萊姆電流傳感器在數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器中的應(yīng)用及全數(shù)字伺服電流環(huán)設(shè)計(jì)(08-100)

　　引言

　　伺服技術(shù)是跟蹤與定位控制技術(shù)，是機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成部分，它廣泛地應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等自動(dòng)化裝備中。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各個(gè)行業(yè)對電伺服系統(tǒng)的需求日益增大，并對其性能提出了更高的要求。因此研究、制造高性能、高可靠性的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是工業(yè)先進(jìn)國家競相努力的目標(biāo)，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　目前數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器基本被日本、歐美等國家壟斷。我國每年需要從國外進(jìn)口大量的此類設(shè)備用于CNC數(shù)控機(jī)床等行業(yè)，進(jìn)口驅(qū)動(dòng)器價(jià)格高，維修服務(wù)不便。我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字式伺服驅(qū)動(dòng)器約于90年代開始規(guī)模化生產(chǎn)制造。華中數(shù)控HSV系列全數(shù)字交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元具有良好的性能。我公司自主開發(fā)的全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)調(diào)速比為1:5000。高端產(chǎn)品往往要采用國外的交流伺服系統(tǒng)，主要是國產(chǎn)伺服驅(qū)動(dòng)控制器在高速和高精等控制特性方面，與日本的FANUC、三菱、松下、富士以及德國的西門子等國外先進(jìn)產(chǎn)品相比，還存在著顯著差距。

　　數(shù)字伺服系統(tǒng)的控制策略

　　數(shù)字伺服系統(tǒng)一般是由三個(gè)閉環(huán)來完成. 其原理如圖1所示，第一層是位置環(huán)、第二層是速度環(huán)、第三層是電流環(huán);其中位置、速度都是外環(huán)，而電流環(huán)則是系統(tǒng)內(nèi)的內(nèi)環(huán)，它的構(gòu)成是由核心硬件以及關(guān)鍵解算軟件組成的，全數(shù)字伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心傳動(dòng)部分，也是技術(shù)難度最大的部分，其最主要的特點(diǎn)就是高速、高精、功能豐富多樣。電流環(huán)是伺服系統(tǒng)的核心控制環(huán)，而保證速度精度以及力矩平穩(wěn)性的最關(guān)鍵就是數(shù)字伺服中的電流環(huán)的設(shè)計(jì)，所以一個(gè)系統(tǒng)性能是否優(yōu)秀與電流環(huán)的設(shè)計(jì)息息相關(guān)。

　　圖1 永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)的基本框圖

　　永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)框圖如圖2所示.從圖2可知，永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)主要由下面幾部分組成：1)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測和速度計(jì)算模塊;2)速度，電流調(diào)節(jié)器;3)坐標(biāo)變換模塊;4)SVPWM模塊;5)整流和逆變模塊;6)電壓/電流采樣模塊。其控制過程如下：速度指令信號與檢測到的轉(zhuǎn)子速度信號相比較，經(jīng)速度控制器的調(diào)節(jié)，輸出指令信號，作q軸電流控制器給定信號，d軸電流控制器的給定信號為0。電流采樣得到的三相定子電流通過Clark變換化為坐標(biāo)系兩相電流，通過Park變換后，化為d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的電流值，分別是d軸和q軸電流調(diào)節(jié)器的反饋輸入。d軸和q軸電流的給定和反饋之間的偏差分別輸入到d軸和q軸的電流控制器，經(jīng)過控制器的調(diào)節(jié)后輸出電壓，再經(jīng)過Park逆變換分別化為α-β坐標(biāo)系軸電壓，調(diào)制SVPWM模塊輸出六路PWM，驅(qū)動(dòng)IGBT產(chǎn)生頻率和幅值可變的三相正弦電流輸入電機(jī)。

　　圖2 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)框圖