交流伺服系统的控制回路和伺服控制器讲解.ppt

第6章 交流伺服系统的控制回路和伺服控制器 交流伺服放大器可认为是由控制回路和主回路两大部分组成。主回路部分主要由功率变换器的功率开关器件及其驱动部分组成；控制回路主要由电流控制器、速度控制器和位置控制器以及与其相应的基准信号产生、反馈信号的检测、处理电路等组成。本章将重点介绍相关电路和各被控变量的控制器。 6.1 交流伺服系统控制回路的组成 6.2 交流伺服控制器 6.4 数字化交流伺服系统 6.1 交流伺服系统控制回路的组成 6.1.1 转子磁极位置检测电路 6.1.2 正弦波产生回路 6.1.3 直流→正弦(DC→SIN)变换回路 6.1.4 正弦波PWM电路 6.1.5 位置和速度检测回路 6.1.6 电流检测 6.1 交流伺服系统控制回路的组成 6.1 交流伺服系统控制回路的组成 众所周知，在DC伺服电动机中，励磁磁场和电枢电流在空间上正交，并且可以分别独立控制。在保持磁场不变的情况下，电动机所产生的电磁转矩和电枢电流成正比，改变施加于电枢两端的电压就可以调节电动机的速度。现将DC伺服电动机控制系统的框图示于图6-1，以便与下面将要说明的AC伺服电动机控制系统相比较。 图6-1 DC伺服电动机控制系统框图 6.1 交流伺服系统控制回路的组成 永磁交流伺服电动机控制系统框图如图6-2所示。 图6-2 永磁AC伺服电动机控制系统框图 6.1 交流伺服系统控制回路的组成 比较DC与AC伺服控制系统可大致看出，DC伺服电动机只控制单相电枢回路，而AC伺服电动机则控制三相电枢绕组。由于永磁式AC伺服电动机的结构特点，AC伺服系统还必须具有检测转子磁极位置的电路、正弦波产生电路、DC-SIN变换电路、速度检测电路等，而这些电路除速度检测电路外，在DC伺服电动机控制中是没有的。下面就这些特有的电路逐个加以介绍。 6.1.1 转子磁极位置检测电路 为了使电枢电流所产生磁场的方向与转子上永磁体产生的磁通方向在空间上正交，必须正确地检测出磁极的位置，并以此作为基准，通过控制电枢电流相位以实现定、转子磁场空间正交。 为了满足正弦波的相位条件，转子磁极位置检测电路接受来自编码器的转子位置信息，然后变换成容易为后面的正弦波发生电路所读取的形式。这里，采用绝对式光电编码器来检测磁极位置。如果编码器是8位绝对式编码器，它转一周则送出256个编码信号，把该码变换成表6-1所示的纯二进制数。而后，把各位信息所表征的信号取出来，送到正弦波发生电路。只要把某一绝对位置作为磁极的初始位置，以此为基准来控制电枢电流正交就可以了。 6.1 交流伺服系统控制回路的组成 表6-1 对应转子旋转角的各位状态 转子旋转 位信号 1/256 2/256 4/256 … 254/256 255/256 1 27 0 0 … 1 1 0 26 0 0 0 … 1 1 0 25 0 0 0 … 1 1 0 24 0 0 0 … 1 1 0 23 0 0 0 … 1 1 0 22 0 0 0 … 1 1 0 21 0 1 1 … 1 1 0 20 1 0 1 … 0 1 0 6.1 交流伺服系统控制回路的组成 6.1.2 正弦波产生电路 该电路的任务是产生以转子位置为相位的正弦波，主要是由ROM(只读存储器)构成。 在ROM中，像表6-2所示那样，对应各不同地址写入相应的数据。在连接的地址母线上，当确定地址的二进制数输入的时候，把对应的数据运送到数据母线附近。这时，如输入读出命令的话，就把数据运载到数据母线上。利用这种特性，如果是2极电动机，把对应转子的一转记为正弦波一个周期。如果是4极电动机，对应于半转就记为正弦波一个周期。在产生正弦波的波形时还应该注意到，电动机是三相的，每相之间有120°的相位差。 实际上，由于UV＝-(UU＋UW)，这样就可以很方便地通过模拟运算求出UV。 表6-2 ROM的内容 地址号 内容 0 数据 0 1 数据 1 2 数据 2 3 数据 3 … … 254 数据 254 255 数据 255 6.1 交流伺服系统控制回路的组成 表6-3表示的是U相正弦波数据转移表，表6-4表示的是W相正弦波数据转移表。把一个正弦波周期的地址用00H～FFH(16进制)表示。振幅的最大值为FFH，最小值为00H，根据计算机计算出各自对应的数据，就是写入ROM中的值。ROM的连线如图6-3所示。 图6-3 ROM的连接 6.1 交流伺服系统控制回路的组成 图6-4和图6-5中，由于是