永磁交流伺服技術(shù)及其進(jìn)展(續(xù)3)
譚建成(西安微電機(jī)研究所)
【摘 要】本文為“永磁交流伺服技術(shù)及其進(jìn)展(2) (見(jiàn)1990年《微電機(jī)》第4期)的續(xù)篇，介紹伺服驅(qū)動(dòng)器的組成和工作原理，交流伺服驅(qū)動(dòng)器與直流伺服驅(qū)動(dòng)器的主要差別，及直流伺服電動(dòng)機(jī)、同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)和異步交流伺服電動(dòng)機(jī)三類電機(jī)性能特點(diǎn)的比較。
【主題詞】伺服放大器，工作原理，交流電動(dòng)機(jī)，伺服電動(dòng)機(jī)，同步電機(jī)，異步電機(jī)，直流電機(jī)，性能  5伺服驅(qū)動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
典型的交流伺服驅(qū)動(dòng)器和經(jīng)典的直流伺服驅(qū)動(dòng)器相似，也是包含電流環(huán)和速度環(huán)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。因此，它的伺服驅(qū)動(dòng)器(ervodrive)也稱為速度控制單元(speed control u—nit)，或稱為伺服放大器(servo amplifier)等。圖5．1、5．3、5．5分別是直流伺服，正弦波驅(qū)動(dòng)和矩形波驅(qū)動(dòng)的交流伺限驅(qū)動(dòng)器的原理方框圖。從圖中可見(jiàn)，兩種交流伺服驅(qū)動(dòng)器和直流伺服驅(qū)動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)是相似的。即，從傳感器中獲得速度信息，經(jīng)一定的電路變換形成速度反饋電壓，并與給定指令速度電壓信號(hào)比較．其誤差信號(hào)在速度調(diào)節(jié)器進(jìn)行放大和校正(通常是pi調(diào)節(jié))，給出電流(即力矩)的指令信號(hào)作為電流環(huán)的輸入指令。在電流環(huán)中，從電流傳感器得到的電流反饋信號(hào)與指令信號(hào)進(jìn)行比較，誤差經(jīng)電流調(diào)節(jié)器放大校正后送給脈寬調(diào)制ewm) 元，最常見(jiàn)的pwm是由三角波發(fā)生器和電壓比較器構(gòu)成。被調(diào)制的脈寬信號(hào)控制基極驅(qū)動(dòng)電路，后者驅(qū)動(dòng)逆變橋，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)繞組的電流控制。這里，常見(jiàn)的是電流型pwm。
 由圖5．2，伺服驅(qū)動(dòng)器還有其它幾個(gè)部分組成。首先，驅(qū)動(dòng)器的高電壓大容量直流母線來(lái)自大功率直流電源，通常它由三相交流電壓輸入．經(jīng)橋式整流濾波后獲得。小于lkw的系統(tǒng)有時(shí)也采用單相輸入。當(dāng)系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)．電機(jī)動(dòng)能的回饋．在濾波電容器上充電使直流母線電壓迅速上升．危及逆變橋的大功率開(kāi)關(guān)管和濾波電容器本身。再生電壓保護(hù)的作用是適時(shí)接通一大電流開(kāi)關(guān)，電容器電荷經(jīng)電組r短時(shí)釋放一部分，使直流母線電壓恢復(fù)到正常值范圍。為提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，針對(duì)可解出現(xiàn)的各種異常情況和故障，設(shè)立了保護(hù)和報(bào)警電路，例如對(duì)過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)電流、過(guò)載、過(guò)速、過(guò)熱等的保護(hù)。另外還有短時(shí)過(guò)流限制等附加電路。
交流伺服驅(qū)動(dòng)器與直流伺服驅(qū)動(dòng)器在結(jié)構(gòu)上的主要差別是它們的電流環(huán)。
5.1 正弦波伺服驅(qū)動(dòng)器的電流環(huán)
正波驅(qū)動(dòng)方式的交流伺服驅(qū)動(dòng)器原理圖示于圖5．3中。這里，電流環(huán)的作用主要是控
制電動(dòng)機(jī)三相繞組電流ia、ib、ic，滿足下列要求
a．嚴(yán)格的三相對(duì)稱正弦函數(shù)變化關(guān)系；
b．它們的相位分別與該相的反電勢(shì)相位同相(或反相)；
c．相電流幅值與速度調(diào)節(jié)器輸出的電流指令信號(hào)成正比例。
利用高分辨率的轉(zhuǎn)子位置傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子****位置信息．在單位正弦發(fā)生器中產(chǎn)生出兩相正弦波信號(hào)，它們的幅值為一單位，其相位與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角0相關(guān)．即  單位正弦波信號(hào)的發(fā)生可有許多不同方法。下述方案是一個(gè)例子：轉(zhuǎn)子****位置信號(hào)是一數(shù)字量案號(hào)(二進(jìn)制碼)．在兩個(gè)正弦函數(shù)的只讀存儲(chǔ)器(rom)中分別讀出兩相單位正弦波的數(shù)字量，經(jīng)兩個(gè)d／a轉(zhuǎn)換器后可得模擬量輸出。兩相單位正弦波信號(hào)在兩個(gè)乘法器中與電流指令信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算．得到兩相電流指令信號(hào)is和如ib。實(shí)際上．采用帶乘法功能的d／a轉(zhuǎn)換器，由rom的輸出可直拉獲得ia和如ib信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)分別在兩個(gè)相同的電流調(diào)節(jié)器中與反饋的ia、ib電流信號(hào)進(jìn)行比較．經(jīng)各向的pwm環(huán)節(jié)控制逆變橋。在這里，利用電機(jī)三相繞組電流之和為零的原理，可以得到第三相pwm信號(hào)。
5．2矩形波伺服驅(qū)動(dòng)器的電流環(huán)
矩形波驅(qū)動(dòng)的交流伺服驅(qū)動(dòng)器原理圖示于圖5．4。如圖所示，由轉(zhuǎn)子位置傳感器信號(hào)
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