika poprzez zmianę przemiennego na - czas wyłączenia tranzystora mocy i zmienia stosunek czasu włączenia do wyłączenia tranzystora w każdym półokresie. To znaczy, zmieniając szerokość impulsu, aby zmienić wartość pomocniczą napięcia wyjściowego falownika, aby osiągnąć cel regulacji mocy.
vt1 ~ vt6 na rysunku 3 to sześć lamp przełącznika zasilania, odpowiednio s1, s2 i s3 reprezentują trzy ramiona mostka. Stan przełącznika każdego ramienia mostka jest określony w następujący sposób: gdy rura przełącznika górnego ramienia mostka jest w stanie „włączony” (rura przełącznika dolnego ramienia mostka musi być w tym czasie w stanie „wyłączony”), stan przełącznika to 1; Gdy rura przełącznika dolnego ramienia mostu jest w stanie „włączony” (wtedy rura przełącznika dolnego ramienia mostu musi być w stanie „wyłączony”), stan przełącznika to 0. Trzy ramiona mostka mają tylko dwa stany „0” i „1”, więc s1, s2 i s3 tworzą osiem przełączanych trybów lampowych 000, 001, 010, 011, 100, 101 i 111 , wśród których tryby przełączania 000 i 111 powodują zerowe napięcie wyjściowe falownika, więc ten tryb przełączania nazywany jest stanem zerowym. Napięcie linii wyjściowej to uab, ubc i uca, a napięcie fazowe to ua, ub i uc, gdzie udc to napięcie zasilania DC. Załączoną analizę tabelaryczną można uzyskać zgodnie z powyższym.
Jednostka sterująca
Jednostka sterująca jest rdzeniem całego systemu AC serwo, realizując kontrolę pozycji systemu, kontrolę prędkości, moment obrotowy i regulator prądu. Cyfrowy procesor sygnałowy (dsp) nie tylko ma możliwość szybkiego przetwarzania danych, ale także integruje bogaty układ ASIC do sterowania silnikiem, taki jak przetwornik a/d, generator pwm, obwód licznika czasu, obwód komunikacji asynchronicznej, transceiver magistrali CAN i programowalny statyczny o dużej prędkości RAM i duża pojemność pamięci programu. Serwosterownik realizuje sterowanie wektorowe (vc), przyjmując zasadę sterowania orientacją pola magnetycznego (foc) i transformację współrzędnych oraz steruje silnikiem, łącząc tryb sterowania z sinusoidalną modulacją szerokości impulsu (spwm). Sterowanie wektorowe silnika synchronicznego z magnesami trwałymi ogólnie steruje prądem lub napięciem stojana poprzez wykrywanie lub szacowanie położenia i amplitudy strumienia wirnika silnika. W ten sposób moment obrotowy silnika jest powiązany tylko ze strumieniem i prądem, co jest podobne do metody sterowania silnikiem prądu stałego i może uzyskać wysoką wydajność sterowania. W przypadku silnika synchronicznego z magnesami trwałymi pozycja strumienia wirnika jest taka sama, jak pozycja mechaniczna wirnika. W ten sposób pozycja strumienia wirnika silnika może być znana poprzez wykrywanie rzeczywistej pozycji wirnika, tak że sterowanie wektorowe silnika synchronicznego z magnesami trwałymi jest uproszczone w porównaniu z silnikiem asynchronicznym.
Serwomotor sterowany serwomotorem prądu przemiennego z magnesami trwałymi (pmsm)
Gdy serwonapęd steruje serwomotorem prądu przemiennego z magnesami trwałymi, może on pracować odpowiednio w trybie sterowania prądem (momentem obrotowym), prędkością i pozycją. Schemat blokowy struktury sterowania układu przedstawiono na rysunku 4. Ponieważ serwosilnik prądu przemiennego z magnesami trwałymi (pmsm) wykorzystuje wzbudzenie magnesem trwałym, jego pole magnetyczne można uznać za stałe. Jednocześnie prędkość silnika serwosilnika z magnesami trwałymi prądu przemiennego jest prędkością synchroniczną, to znaczy jego obrót wynosi zero. Warunki te znacznie zmniejszają złożoność modelu matematycznego serwonapędu prądu przemiennego napędzającego serwomotor prądu przemiennego z magnesami trwałymi. Jak widać na rysunku 4, system opiera się na pomiarze sprzężenia zwrotnego prądu dwufazowego (ia, ib) silnika oraz położenia silnika. Łącząc zmierzony prąd fazowy (ia, ib) z informacją o położeniu, uzyskano składowe id oraz iq poprzez zmianę współrzędnych (z układu współrzędnych a, b, c na układ współrzędnych wirnika d, q), a następnie wpisane do odpowiednich regulatorów prądu. Wyjście regulatora prądu przechodzi przez odwrotną zmianę współrzędnych (z układu współrzędnych d, q na układ współrzędnych a, b, c) w celu uzyskania instrukcji napięcia trójfazowego. Układ sterujący, poprzez instrukcję napięcia trójfazowego, po odwróceniu i opóźnieniu, otrzymuje 6 fal pwm na wyjściu do urządzenia zasilającego w celu sterowania pracą silnika. W systemie w innym trybie wprowadzania instrukcji, instrukcja i informacja zwrotna za pośrednictwem odpowiedniego regulatora sterowania, uzyskaj następny poziom instrukcji referencyjnej. W pętli prądowej składowa prądu momentu obrotowego (iq) osi d, q jest wyjściem lub zewnętrznym zadanym przez regulator kontroli prędkości. Ogólnie rzecz biorąc, składowa strumienia wynosi zero (id=0), ale gdy prędkość jest większa niż wartość graniczna, można uzyskać wyższą wartość prędkości poprzez osłabienie magnetyczne (id „0”).
Transformacja z układu współrzędnych a, b, c do układu współrzędnych d, q jest realizowana przez transformację Clarke'a i Parka; Przekształcenie ze współrzędnych dq na współrzędne a, b, c realizowane jest za pomocą przekształcenia kontrawariantnego Clarka i Parkera.