认知交流电动机及驱动器的交流特性

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：伺服电动机的精度决定于编码器的精度（线数）。该伺服电动机及各部件名称如图2-60所示。

1.永磁交流伺服系统概述

伺服电动机又叫执行电动机，在自动控制系统中用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服电动机分为直流和交流两大类，其中交流伺服电动机是无刷电动机，分为同步和异步两种，目前我们使用的一般都是同步电动机，它的功率范围大，可以做到很大的功率，惯量大，因而适合低速平稳运行的应用。当前高性能的大多采用永磁式同步伺服电动机，控制驱动都采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。

伺服电动机内部的转子是永久磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电动机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电动机的精度决定于编码器的精度（线数）。

伺服驱动器控制交流永磁伺服电动机（PMSM）时，可分别工作在电流（转矩）、速度、位置控制方式下。系统的控制结构框图如图2-59所示。系统基于测量电动机的两相电流反馈（Ia、Ib）和电动机位置。将测得的相电流（Ia、Ib）结合位置信息，经坐标变化（从a，b，c坐标系转换到转子d，q坐标系）得到Id，Iq分量，分别进入各自的电流调节器。电流调节器的输出经过反向坐标变化（从d，q坐标系转换到a，b，c坐标系）得到三相电压指令。控制芯片通过这三相电压指令，经过反向、延时后，得到6路PWM波输出到功率器件，控制电动机运行。

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图2-59　系统的控制结构框图

伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，其优点是可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路，IPM内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。

智能功率模块（IPM）的主要拓扑结构是采用了三相桥式电路，利用了脉宽调制技术即PWM（Pulse Width Modulation），通过改变功率晶体管交替导通的时间来改变逆变器输出波形的频率，改变每半周期内晶体管的通断时间比，也就是说通过改变脉冲宽度来改变逆变器输出电压幅值的大小以达到调节功率的目的。

由图2-59可知，伺服系统用作定位控制时，位置指令输入到位置控制器，速度控制器输入端前面的电子开关切换到位置控制器输出端，同样，电流控制器输入端前面的电子开关切换到速度控制器输出端。因此，位置控制模式下的伺服系统是一个三闭环控制系统，两个内环分别是电流环和速度环。变换后的电流信号对智能功率模块（IPM）逆变器进行控制，使伺服电动机运行。

三闭环控制的系统，从结构上提高了系统的快速性、稳定性和抗干扰能力。在足够高的开环增益下，系统的稳态误差接近为零，因而对给定位置信号具有良好的跟随能力。此外，这种结构也使得伺服系统具有位置控制、速度控制、转矩控制、位置/速度控制等控制方式。其中在YL-335B中只使用了位置控制模式，这种控制模式根据从上位控制器（PLC）输入的位置指令（脉冲串）进行位置控制，是最基本和常用的控制模式。

2.认知松下MINAS A5系列AC伺服电动机及驱动器

在YL-335B的输送单元上，采用了松下MSME022G1U永磁同步交流伺服电动机，及MADHT1507E全数字交流永磁同步伺服驱动装置作为运输机械手的运动控制装置。

MSME022G1U的含义：MSME表示电动机类型为低惯量，02表示电动机的额定功率为200 W，2表示电压规格为200 V，G表示编码器为增量式编码器，脉冲数为20位，分辨率为1 048 576，输出信号线数为5根线。

该伺服电动机及各部件名称如图2-60所示。

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