현대 모터 기술, 현대 전력 전자 기술, 마이크로 전자 기술, 영구 자석 재료 기술, AC 가변 속도 조절 기술 및 제어 기술의 급속한 발전으로 영구 자석 AC 서보 기술이 크게 발전했습니다. 영구 자석 AC 서보 시스템의 성능은 나날이 향상되고 있으며 가격도 합리적이어서 영구 자석 AC 서보 시스템이 DC 서보 시스템을 대체하게 되었으며, 특히 고정밀 분야에서 서보 드라이브의 고성능 요구 사항이 되었습니다. 현대 전기 서보 드라이브 시스템의 개발 동향.
영구 자석 AC 서보 시스템에는 다음과 같은 장점이 있습니다.
모터 브러시 및 정류자 없음, 안정적인 작업, 간단한 유지 보수 및 유지 보수;
고정자 권선 열 발산 빠름;
시스템의 신속성을 향상시키기 쉬운 작은 관성;
고속 및 큰 토크 작업 상태에 적합합니다.
공작 기계, 기계 장비, 핸들링 메커니즘, 인쇄 장비, 조립 로봇, 가공 기계, 고속 와인딩 머신, 섬유 기계 및 기타 행사에 널리 사용되는 동일한 전력, 더 작은 부피 및 무게로 개발 요구 사항을 충족합니다. 전송 필드.
아날로그 및 하이브리드 모드의 개발 후 영구 자석 AC 서보 시스템의 드라이버는 디지털 시대에 진입했습니다. 완전한 디지털 서보 드라이브는 아날로그 서보의 큰 분산, 제로 드리프트, 낮은 신뢰성 및 기타 결정을 극복할 뿐만 아니라 제어 정밀도와 유연한 제어 방법에서 디지털 제어의 이점을 충분히 발휘하여 서보 드라이브를 간단하게 만들 뿐만 아니라 구조뿐만 아니라 더 안정적인 성능. 이제 고성능 서보 시스템, 영구 자석 동기 AC 서보 모터 및 풀 디지털 AC 영구 자석 동기 서보 드라이버를 포함한 대부분의 영구 자석 AC 서보 시스템은 두 부분으로 구성됩니다.
서보 드라이브는 드라이브 하드웨어와 제어 알고리즘의 두 부분으로 구성됩니다. 제어 알고리즘은 AC 서보 시스템의 성능을 결정하는 핵심 기술 중 하나로, 외국 AC 서보 기술 봉쇄의 핵심이자 기술 독점의 핵심이다.
AC 영구 자석 서보 시스템의 기본 구조
Ac 영구 자석 동기 서보 드라이버는 주로 서보 제어 장치, 전원 드라이브 장치, 통신 인터페이스 장치, 서보 모터 및 해당 피드백 감지 장치로 구성됩니다. 구조는 그림 1과 같습니다. 서보 제어 장치에는 위치 컨트롤러, 속도 컨트롤러, 토크 및 전류 컨트롤러 등이 포함됩니다. 우리의 AC 영구 자석 동기 드라이버는 고급 제어 기술과 제어 전략을 통합하여 서보 드라이브 분야의 고정밀, 고성능 요구 사항에 매우 적합하지만 강력한 지능을 반영하고 유연성은 기존 드라이브 시스템과 비교할 수 없습니다.
현재 주류 서보 드라이버는 디지털 신호 프로세서(dsp)를 제어 코어로 채택합니다. 그것의 장점은 더 복잡한 제어 알고리즘을 실현할 수 있고 사물이 디지털화되고 네트워크화되고 지능적이라는 것입니다. 전원 장치는 일반적으로 지능형 전원 모듈(ipm)을 드라이브 회로의 핵심 설계인 ipm 내부 통합 드라이브 회로로 사용하며 과전압, 과전류, 과열, 저전압 및 기타 결함 감지 보호 회로를 갖추고 있으며 주 회로에는 소프트 스타트 회로도 추가되었습니다. , 시작 프로세스가 드라이버에 미치는 영향을 줄이기 위해.
서보 드라이버는 전원 보드와 제어 보드의 두 가지 모듈로 나눌 수 있습니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 파워 플레이트(드라이브 플레이트)는 두 개의 유닛을 포함하는 강력한 전기 부서입니다. 하나는 모터 구동에 사용되는 전원 구동 장치 ipm이고 다른 하나는 전체 시스템에 디지털 및 아날로그 전원을 공급하는 스위칭 전원 공급 장치입니다.
제어 보드는 약한 전류 부분, 모터의 제어 코어 및 서보 드라이버 기술의 코어 제어 알고리즘의 실행 캐리어입니다. 제어 보드는 3상 영구 자석 동기식 AC 서보 모터를 제어하는 목적을 달성하기 위해 인버터의 출력 전력을 변경하기 위해 구동 회로의 구동 신호로 사용되는 해당 알고리즘을 통해 PWM 신호를 출력합니다.
파워 드라이브 유닛
전원구동부는 먼저 입력된 3상 또는 주전원을 3상 풀브리지 정류회로를 통해 정류하여 해당 직류를 얻는다. 3상 영구 자석 동기식 AC 서보 모터는 양호한 정류 후 3상 정현파 PWM 전압 주파수 변환기에 의해 구동됩니다. 전원 구동 장치의 전체 프로세스는 ac-dc-ac 프로세스로 간단히 설명할 수 있습니다. ac-dc의 주요 토폴로지 회로는 3상 풀 브리지 비제어 정류기 회로입니다.
인버터 부분(dc-ac)은 구동 회로, 보호 회로 및 전원 스위치를 통합한 지능형 전원 모듈(ipm)을 채택합니다. 주요 토폴로지는 그림 3에 표시된 3상 인버터 회로 개략도입니다. 펄스 폭 변조(pwm) 기술을 사용하는 펄스 폭 변조(PWM)는 교류를 변경하여 인버터 출력 파형의 주파수를 변경합니다. -파워 트랜지스터의 오프 시간, 반주기마다 트랜지스터의 온-오프 시간 비율을 변경합니다. 즉, 전력 조절의 목적을 달성하기 위해 인버터 출력 전압 보조 값을 변경하기 위해 펄스 폭을 변경함으로써.
그림 3의 vt1 ~ vt6은 6개의 전원 스위치 튜브이며, s1, s2 및 s3은 각각 3개의 브리지 암을 나타냅니다. 각 브리지 암의 스위치 상태는 다음과 같이 지정됩니다. 상부 브리지 암의 스위치 튜브가 "on" 상태일 때(이 때 하부 브리지 암의 스위치 튜브는 "off" 상태여야 함), 스위치 상태는 1입니다. 하부 브리지 암 스위치 튜브가 "켜짐" 상태일 때(그러면 하부 브리지 암 스위치 튜브가 "오프" 상태여야 함) 스위치 상태는 0입니다. 3개의 브리지 암에는 "0" 및 "1"의 두 가지 상태만 있으므로 s1, s2 및 s3은 000, 001, 010, 011, 100, 101 및 111의 8개 스위칭 튜브 모드를 형성합니다. , 그 중 000 및 111 스위칭 모드는 인버터 출력 전압을 0으로 만들기 때문에 이 스위칭 모드를 0 상태라고 합니다. 출력 라인 전압은 uab, ubc 및 uca이고 상 전압은 ua, ub 및 uc이며 여기서 udc는 DC 전원 전압입니다. 첨부된 표 분석은 위의 내용에 따라 얻을 수 있습니다.
컨트롤 유닛
제어 장치는 시스템 위치 제어, 속도 제어, 토크 및 전류 제어를 실현하는 전체 AC 서보 시스템의 핵심입니다. 디지털 신호 처리기(dsp)는 빠른 데이터 처리 능력을 가지고 있을 뿐만 아니라 a/d 변환기, pwm 생성기, 타이밍 카운터 회로, 비동기 통신 회로, 캔 버스 트랜시버 및 고속 프로그래머블 정적과 같은 모터 제어를 위한 풍부한 ASIC를 통합합니다. 램 및 대용량 프로그램 메모리. 서보 드라이버는 자기장 방향(foc)과 좌표 변환의 제어 원리를 채택하여 벡터 제어(vc)를 구현하고 정현파 펄스 폭 변조(spwm) 제어 모드를 결합하여 모터를 제어합니다. 영구 자석 동기 모터의 벡터 제어는 일반적으로 모터의 회전자 자속의 위치와 진폭을 감지하거나 추정하여 고정자 전류 또는 전압을 제어합니다. 이러한 방식으로 모터의 토크는 자속과 전류에만 관련되며 이는 DC 모터의 제어 방법과 유사하며 높은 제어 성능을 얻을 수 있습니다. 영구 자석 동기 모터의 경우 회전자의 자속 위치는 회전자의 기계적 위치와 동일합니다. 이러한 방식으로 회전자의 실제 위치를 감지하여 모터 회전자의 자속 위치를 알 수 있으므로 영구 자석 동기 모터의 벡터 제어가 비동기 모터의 벡터 제어에 비해 단순화됩니다.
서보 드라이버 제어 AC 영구 자석 서보 모터(pmsm)
서보 드라이버가 AC 영구 자석 서보 모터를 제어할 때 전류(토크), 속도 및 위치 제어 모드에서 각각 작동할 수 있습니다. 시스템의 제어 구조 블록 다이어그램은 그림 4에 나와 있습니다. AC 영구 자석 서보 모터(pmsm)는 영구 자석 여기를 사용하기 때문에 자기장은 일정하다고 간주할 수 있습니다. 동시에 AC 영구 자석 서보 모터의 모터 속도는 동기 속도, 즉 회전이 0입니다. 이러한 조건은 AC 영구 자석 서보 모터를 구동하는 AC 서보 드라이버의 수학적 모델의 복잡성을 크게 줄입니다. 그림 4에서 볼 수 있듯이 시스템은 모터 및 모터 위치의 2상 전류 피드백(ia, ib) 측정을 기반으로 합니다. 측정된 상전류(ia, ib)와 위치정보를 조합하여 좌표계(좌표계 a, b, c에서 회전자 좌표계 d, q로)의 변화를 통해 id, iq 성분을 구하고, 각각의 전류 조정기에 입력되었습니다. 전류 조절기의 출력은 삼상 전압 지령을 얻기 위해 역좌표 변경(d, q 좌표계에서 a, b, c 좌표계로)을 거친다. 제어 칩은 3상 전압 명령을 통해 반전 및 지연 후 6pwm 파장을 전원 장치로 출력하여 모터 작동을 제어합니다. 다른 명령 입력 모드의 시스템에서 해당 제어 레귤레이터를 통한 명령 및 피드백은 다음 수준의 참조 명령을 얻습니다. 전류 루프에서 d, q 축의 토크 전류 구성요소(iq)는 속도 제어 조절기에 의해 주어진 출력 또는 외부입니다. 일반적으로 자속 성분은 0(id=0)이지만 속도가 한계값보다 클 경우 자력 약화(id "0")를 통해 더 높은 속도 값을 얻을 수 있다.
a, b, c 좌표계에서 d, q 좌표계로의 변환은 clarke 및 park 변환에 의해 실현됩니다. dq에서 a, b, c 좌표로의 변환은 Clark과 Parker의 반공변 변환으로 실현됩니다.