当前位置: 首页 >> 工程机械

智能伺服技术及其应用分析中

2021-08-18 来源:河北机械信息网

智能伺服技术及其应用分析(中)

3 伺服系统的应用

随着市场竞争的日趋激烈,用户对所需产品提出了更高的技术要求和更合理的性能价格比。伺服系统以其出色的性能满足了各种产品制造厂家近乎苛刻的要求,从而能够对产品的加工过程、加工工艺和综合性能进行改造。在机电一体化设备上伺服系统的使用更加广泛,几乎工业生产的所有领域都成为伺服系统的应用对象。表1列出了伺服系统的主要应用领域。

表1 伺服系统的主要应用领域

4 伺服驱动产品概况

由于伺服驱动产品在工业生产中的应用十分广泛,市场上的相关产品种类很多,从普通电机、变频电机、伺服电机、变频器、伺服控制器到运动控制器、单轴控制器、多轴控制器、可编程控制器、上位控制单元乃至车间级和厂级监控工作站等一应俱全。对于用户而言可以很方便地根据实际需要灵活选用。下面以安川公司的伺服产品为例做一介绍。

4.1 伺服电机

随着永磁材料制造工艺的不断完善,新一代的伺服电机大都采用了最新的Nd2Fe14B1(铷铁硼)材料,该材料的剩余磁密、矫顽力、最大磁能积均好于其他永磁材料,再加上合理的磁极、磁路及电机结构设计,大大地提高了电机的性能,同时又缩小了电机的外形尺寸。新一代的伺服电机大都采用了新型的位置编码器,这种位置编码器的信号线数量从9根减少到5根,并支持增量型和绝对值型两种类型,通信速率达4M/s,通信周期为62.5μs,数据长度为12位,编码器分辨率为20bit/rev,即每转生成100万个脉冲,最高转速达6000r/min,编码器电源电流仅为16μA。

伺服电机按照容量可以分为超小型(MINI型)、小容量型、中容量型和大容量型。超小容量型的功率范围为10W到20W,小容量型的功率范围为30W到750W,中容量型的功率范围为300W到15KW,大容量型的功率范围为22KW到55KW。伺服电机的供电电压范围从100V到400V(单相/三相)。

4.2 伺服控制单元

传统的模拟控制虽然具有连续性好、响应速度快及成本低的优点,但也有难以克服的缺点,如系统调试困难,容易受到环境温度变化的影响而产生漂移,难以实现柔性化设计,缺乏实现复杂计算的能力,无法实现现代控制理论指导下的控制算法等。所以现代伺服控制器均采用全数字化结构,伺服控制系统的主要理论也采用了现代的矢量控制思想,它实现了电流向量的幅值控制和相位控制。

为了提高产品的性能,新一代的伺服控制器采用了多种新技术、新工艺。如安川公司的伺服控制器就采用了许多新的技术手段来提高其产品的性能,其中主要有以下几个方面。

(1)在电流环路中采用了d—q轴变换电流单元,在新的控制方式中,主CPU的运算量得以减少,通过硬件来进行电流环控制,即将控制算法固化在LSI专用硬件环路中。通过采用高速的d—q轴变换电流单元,使电流环的转矩控制精度有了进一步的提高。使用d—q轴变换电流控制,实现了在稳态运行及瞬态运行时均能保持良好的性能。

(2)采用了脉冲编码器倍增功能,新的控制算法使位置控制的整定时间缩短为原来的三分之一。

(3)速度控制环采用速度实时检测控制算法,使电机的低速性能得到进一步提高,速度波动和转矩波动降到最低。采用在线自动设定功能,使伺服系统的调试时间缩短,操作更加简单。

(4)为了使用户更加灵活地使用伺服系统,一些产品上增加了可扩展性以及柔性化、开放性设计。用户可以通过修改内部参数,选择控制算法,或者使用高级语言进行编程,更加灵活的使用伺服产品。

(5)采用主回路与控制回路进行电气隔离的结构,使操作及故障检测更加方便安全。供电电源电压从100V扩展到400V(单相/三相)。

(6)伺服控制一般均采用从电机轴端的位置编码器采集位置信号进行反馈,在受控执行机械部分没有反馈采样信号,即半闭环的控制方式。目前的新产品则采用全闭环的控制方式,使机械加工误差、齿轮间隙、结构受力弹性变形等误差所造成的影响在伺服控制器中通过计算完成修正。

(7)采用RICS(精简指令计算机系统)技术,使CPU的数据处理能力由8位、16位提高到32位,微处理器的主频提高到百兆以上,专用控制器门阵列数量超过了10万门。

(待续)

声明:

本文来源于网络版权归原作者所有,仅供大家共同分享学习,如作者认为涉及侵权,请与我们联系,我们核实后立即删除。

友情链接