交流伺服电机快速准确定位的有效方法.doc

交流伺服电机快速准确定位的有效方法 lt;电气自~)2007年第29卷第2期伺服控制系 ServoControlSystems 交流伺服电机快速准确定位的有效方法 EffectiveMethodsofFastandAccuratePositioningofAlternatingServo Motor 武汉工程大学电气信息学院(湖北武汉430074)江卫华文小玲 ————一 竺!竺!竺曼竺!兰:!!量!!!墨 摘要:文章讲述了交流永磁同步电机位置伺服系统控制过程,分析了位置闭环系统在减速过程中易造成定位误差较大的原因,给出了 分段线性减速的控制算法.利用微机强大的控制功能,实施了变结构控制思想,从而有效地提高了伺服系统的定位精度,满足了 实际需要. 关键词:伺服电机分段减速变结构定位 Abstract:ThecontroHingprocessofACpermanent—magnetsynchronousmotorpositionsystemispresented.Thereasonoflargepositioningerror producedindecelerationinclosed—loopsystemisanalyzed.Thereisalsocontrolalgorithmofpiecewiselinear. Theideaofvariable structurecontrolisrealizedbymeansofstrongaontrolofmicrocomputer.Thus,positioningaccuracyofservosystemisimprovedef- fectively,whichsatisfiespracticalrequirements. Keywords:s4~rvomotorpiecewisedecelerationvariablestructurepositioning 【中图分类号】TM921.541【文献标识码】A【文章编号】1000.3886(2007)02—0006—03 目前,伺服系统主要用于位置控制,诸如数控机床,纺织机械, 激光加工等领域.伺服电机的定位精度直接影响到工件的加工质 量.特别是在高速加工中,一方面由于进给速度很快,必须要求各 坐标轴能在高速行程中瞬问停准.另一方面,各坐标轴启停频繁. 因此,缩短运动部件启停的过渡过程时间,也具有重要的意义.如 何保证伺服系统在稳态误差为零的前提下,实现以过渡过程时问 最短为目标的最优控制,使各坐标轴具有满足高速加工要求的准 确定位特性,已成为现代数控系统研究开发中亟待解决的关键问 题之一.为此,本文针对交流永磁同步电机所构成的伺服系统,分 析了闭环控制过程中采用常规控制算法导致系统定位精度误差较 大的原因,提出了分段线性减速并以开环方式准确定位的方法,并 通过定位实验证明设计的合理性. 1交流伺服电机的位置闭环系统 交流永磁同步电机用于位置闭环系统比其它电动机优越,它 由一个单脉冲起动,而所有后续脉冲都是由安装在电机后部的光 电编码器产生的,控制的目的就是要在尽可能短的时间内将给定 的负载从一个点移到一个固定的终止位置.其控制器由四部分功 能电路组成:一个方向检测电路,一个脉冲计数电路,一个时间延 迟电路和一个阻尼电路.方向检测电路确保在电机实际运行的每 一 步内只有一个脉冲送入电机驱动器,并确保电机按正确的方向 转动.脉冲计数电路由两个减法计数器组成:一个用于计算加减 速距离;另一个用于计算总距离.延迟电路使每一个反馈脉冲延 迟一个给定的时间,保证从控制器产生脉冲链传至驱动器时,不会 丢失一个脉冲.阻尼电路提供两个间隔可调的脉冲.减少电机每 次运行终了时转子的震荡.随着电力电子和数字控制技术的发 6lElectricalAutomation 展,特别是采用微机进行控制,很多硬件都在软件化,而某些不可 以软件化的部分又都可以集成化和模块化,因而强化了控制能力, 而且可以用智能控制思想. 根据对不同运行阶段的控制,一个典型的位置控制系统就可 以分成四个阶段:第一阶段是运动系统升速,其中心任务就是尽力 保证电机能输出起动转矩;第二阶段是稳速运行阶段,这时的主要 任务是保持实际转速和给定转速一致;第三阶段是制动阶段,主要 任务是尽可能保证电机输出其制动转矩;第四阶段是定位阶段,中 心任务是保证系统的定位精度.它是在传统调速基础上增加位置 调节器作为外环.图1是位置闭环伺服系统的控制方块图: )—二三竺=s) 图1位置闭环伺服系统控制方块图 图中,R(s)代表相应的指令位置,C(s)代表电机转过的距离. 其中,当速度调节器采用PI控制时,在位置环截止频率远小于速度 环截止频率时,速度环的闭环传递函数可以等效为一个惯性环节, 即G2(s)