福贊科技交流異步伺服電機(jī)伺服控制技術(shù)的應(yīng)用

    對交流異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)伺服控制是電機(jī)控制技術(shù)的一大突破，交流異步伺服控制技術(shù)在幾種控制技術(shù)中具有明顯的優(yōu)勢，控制功能和精度已經(jīng)達(dá)到了同步伺服的水平，在各行業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域，特別是中、大功率運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)有很好的應(yīng)用前景。采用滑差頻率矢量控制原理、系統(tǒng)級芯片SOC 和“軟伺服”技術(shù)的時(shí)光全數(shù)字化交流伺服控制器，可應(yīng)用于需要對位置、速度、加速度和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制的各種領(lǐng)域。

      交流異步電機(jī)  伺服控制  應(yīng)用

1  交流異步伺服伺服控制系統(tǒng)

1.1交流異步伺服

交流異步電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用 廣的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，占總動(dòng)力負(fù)載的85 % 左右。三相交流異步伺服電機(jī)具有效率較高、結(jié)構(gòu)簡單、牢固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠以及成本較低等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門中，具有極其重要的地位。三相交流異步電動(dòng)機(jī)是由流過定子線圈的電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場而令轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)之間的速度差稱為轉(zhuǎn)差。轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電流與轉(zhuǎn)差成比例關(guān)系。為保證旋轉(zhuǎn)磁場與感應(yīng)電流保持正交關(guān)系，需要進(jìn)行AC矢量控制。但與直流電機(jī)和交流同步電機(jī)的勵(lì)磁（或 ）磁場相比，對交流異步伺服電機(jī)的控制難度要大得多。在調(diào)速性能和改善功率因數(shù)，尤其是高精度伺服控制方面，技術(shù)上一直未取得突破。

隨著微電子、電力電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，變頻技術(shù)出現(xiàn)，變頻器不需改變電機(jī)結(jié)

構(gòu)，通過改變電機(jī)輸入電壓及頻率，擴(kuò)大了電機(jī)的調(diào)速范圍。但變頻技術(shù)滿足不了“高、精、尖”產(chǎn)品對于工業(yè)控制技術(shù)的要求。自動(dòng)控制技術(shù)要求對電機(jī)的輸出參數(shù)如位置、速度、加速度、轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，即伺服控制。

福贊科技有限公司自主研發(fā)了具有完全知識產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字化交流伺服控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)

了對三相交流異步電機(jī)的高精度伺服控制。對交流異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)伺服控制是電機(jī)控制技術(shù)的一大突破，使得交流異步電機(jī)在發(fā)揮固有的優(yōu)勢的基礎(chǔ)上， 擴(kuò)展了應(yīng)用領(lǐng)域。

    伺服系統(tǒng)又稱為隨動(dòng)系統(tǒng)，它的基本功能就是按照指令要求實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制，使系統(tǒng)的輸出精確地跟隨指令值變化。其特點(diǎn)是：寬的調(diào)速范圍，轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向可控；線性的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性；快速響應(yīng)；無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象（零速鎖定）。

1.2交流伺服控制系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)控制的方式有：位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制以及混合控制，即 者之間的切換。近幾年來，伺服控制的優(yōu)勢已經(jīng)被 認(rèn)識，交流伺服技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到 應(yīng)用。

2  幾種電機(jī)控制方式的比較

2.1控制方式比較

2.2變頻和伺服控制輸出曲線

    從技術(shù)指標(biāo)和控制功能看，直流調(diào)速因電機(jī)自身的原因?qū)儆谔蕴夹g(shù)。而變頻調(diào)速和伺服控制不在一個(gè)技術(shù)層面上，變頻調(diào)速是小范圍、低精度的速度控制，且轉(zhuǎn)矩輸出特性較差，只能用于速度控制要求較低的場合。由于受到永磁材料和工藝的限制，同步伺服電機(jī)的功率范圍在幾十瓦到幾十千瓦，且價(jià)格較高。而交流異步伺服可控制的電機(jī)功率基本沒有限制，范圍很大，且控制功能和精度已經(jīng)達(dá)到了同步伺服的水平，在各行業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域，特別是中、大功率運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)有很好的應(yīng)用前景。

3  福贊交流異步伺服控制器

3.1技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

3.1.1采用滑差頻率矢量控制原理對三相交流異步電機(jī)進(jìn)行伺服控制。

3.1.2 

1、 系統(tǒng)級芯片SOC(System On a Chip) 技術(shù)。

    時(shí)光科技自主研發(fā)的SOC芯片，在32位RISC體系微處理器上嵌入LSI  Logic以及可編程數(shù)字I/O、RS-232、422/485通訊、D/A、A/D轉(zhuǎn)換、QMCL語言編譯器，電機(jī)矢量控制高速運(yùn)算器、對用戶開放的ROM和RAM、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(OS)等，提高了系統(tǒng)的性能指標(biāo)和可靠性，降低功耗和電磁干擾，減少所占PCB空間。    

3.1.3“軟伺服”技術(shù)

    支持該系統(tǒng)的軟件技術(shù)平臺是SOC的操作系統(tǒng)與系統(tǒng) 的快速運(yùn)動(dòng)控制QMCL語言（Quick Motion Control Language）

。QMCL語言是一個(gè)對用戶開放的電機(jī)控制軟件平臺，用戶只要了解被控電機(jī)的參數(shù)以及控制要求，就可以不改變系統(tǒng)硬件，開發(fā)所希望的目標(biāo)產(chǎn)品。

3.2主要性能和特點(diǎn)

3.2.1硬件構(gòu)成先進(jìn)可靠

l 采用 32位CPU對電機(jī)進(jìn)行全數(shù)字化控制。

l 功能齊全、可靠性高的一體化主控板。

l 優(yōu)化設(shè)計(jì)的模塊化功能電路。

l 功率模塊采用IGBT、IPM或智能化功率器件ASIPM。

l 電流、速度、位置三閉環(huán)系統(tǒng)。

l 內(nèi)置制動(dòng)單元。

3.2.2軟件功能完善靈活

l 具有內(nèi)部PLC功能，控制器可自成系統(tǒng)工作。

l CPU的E²PROM中可存儲多個(gè)程序，語句可達(dá)400條。

l  的「QMCL」語言，電機(jī)控制程序的編程簡單易學(xué)。可用PC機(jī)、編程器編程，程序可固化。

l 具有速度、位置、轉(zhuǎn)矩三種控制方式的標(biāo)準(zhǔn)程序，且三種方式可相互切換。

3.2.3控制功能 精確

l 速度控制精度±0.04%，調(diào)速范圍達(dá)1：25000。

l 位置控制精度±1p。

l 具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制功能，控制范圍0~300%電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，精度±5%。

l 在電機(jī)額定轉(zhuǎn)速以下恒轉(zhuǎn)矩輸出，額定轉(zhuǎn)速以上恒功率輸出。過載能力強(qiáng)， 大轉(zhuǎn)矩可達(dá)電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的三倍。具有低速大轉(zhuǎn)矩輸出、零轉(zhuǎn)速力矩保持功能。

l 可對轉(zhuǎn)矩、電流、輸入輸出及反饋頻率、I/O口狀態(tài)等參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測。

l 具有同步控制功能，對多臺控制系統(tǒng)進(jìn)行同步或跟隨控制。

l 具有加、減速度編程和控制功能。

l 迅速可靠的保護(hù)功能和故障指示、檢查信號。

3.2.4 I/O、通信接口豐富完備

l 具有RS232C ，RS422/RS485通信接口，Modbus通訊模塊，可由計(jì)算機(jī)、PLC等上位機(jī)進(jìn)行控制和狀態(tài)監(jiān)視。 多通訊連接15臺伺服控制器。

l 可編程數(shù)字輸入/輸出：16入/13出。

l 可編程模擬量輸入/輸出 2入/2出。

l 脈沖列指令輸入接口。  

l 雙PG方式控制器特有外部PG輸入接口。

3.2.5配套電機(jī)   

l 交流異步伺服電機(jī)安裝編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器，控制器即可對其位置、速度、加速度、轉(zhuǎn)矩進(jìn)行高精度控制。

l 可控制的伺服功率為100W～500kW。功率范圍大于交流同步伺服電機(jī)。

l 交流異步伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用、價(jià)格便宜、維護(hù)方便，其使用壽命長于交流同步伺服電機(jī)。

4  交流異步伺服電機(jī)伺服控制器的應(yīng)用

時(shí)光交流異步電機(jī)伺服控制器可應(yīng)用于需要對位置、速度、加速度和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制的各種領(lǐng)域。

4.1速度控制：

    時(shí)光伺服控制器的速度控制范圍為0～500 Hz，控制精度為0.01～0.02Hz，能夠?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行大范圍穩(wěn)定、準(zhǔn)確的高精度速度控制。在負(fù)載力矩變化時(shí)保持速度不變。時(shí)光伺服控制器控制機(jī)床主軸電機(jī)，有足夠的輸出轉(zhuǎn)矩，有定位功能，可以完成剛性攻絲功能。控制高速電主軸， 高轉(zhuǎn)速已達(dá)到12000r.p.m。時(shí)光伺服控制器控制要求低速變速的各種工作機(jī)械，在低速下大轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2位置控制：

    時(shí)光伺服控制器的位置控制精度為編碼器的±1個(gè)脈沖，位置控制范圍為4Byte脈沖數(shù)，時(shí)光伺服控制器可控制電機(jī)，對機(jī)床的進(jìn)給軸、主軸進(jìn)行精確的位置和定位控制。

4.3加速度控制：

    時(shí)光伺服控制器的加、減速度可通過系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定，還可以通過編程設(shè)定加、減速曲線。在要求平穩(wěn)啟、停和頻繁加、減速的設(shè)備和裝置，如電梯、飛剪等，時(shí)光伺服控制器得到 的應(yīng)用。

4.4 轉(zhuǎn)矩控制：

    時(shí)光伺服控制器在電機(jī)基頻以下的轉(zhuǎn)矩輸出可達(dá)到3倍額定轉(zhuǎn)矩，并能夠進(jìn)行控制。轉(zhuǎn)矩控制精度為±5%，且保持速度穩(wěn)定和位置準(zhǔn)確。時(shí)光伺服控制器在零轉(zhuǎn)速具有力矩保持功能，在特定的條件下可以取代制動(dòng)器。時(shí)光伺服控制器在力矩變化和需要張力控制的場合，發(fā)揮了其優(yōu)良的特性。時(shí)光伺服控制器對于低效設(shè)備，可 提高功率因數(shù)，節(jié)約了電能和維護(hù)費(fèi)用。

4.5 同步控制：

    使用時(shí)光雙PG伺服控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)主、從同步控制和外部PG同步控制。主、從同步控制是指以一套時(shí)光伺服控制器及電機(jī)為主機(jī)，以其PG信號作為其他控制器及電機(jī)（從機(jī)）的指令信號，實(shí)現(xiàn)從機(jī)跟隨主機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，可以通過電子齒輪參數(shù)設(shè)定跟隨的比例。外部PG同步控制是指以外部PG信號作為多套時(shí)光伺服控制器及電機(jī)的指令信號，實(shí)現(xiàn)多機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)。時(shí)光伺服控制器用于有準(zhǔn)確的同步控制需求的機(jī)械設(shè)備上，可以取代復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

時(shí)光交流異步電機(jī)伺服控制器已經(jīng)在各種機(jī)床（如：立車、龍門刨、落地鏜銑床、數(shù)數(shù)控鉆銑床等等）、高速電主軸、鋼筋切割、鋼管加工、油田抽油機(jī)、推鋼機(jī)、包煙機(jī)、漆包線收繞機(jī)、塑料機(jī)械、自動(dòng)焊機(jī)、電梯和旋轉(zhuǎn)門機(jī)、建筑機(jī)械、衛(wèi)星天線和陽光自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、集裝箱檢測系統(tǒng)、 和民用電動(dòng)車輛等設(shè)備的生產(chǎn)和改造中得到成功的應(yīng)