S brzim razvojem moderne tehnologije motora, moderne tehnologije energetske elektronike, tehnologije mikroelektronike, tehnologije materijala s trajnim magnetima, tehnologije podesive regulacije brzine izmjenične struje i tehnologije upravljanja, servo tehnologija izmjenične struje s permanentnim magnetom ima veliki razvoj. Učinkovitost AC servo sustava s trajnim magnetom poboljšava se iz dana u dan, a cijena je obično razumna, što čini AC servo sustav s trajnim magnetom zamjenom DC servo sustava, posebno u području visoke preciznosti, visoki zahtjevi za performansama servo pogona postali su trend razvoja suvremenog električnog servo pogonskog sustava.
AC servo sustav s trajnim magnetom ima sljedeće prednosti:
Motor bez četke i komutatora, pouzdan rad, jednostavno održavanje i održavanje;
Brzo odvođenje topline namota statora;
Mala inercija, lako poboljšati brzinu sustava;
Prikladno za radno stanje velike brzine i velikog momenta;
Pod istom snagom, manjim volumenom i težinom, naširoko se koristi u alatnim strojevima, mehaničkoj opremi, mehanizmu za rukovanje, opremi za tiskanje, robotu za montažu, strojevima za obradu, brzom stroju za namatanje, tekstilnim strojevima i drugim prilikama, kako bi se zadovoljile razvojne potrebe prijenosno polje.
Nakon razvoja analognog i hibridnog načina rada, pokretač AC servo sustava s permanentnim magnetom ušao je u digitalnu eru. Potpuni digitalni servo pogon ne samo da prevladava veliku disperziju, pomak nule, nisku pouzdanost i druga određivanja analognog servo pogona, već također u potpunosti iskorištava prednosti digitalne kontrole u preciznosti upravljanja i fleksibilnoj metodi upravljanja, čineći servo pogon ne samo jednostavnim strukturu, ali i pouzdaniju izvedbu. Sada, servo sustav visokih performansi, većina AC servo sustava s trajnim magnetom, uključujući sinkroni AC servo motor s trajnim magnetom i potpuno digitalni AC permanentni magnet sinkroni servo drajver dva dijela.
Servo pogon se sastoji od dva dijela: hardvera pogona i upravljačkog algoritma. Upravljački algoritam je jedna od ključnih tehnologija za određivanje performansi AC servo sustava, koji je glavni dio strane blokade AC servo tehnologije i jezgra tehnološkog monopola.
Osnovna struktura AC servo sustava s permanentnim magnetom
Sinkroni servo pogon s permanentnim magnetom izmjenične struje uglavnom se sastoji od servo upravljačke jedinice, pogonske jedinice, jedinice komunikacijskog sučelja, servo motora i odgovarajućeg uređaja za detekciju povratne informacije. Njegova struktura prikazana je na slici 1. Servo upravljačka jedinica uključuje regulator položaja, regulator brzine, regulator momenta i struje i tako dalje. Naš sinkroni pokretač s trajnim magnetom izmjenične struje integrira naprednu tehnologiju upravljanja i strategiju upravljanja, tako da je vrlo prikladan za visoku preciznost, visoke zahtjeve performansi polja servo pogona, ali također odražava moćnu inteligenciju, fleksibilnost je neusporediva s tradicionalnim pogonskim sustavom.
Trenutačno glavni servo upravljački program usvaja digitalni procesor signala (dsp) kao kontrolnu jezgru. Prednost mu je što može ostvariti složeniji algoritam upravljanja, a materija je digitalizirana, umrežena i inteligentna. Uređaji za napajanje općenito koriste inteligentni modul napajanja (ipm) kao osnovni dizajn pogonskog kruga, ipm interni integrirani pogonski krug, i ima zaštitni krug za prenapon, prekostruju, pregrijavanje, prenizak napon i drugi zaštitni krug za otkrivanje grešaka, u glavnom krugu također je dodan krug za meko pokretanje , kako bi se smanjio utjecaj procesa pokretanja na vozača.
Servo drajver se može podijeliti u dva modula, ploču napajanja i kontrolnu ploču. Kao što je prikazano na slici 2, pogonska ploča (pogonska ploča) je snažan električni odjel koji uključuje dvije jedinice. Jedna je pogonska jedinica napajanja ipm koja se koristi za pogon motora, a druga je sklopna jedinica napajanja koja osigurava digitalno i analogno napajanje za cijeli sustav.
Upravljačka ploča je dio slabe struje, upravljačka jezgra motora i pokretački nositelj algoritma jezgre upravljanja tehnologijom servo pogona. Upravljačka ploča šalje pwm signal kroz odgovarajući algoritam, koji se koristi kao pogonski signal pogonskog kruga za promjenu izlazne snage pretvarača, kako bi se postigla svrha upravljanja trofaznim sinhronim AC servo motorom s trajnim magnetom.
Pogonska jedinica snage
Jedinica za pogon snage prvo ispravlja ulaznu trofaznu ili mrežnu snagu kroz trofazni punomostni ispravljački krug kako bi se dobila odgovarajuća istosmjerna struja. Trofazni sinkroni izmjenični servo motor s permanentnim magnetom pokreće se trofaznim sinusoidnim pwm pretvaračem frekvencije napona nakon dobrog ispravljanja. Cijeli proces pogonske jedinice može se jednostavno opisati kao ac-dc-ac proces. Glavni topološki krug izmjenično-istosmjerne struje je trofazni puni mostni nekontrolirani ispravljački krug.
Inverterski dio (dc-ac) usvaja inteligentni modul napajanja (ipm) koji integrira pogonski krug, zaštitni krug i prekidač napajanja. Glavna topologija je shematski dijagram strujnog kruga trofaznog pretvarača prikazan na slici 3. Koristeći tehniku modulacije širine impulsa (pwm), modulacija širine impulsa (PWM) mijenja frekvenciju izlaznog valnog oblika pretvarača promjenom naizmjeničnog -vrijeme isključenja tranzistora snage, i mijenja omjer vremena uključeno-isključeno tranzistora u svakom poluciklusu. To jest, promjenom širine impulsa za promjenu pomoćne vrijednosti izlaznog napona pretvarača kako bi se postigla svrha regulacije snage.
vt1 ~ vt6 na slici 3 je šest cijevi prekidača snage, s1, s2 i s3 redom predstavljaju tri kraka mosta. Stanje prekidača svakog kraka mosta navedeno je na sljedeći način: kada je cijev prekidača gornjeg kraka mosta u stanju "uključeno" (cijev prekidača donjeg kraka mosta mora biti u stanju "isključeno" u ovom trenutku), stanje prekidača je 1; Kada je cijev prekidača donje poluge mosta u stanju "uključeno" (tada cijev prekidača donje ruke mosta mora biti u stanju "isključeno"), stanje prekidača je 0. Tri kraka mosta imaju samo dva stanja "0" i "1", tako da s1, s2 i s3 tvore osam načina preklopne cijevi od 000, 001, 010, 011, 100, 101 i 111 , među kojima načini prekapčanja 000 i 111 čine izlazni napon pretvarača jednakim nuli, pa se ovaj način prekapčanja naziva nulto stanje. Izlazni linijski napon je uab, ubc i uca, a fazni napon je ua, ub i uc, gdje je udc napon istosmjernog napajanja. Priloženu tabličnu analizu možete dobiti prema gore navedenom.
Kontrolna jedinica
Upravljačka jedinica je srž cijelog servo sustava izmjenične struje, koja ostvaruje kontrolu položaja sustava, kontrolu brzine, momenta i regulator struje. Procesor digitalnog signala (dsp) ne samo da ima mogućnost brze obrade podataka, već također integrira bogat ASIC za upravljanje motorom, kao što je A/D pretvarač, pwm generator, krug vremenskog brojača, asinkroni komunikacijski krug, can bus primopredajnik i brzo programabilni statički ram i programska memorija velikog kapaciteta. Servo upravljački program ostvaruje vektorsko upravljanje (vc) usvajanjem upravljačkog principa orijentacije magnetskog polja (foc) i transformacije koordinata, te upravlja motorom kombiniranjem načina upravljanja sinusoidnom modulacijom širine pulsa (spwm). Vektorska kontrola sinkronog motora s permanentnim magnetom općenito kontrolira struju ili napon statora otkrivanjem ili procjenom položaja i amplitude toka rotora motora. Na ovaj način, okretni moment motora povezan je samo s fluksom i strujom, što je slično upravljačkoj metodi istosmjernog motora i može postići visoku regulaciju. Za sinkroni motor s permanentnim magnetima, položaj toka rotora je isti kao mehanički položaj rotora. Na ovaj način, položaj fluksa rotora motora može se znati otkrivanjem stvarnog položaja rotora, tako da je vektorska kontrola sinkronog motora s permanentnim magnetom pojednostavljena u usporedbi s onom asinkronog motora.
AC servo motor s permanentnim magnetom upravljan servo pogonom (pmsm)
Kada servo pogon upravlja AC servo motorom s trajnim magnetom, on može raditi pod strujom (momentom), brzinom i načinom upravljanja položajem. Blok dijagram upravljačke strukture sustava prikazan je na slici 4. Budući da AC servo motor s trajnim magnetom (pmsm) koristi pobudu s permanentnim magnetom, njegovo se magnetsko polje može smatrati konstantnim. U isto vrijeme, brzina motora AC servo motora s permanentnim magnetom je sinkrona brzina, to jest, njegov broj okretaja je nula. Ovi uvjeti uvelike smanjuju složenost matematičkog modela AC servo pogona koji pokreće AC servo motor s trajnim magnetom. Kao što se može vidjeti na slici 4, sustav se temelji na mjerenju povratne sprege dvofazne struje (ia, ib) motora i položaja motora. Kombinacijom izmjerene fazne struje (ia, ib) s informacijom o položaju dobivene su id i iq komponente promjenom koordinata (iz koordinatnog sustava a, b, c u koordinatni sustav rotora d, q), a zatim uneseni u njihove trenutne regulatore. Izlaz strujnog regulatora prolazi kroz obrnutu promjenu koordinata (iz d, q koordinatnog sustava u a, b, c koordinatni sustav) kako bi se dobila instrukcija za trofazni napon. Upravljački čip, putem instrukcija za trofaznim naponom, nakon reverziranja i odgode, dobiva izlaz od 6 pwm valova u uređaj za napajanje za kontrolu rada motora. U sustavu pod različitim načinom unosa uputa, uputa i povratnih informacija putem odgovarajućeg regulatora upravljanja, dobivate sljedeću razinu referentnih uputa. U strujnoj petlji, komponenta struje zakretnog momenta (iq) d, q osi je izlazna ili vanjska vrijednost koju daje regulator brzine. Općenito, komponenta toka je nula (id=0), ali kada je brzina veća od granične vrijednosti, veća vrijednost brzine može se dobiti magnetskim slabljenjem (id "0").
Transformacija iz a, b, c koordinatnog sustava u d, q koordinatni sustav ostvaruje se Clarkeovom i Parkovom transformacijom; Transformacija iz dq u a, b, c koordinate realizirana je kontravarijantnom transformacijom Clarka i Parkera.