S hitrim razvojem sodobne tehnologije motorjev, sodobne tehnologije močnostne elektronike, tehnologije mikroelektronike, tehnologije trajnih magnetnih materialov, tehnologije nastavljive regulacije hitrosti AC in tehnologije krmiljenja, ima servo tehnologija AC trajnega magneta velik razvoj. Zmogljivost AC servo sistema s trajnim magnetom se iz dneva v dan izboljšuje, cena pa je običajno razumna, zaradi česar servo sistem s trajnim magnetom AC nadomesti servo sistem DC, zlasti na področju visoke natančnosti, visoke zahteve glede zmogljivosti servo pogona so postale trend razvoja sodobnega električnega servo pogona.
AC servo sistem s trajnim magnetom ima naslednje prednosti:
Motor brez ščetk in komutatorja, zanesljivo delo, enostavno vzdrževanje in vzdrževanje;
Hitro odvajanje toplote navitja statorja;
Majhna vztrajnost, enostavno izboljšanje hitrosti sistema;
Primerno za delovno stanje visoke hitrosti in velikega navora;
Z enako močjo, manjšo prostornino in težo, ki se pogosto uporablja v obdelovalnih strojih, mehanski opremi, mehanizmu za rokovanje, opremi za tiskanje, montažnem robotu, obdelovalnih strojih, hitrem navijalnem stroju, tekstilnih strojih in drugih priložnostih, da bi zadovoljili razvojne potrebe polje prenosa.
Po razvoju analognega in hibridnega načina je gonilnik AC servo sistema s trajnimi magneti vstopil v digitalno dobo. Popolnoma digitalni servo pogon ne premaga le velike disperzije, ničelnega drsenja, nizke zanesljivosti in drugih določil analognega servo pogona, temveč tudi v celoti izkoristi prednosti digitalnega krmiljenja v natančnosti krmiljenja in prilagodljivi metodi krmiljenja, zaradi česar servo pogon ni le preprost strukturo, ampak tudi bolj zanesljivo delovanje. Zdaj je visoko zmogljiv servo sistem, večina AC servo sistema s trajnim magnetom, vključno s sinhronim AC servo motorjem s trajnim magnetom in polnim digitalnim AC trajnim magnetom s sinhronim servo gonilnikom v dveh delih.
Servo pogon je sestavljen iz dveh delov: pogonske strojne opreme in krmilnega algoritma. Kontrolni algoritem je ena ključnih tehnologij za določanje učinkovitosti AC servo sistema, ki je glavni del tuje AC servo tehnologije blokade in jedro tehnološkega monopola.
Osnovna struktura AC trajnega magnetnega servo sistema
Sinhroni servo gonilnik s trajnim magnetom na izmenični tok je v glavnem sestavljen iz servo krmilne enote, pogonske enote, enote komunikacijskega vmesnika, servo motorja in ustrezne naprave za zaznavanje povratnih informacij. Njegova struktura je prikazana na sliki 1. Servokrmilna enota vključuje krmilnik položaja, krmilnik hitrosti, krmilnik navora in toka itd. Naš sinhronski gonilnik s trajnim magnetom na izmenični tok združuje napredno krmilno tehnologijo in nadzorno strategijo, tako da je zelo primeren za visoko natančnost, visoko zmogljive zahteve polja servo pogonov, hkrati pa odraža močno inteligenco, prilagodljivost pa je neprimerljiva s tradicionalnim pogonskim sistemom.
Trenutno glavni servo gonilnik uporablja digitalni signalni procesor (dsp) kot krmilno jedro. Njegova prednost je, da lahko realizira kompleksnejši algoritem vodenja, zadeve pa so digitalizirane, omrežene in inteligentne. Napajalne naprave na splošno uporabljajo inteligentni napajalni modul (ipm) kot jedro zasnove pogonskega vezja, notranje integrirano pogonsko vezje ipm in imajo zaščitno vezje za prenapetost, previsoki tok, pregrevanje, prenizko napetost in drugo zaščitno vezje za odkrivanje napak, v glavnem vezju pa je dodano tudi vezje za mehki zagon , da zmanjšate vpliv postopka zagona na voznika.
Servo gonilnik lahko razdelimo na dva modula, napajalno ploščo in nadzorno ploščo. Kot je prikazano na sliki 2, je močnostna plošča (pogonska plošča) močan električni oddelek, ki vključuje dve enoti. Ena je napajalna enota ipm, ki se uporablja za pogon motorja, druga pa je stikalna napajalna enota, ki zagotavlja digitalno in analogno napajanje celotnega sistema.
Krmilna plošča je del šibkega toka, krmilno jedro motorja in tekoči nosilec algoritma jedrnega krmiljenja tehnologije servo gonilnika. Nadzorna plošča oddaja signal pwm prek ustreznega algoritma, ki se uporablja kot pogonski signal pogonskega vezja za spreminjanje izhodne moči pretvornika, da se doseže namen krmiljenja sinhronega AC servo motorja s trifaznim trajnim magnetom.
Pogonska enota
Napajalna pogonska enota najprej popravi vhodno trifazno ali omrežno napajanje skozi trifazno polnomostno usmerniško vezje, da dobi ustrezen enosmerni tok. Sinhroni AC servo motor s trifaznim trajnim magnetom poganja trifazni sinusni pwm napetostni frekvenčni pretvornik po dobrem popravljanju. Celoten proces pogonske enote lahko preprosto opišemo kot proces ac-dc-ac. Glavno topološko vezje ac-dc je trifazno nekrmiljeno usmerniško vezje s polnim mostom.
Inverterski del (dc-ac) sprejme inteligentni napajalni modul (ipm), ki združuje pogonsko vezje, zaščitno vezje in stikalo za vklop. Glavna topologija je shematski diagram vezja trifaznega pretvornika, prikazan na sliki 3. S tehniko modulacije širine impulza (pwm) modulacija širine impulza (PWM) spremeni frekvenco izhodne valovne oblike pretvornika tako, da spremeni izmenično na -čas izklopa tranzistorja moči in spremeni razmerje med časom vklopa in izklopa tranzistorja v vsakem pol cikla. To pomeni, da s spreminjanjem širine impulza spremenite pomožno vrednost izhodne napetosti pretvornika, da dosežete namen regulacije moči.
vt1 ~ vt6 na sliki 3 je šest cevi stikala za vklop, s1, s2 in s3 pa predstavljajo tri krake mostu. Stanje stikala vsake krake mostu je določeno na naslednji način: ko je stikalna cev zgornjega kraka mostu v stanju "vklopljeno" (stikalna cev spodnjega kraka mostu mora biti v tem trenutku v stanju "izklopljeno"), stanje stikala je 1; Ko je stikalna cev spodnjega mostnega kraka v stanju "vklopljeno" (takrat mora biti stikalna cev spodnjega mostnega kraka v stanju "izklopljeno"), je stanje stikala 0. Trije kraki mostu imajo samo dve stanji "0" in "1", tako da s1, s2 in s3 tvorijo osem načinov preklopne cevi 000, 001, 010, 011, 100, 101 in 111 , med katerimi 000 in 111 preklopna načina naredita izhodno napetost pretvornika nič, zato se ta preklopni način imenuje ničelno stanje. Izhodna omrežna napetost je uab, ubc in uca, fazna napetost pa ua, ub in uc, kjer je udc enosmerna napajalna napetost. Priloženo analizo tabele lahko dobite glede na zgoraj navedeno.
Kontrolna enota
Krmilna enota je jedro celotnega AC servo sistema, ki izvaja nadzor položaja sistema, nadzor hitrosti, navora in krmilnik toka. Procesor digitalnih signalov (dsp) nima samo zmožnosti hitre obdelave podatkov, ampak vključuje tudi bogat ASIC za krmiljenje motorja, kot so A/D pretvornik, pwm generator, vezje časovnega števca, asinhrono komunikacijsko vezje, oddajnik-sprejemnik vodila can in visokohitrostno programabilno statično ram in velik programski pomnilnik. Servo gonilnik realizira vektorsko krmiljenje (vc) s sprejetjem krmilnega principa orientacije magnetnega polja (foc) in transformacije koordinat ter krmili motor s kombiniranjem krmilnega načina s sinusno modulacijo širine impulza (spwm). Vektorsko krmiljenje sinhronskega motorja s trajnimi magneti na splošno nadzira statorski tok ali napetost z zaznavanjem ali ocenjevanjem položaja in amplitude toka rotorja motorja. Na ta način je navor motorja povezan le s pretokom in tokom, kar je podobno krmilni metodi enosmernega motorja in lahko doseže visoko krmilno zmogljivost. Za sinhronski motor s trajnim magnetom je položaj pretoka rotorja enak mehanskemu položaju rotorja. Na ta način je položaj toka rotorja motorja mogoče spoznati z zaznavanjem dejanskega položaja rotorja, tako da je vektorsko krmiljenje sinhronskega motorja s trajnimi magneti poenostavljeno v primerjavi s krmiljenjem asinhronskega motorja.
Servo motor s trajnim magnetom AC (pmsm), krmiljen s servo pogonom
Ko servo gonilnik krmili servo motor s trajnim magnetom na izmenični tok, lahko deluje v načinu krmiljenja toka (navora), hitrosti in položaja. Blokovni diagram krmilne strukture sistema je prikazan na sliki 4. Ker servo motor s trajnim magnetom na izmenični tok (pmsm) uporablja vzbujanje s trajnim magnetom, lahko njegovo magnetno polje štejemo za konstantno. Hkrati je hitrost motorja AC servo motorja s trajnim magnetom sinhrona hitrost, kar pomeni, da je njegovo vrtenje nič. Ti pogoji močno zmanjšajo kompleksnost matematičnega modela AC servo gonilnika, ki poganja AC servo motor s trajnim magnetom. Kot je razvidno iz slike 4, sistem temelji na merjenju povratne zveze dvofaznega toka (ia, ib) motorja in položaja motorja. S kombinacijo izmerjenega faznega toka (ia, ib) z informacijo o položaju smo s spremembo koordinat (iz koordinatnega sistema a, b, c v koordinatni sistem rotorja d, q) pridobili komponenti id in iq in nato vneseni v svoje trenutne regulatorje. Izhod tokovnega regulatorja gre skozi obratno spremembo koordinat (iz koordinatnega sistema d, q v koordinatni sistem a, b, c), da dobimo navodilo za trifazno napetost. Krmilni čip prek navodil trifazne napetosti po obratni smeri in zakasnitvi dobi izhod 6 pwm valov v napajalno napravo za nadzor delovanja motorja. V sistemu pod drugačnim načinom vnosa navodil, navodila in povratne informacije prek ustreznega nadzornega regulatorja dobite naslednjo raven referenčnih navodil. V tokovni zanki je komponenta toka navora (iq) osi d, q izhodna ali zunanja vrednost, ki jo poda regulator za krmiljenje hitrosti. Na splošno je komponenta pretoka enaka nič (id=0), ko pa je hitrost večja od mejne vrednosti, je mogoče doseči višjo vrednost hitrosti z magnetno oslabitvijo (id "0").
Transformacija iz koordinatnega sistema a, b, c v koordinatni sistem d, q je realizirana s Clarkovo in Parkovo transformacijo; Transformacija iz dq v koordinate a, b, c je realizirana s kontravariantno transformacijo Clarka in Parkerja.