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伺服驱动器的作业形式与伺服驱动器的测验办法

发布时间:2021-08-29 06:13:37 来源:欧宝手机注册 作者:欧宝官方网址下载

 

  均选用数字信号处理器(DSP)作为操控中心,能够完成比较复杂的操控算法,完成数字化、网络化和智能化。功率器材遍及选用以智能功率模块(IPM)为中心规划的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,一起具有过电压、过电流、过热、欠压等毛病检测维护电路,在主回路中还参加软发动电路,以减小发动进程对驱动器的冲击。

  功率驱动单元首要通过三相全桥整流电路对输入的三相电或许市电进行整流,得到相应的直流电。通过整流好的三相电或市电,再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步沟通伺服电机。功率驱动单元的整个进程能够简略的说便是AC-DC-AC的进程。整流单元(AC-DC)首要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。

  伺服驱动器一般能够选用方位、速度和力矩三种操控办法,首要运用于高精度的定位体系,现在是传动技能的高端。跟着伺服体系的大规模运用,伺服驱动器运用、伺服驱动器调试、伺服驱动器修理都是伺服驱动器在当今比较重要的技能课题,越来越多工控技能服务商对伺服驱动器进行了技能深层次研讨。

  伺服驱动器是现代运动操控的重要组成部分,被广泛运用于工业机器人及数控加工中心等自动化设备中。尤其是运用于操控沟通永磁同步电机的伺服驱动器现已成为国内外研讨热门。当时沟通伺服驱动器规划中遍及选用根据矢量操控的电流、速度、方位3闭环操控算法。该算法中速度闭环规划合理与否,关于整个伺服操控体系,特别是速度操控功用的发挥起到要害作用。

  在伺服驱动器速度闭环中,电机转子实时速度丈量精度关于改进速度环的转速操控动静态特性至关重要。为寻求丈量精度与体系本钱的平衡,一般选用增量式光电编码器作为测速传感器,与其对应的常用测速办法为M/T测速法。M/T测速法尽管具有必定的丈量精度和较宽的丈量规模,但这种办法有其固有的缺点,首要包含:

  (2)用于测速的2个操控体系定时器开关难以严厉坚持同步,在速度改变较大的丈量场合中无法确保测速精度。因而运用该测速法的传统速度环规划方案难以进步伺服驱动器速度跟从与操控功用。

  伺服驱动器能够挑选的作业形式有:开环形式、电压形式、电流形式(力矩形式)、IR补偿形式、Hall速度形式、编码器速度形式、测速机形式、模仿方位环形式(ANP形式)。(以上形式并不悉数存在于一切类型的驱动器中)

  输入指令电压操控驱动器的输出负载率。此形式用于无刷电机驱动器,和有刷电机驱动器的电压形式相同。

  输入指令电压操控驱动器的输出电压。此形式用于有刷电机驱动器,和无刷电机驱动器的开环形式相同。

  输入指令电压操控驱动器的输出电流(力矩)。驱动器调整负载率以坚持指令电流值。假如伺服驱动器能够速度或方位环作业,一般都含有此形式。

  输入指令操控电机速度。IR补偿形式可用于操控无速度反应设备电机的速度。驱动器会调整负载率来补偿输出电流的改变。当指令呼应为线性时,在力矩扰动状况下,此形式的精度就比不上闭环速度形式了。

  输入指令电压操控电机速度。此形式使用电机上hall传感器的频率来构成速度闭环。因为hall传感器的低分辨率,此形式一般不用于低速运动运用。

  输入指令电压操控电机速度。此形式使用伺服电机上编码器脉冲的频率来构成速度闭环。因为编码器的高分辨率,此形式可用于各种速度的滑润运动操控。

  输入指令电压操控电机速度。此形式使用电机上模仿测速机来构成速度闭环。因为直流测速机的电压为模仿接连性,此形式合适很高精度的速度操控。当然,在低速状况下,它也简单遭到搅扰。

  输入指令电压操控电机的滚动方位。这其实是一种在模仿设备中供给方位反应的改变的速度形式(如可调电位器、变压器等)。在此形式下,电机速度正比于方位差错。且具有更快速的呼应和更小的稳态差错。

  国产伺服产品技能攻关大多数还逗留在牢靠性层面,只要牢靠的产品才干被商场认可,才干真实带给它的用户以价值。国产伺服牢靠性缺乏会集体现在电源不安稳、器材降额不行,这些不牢靠要素首要表现在要害器材的电应力和热应力的牢靠性,其次还有电磁扰动对电路功功用的影响,本文以一个事例的办法评论电源和器材应力。

  伺服体系最基本的功用是力矩、转速、方位的精确性以及呼应速度。凡是评论伺服功用,咱们有必要站在体系层面来评论,把电机功用包含在其间。本文在评论功用测验方面,给出了力矩呼应、速度呼应、定位精度和重复定位精度的测验办法。

  辅佐电源不只给操控芯片、驱动芯片、接口电路、风机供电,而且伺服驱动器给外部供给24V电源。所以开关电源短路维护功用尤为重要,咱们别离取最低电源电压(DC200V)、正常电源电压(DC311V)、最高电源电压(DC400V)三个点,测验辅佐电源的维护功用。

  测验时,辅佐电源输入通过调理直流调压器给定,将母线电源电压别离调理到DC200V、DC311V、DC400V,然后依此别离将输出短路,本文以5V,24V两路输出的一个实践产品为例评论。测验办法便是将其间一路短路,丈量别的一路输出。

  Topswitch器材VDS电压指集成PWM操控器内部IGBT漏极和源极之间的的电压,VDS超支是其损坏的首要原因之一,VDS直接影响伺服驱动器的牢靠性和寿数,测验办法是通过调压器调理辅佐电源输入电压,丈量VDS电压。输入电压越高,VDS电压越高,即在母线V)时,VDS电压最高,丈量这个最大值是否超支,可判别Topswitch电压应力是否合格。

  还有一种状况,辅佐电源输出短路时,VDS会特别高,需求判别短路时Topsweitch电压应力是否合格。

  辅佐源发动时刻对伺服产品牢靠性来说很重要,特别是对功率器材与功率器材驱动上电时序的影响很重要,在功率器材有必要确保在其驱动器材上电好今后才干上电,只要这样才干确保在上电或断电进程中功率器材不会有误动作,避免直臂导通等严峻的短路毛病。

  在本例中,输入沟通220VAC时,测验得到5V输出发动延时为180ms,小于IPM上电发动时刻,能够确保IPM驱动芯片先作业,IPM内部IGBT后作业,能够避免上电短路等毛病。延时波形如图2-3所示:

  (2)输出电压纹波测验:别离在不同母线电压状况下测验满载电压状况下纹波如表2-5所示(单位:mV)

  5、母线)整流推迟和整流电路发动对电网的冲击都是很要害的问题,本规划整流电路发动波形如图2-4所示,发动延时时刻为125ms,满意要求。

  (2)图2-4能够反映储能电容充电时刻,从安全等视点来讲,放电时刻也是很要害的。本规划电容放电波形如图2-5所示,电容放电时刻为7s,满意要求。

  IPM内部IGBT的注册与关断波形直接影响到IPM作业的牢靠性,假如注册和关断时刻太长,必定有两种状况产生,一是上下开关管直臂导通形成短路毛病,二是IGBT的注册和关断损耗导致IPM发热严峻,长时刻作业不只会对伺服驱动器以外的产品形成影响,而且直接影响IPM寿数。

  作为一个产品,运用者最关怀的是产品的牢靠性,牢靠性不只仅包含了产品各个器材的电应力,也包含了热应力,研讨每个发热元件的温升显得尤为重要。

  温升便是被测元件温度与环境温度的差值,本产品界说最高的作业环境温度为45℃,本试验是在环境温度22.5℃下测验。由热学基本知识能够知道,在环境温度为45℃时的元件温度便是45℃加常温下的温升。测验证明,本规划中整机下半部分模块发热不会对上半部分空间器材发热产生影响,开关电源部分的器材发热量空载与满载不同不大。各个要害元件温度与最大温升如下表2-6所示,最高温升26.8度,彻底满意规划要求。(单位为摄氏度)

  测验办法:把被测方针电机和电机轴固定设备(径向可旋转,也能够固定,类似于机床常用的分度头)安定的固定在试验台上,而且确保电机轴和固定设备中心同心,把电机轴用固定设备固定,如图3-1所示。伺服使能,旋转固定设备,使U相电流最大,U相电流能够反映力矩巨细。在阶跃的力矩指令输入条件下,U相电流的树立时刻即可反映力矩呼应时刻。

  速度带宽测验办法:调整伺服驱动器参数使电机空载呼应功用最佳,将最大转速约束在3000RPM,电流设定为电机额定电流。用函数信号产生器发一个频率依照正弦规则改变的脉冲信号,逐渐加大输入信号正弦改变的频率,当电机堵转时正弦改变的频率界说为伺服驱动器速度呼应频率,速度带宽测验渠道结构示意图如图3-2所示。

  加快功用测验办法:选用阶跃呼应的测验办法,本例中便是直接给一个2500转的转速,用示波器调查电机里电流波形。如图3-3所示,本例中整个加快到安稳的时刻小于30ms。

  伺服驱动器操控沟通永磁同步伺服电机终究定位点和方针值的静态差错称为定位精度。重复定位精度是在相同转速和加减速条件下电机旋转必定视点,接连得到成果的误差程度。

  1) 测验脉冲的发送频率定为500hz,产生周期为3s,即每隔3s发送1500个脉冲,此刻伺服驱动器的电子齿轮比为100/3;则正转10转,然后回转10转中止(通过电子齿轮变速后电机每转1圈需求,10000个脉冲,电时机每隔3秒转半圈),电机轴与墙面直接的间隔是3m,激光笔投射到墙面上的最大误差为2mm,通过屡次测验其成果共同。使用三角函数联系能够算出误差视点,再以360对应300脉冲,核算成果是定位精度小于1个脉冲。即伺服电机定位精度为1个脉冲,满意规划要求。

  2) 测验脉冲的发送频率定为500hz,产生周期为3s,即每隔3s发送1500个脉冲,此刻伺服驱动器的电子齿轮比为100/3;则正转10转,然后回转20转中止,电机轴与墙面直接的间隔是3m,激光笔投射到墙面上的最大误差也为2mm,通过屡次测验其成果共同。核算成果是定位精度小于1个脉冲。即伺服电机重复定位精度为1个脉冲,满意规划要求。

  回忆国内对伺服技能的研讨现已很挨近国外水平,但这些研讨成果多逗留在理论层面,没有产品化。国产伺服驱动器的开展因为起步晚,还逗留在对牢靠性、抗搅扰性考量的层面,对功用的研讨才逐渐成为国产伺服驱动器开发厂家的课题。跟着电子器材的开展、电子加工技能的开展,以及国产伺服厂家的生长,信任牢靠性更高、功用更优秀、功用更强壮的伺服驱动产品会呈现。

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