数控的技术伺服学习教案

1、会计学1数控的技术数控的技术(jsh)伺服伺服第一页，共19页。 当当C（饱和值不变时），若（饱和值不变时），若f1减小，必须使减小，必须使U减减小，即保持小，即保持 （常数）否则，当（常数）否则，当f1减小，减小，U不变化不变化时，使定子，使定子铁芯处于过饱和状态，可能过热烧时，使定子，使定子铁芯处于过饱和状态，可能过热烧坏电机。坏电机。 即即C，使绕组中电流，使绕组中电流I2不变，从式不变，从式T=Cm I2 cos，TC，为恒转矩调速。，为恒转矩调速。CfU1 当当f1 50HZ，若仍维持，若仍维持 ，必然使，必然使U超过额定值，超过额定值，这是不允许的。这是不允许的。通常当通常当f1

2、50HZ时，使时，使U=C，当，当f1增大时，增大时，减小，由于减小，由于感抗增加，绕组中电流感抗增加，绕组中电流I2减小，使输出转矩减小，使输出转矩T减小。当减小。当n增增大输出功率大输出功率P保持不变，近似为恒功率调速。保持不变，近似为恒功率调速。CfU 1第1页/共19页第二页，共19页。 （010V）信号经）信号经V/F变换变换 脉冲信号脉冲信号计数分频器中有计数分频器中有（0359）360个数码，每二个数码，每二进制码对应进制码对应1，用于，用于EPROM地址选择。地址选择。 EPROM存放存放(cnfng)正弦正弦波形，波形，360个波形值（个波形值（1对应对应一个值）计数分频器从

3、一个值）计数分频器从0计到计到360后从零重新开始。计满后从零重新开始。计满360正正好取出一个正弦的波形值（从好取出一个正弦的波形值（从EPROW D/A 正弦正弦波波A、B、C相位角相差相位角相差120。 正弦波的幅值和频率保持一定的比例关系，幅值通过计算机来实正弦波的幅值和频率保持一定的比例关系，幅值通过计算机来实现。现。微机微机(wi j)(wi j)控制的控制的PWMPWM实现实现第2页/共19页第三页，共19页。6.5 交流交流(jioli)伺服电机的矢量控制伺服电机的矢量控制 异步电机的矢量变换异步电机的矢量变换(binhun)控制控制，是一种新的控制理论方法，作用是使，是一种新

4、的控制理论方法，作用是使异步电机能像直流电机那样，实现磁通异步电机能像直流电机那样，实现磁通小转矩的单元小转矩的单元 控制，获得好的控制特性控制，获得好的控制特性。若异步电机的三相固定定子绕组。若异步电机的三相固定定子绕组A、B、C上，通以三相正弦平衡交流电上，通以三相正弦平衡交流电iA 、iB、iC时，就形成了定子旋转磁场时，就形成了定子旋转磁场Fs，其旋转方向决定于三相电流的相序，其旋转方向决定于三相电流的相序，旋转角频率三相电流角频率旋转角频率三相电流角频率s。三相异步电机可用右图固定两相绕组三相异步电机可用右图固定两相绕组D、Q异步电机来等效，角频率异步电机来等效，角频率s定子旋定子旋

5、转磁式转磁式Fs，但要满足条件为：，但要满足条件为：第3页/共19页第四页，共19页。CBAQDiiiii43sin32sin2sin43cos32cos0cos32(618)tIisAAcos2)32cos(2tIisAB)32cos(2tIisAc(619)若若则则tIisAsin3tIisADcos3(620) 式式(618)的系数矩阵为三相固定绕组两相固定绕组的变换矩阵，的系数矩阵为三相固定绕组两相固定绕组的变换矩阵，若右图中两个若右图中两个(lin )对称且相互垂直的绕组对称且相互垂直的绕组M、T，分别通，分别通以电流以电流IM和和IT且且M、T，以，以s 转，同时满足转，同时满足:

6、iiiiDssssTMcossinsincos(621)第4页/共19页第五页，共19页。 上式说明，只需旋转绕组上式说明，只需旋转绕组M、T的的M绕组中通以直流电流绕组中通以直流电流 ，即可使其与两相固定绕组，即可使其与两相固定绕组P、Q的异步电机完全的异步电机完全(wnqun)等效，也与等效，也与A、B、C三相固定绕组异步电机完全三相固定绕组异步电机完全(wnqun)等效。等效。M、T旋转旋转绕组的旋转磁式绕组的旋转磁式Fs等于电流等于电流im流过流过M相绕组所产生的磁式。相绕组所产生的磁式。 式式(621)系数矩阵为两相固定绕组异步电机系数矩阵为两相固定绕组异步电机M、T旋转绕组电机旋转

7、绕组电机的变换矩阵。的变换矩阵。 AMIi3将式将式(620)值代入式值代入式(621)003ATMIii第5页/共19页第六页，共19页。 将三种绕组的电机的矢量图画在一起，当固定的将三种绕组的电机的矢量图画在一起，当固定的A、B、C三三相相(sn xin)绕组通以式绕组通以式(619)的三相的三相(sn xin)交流电时，在交流电时，在同步旋转的同步旋转的M、T绕组的绕组的M中有一个与之对应的直流电流中有一个与之对应的直流电流 。AMIi3由电机学可知，异步电机工作时，三相定子电流包含两个由电机学可知，异步电机工作时，三相定子电流包含两个(lin )分量，一个是产生磁势的励磁电流分量，另一

8、个是产生转矩分量，一个是产生磁势的励磁电流分量，另一个是产生转矩的电流分量。的电流分量。 等效直流等效直流im可分解为产生气隙磁通的可分解为产生气隙磁通的m的励磁的励磁(l c)电电流分量流分量I和产生转矩和产生转矩T的转矩电流分量的转矩电流分量IT。A,DTTCBQMM-ITiQ-iCiBiCiaDMSIMiDQiT第6页/共19页第七页，共19页。Im及及IT可视为与可视为与M、T绕组绕组(roz)同步旋转的另一个同步旋转的另一个M、T旋转绕组旋转绕组(roz)所通过的两个直流电流。所通过的两个直流电流。M、T中所通过的直中所通过的直流电流流电流Im 、IT与与iD、i的关系为的关系为(6

9、24)QDCBAiiiii232123210132TmDIIii1111cossinsincos(622)MTIIarctg式中：式中：1 s ,负载角负载角 上式为上式为M、T旋转绕组列旋转绕组列D、Q固定固定(gdng)绕组的变换矩阵绕组的变换矩阵QDTMiiII1111cossinsincos(623)为为D、Q固定绕组固定绕组(roz)列列M、T旋转绕组旋转绕组(roz)的变换矩阵同样可得的变换矩阵同样可得D、Q两相固定绕组两相固定绕组(roz)列列A、B、C三相固定绕组三相固定绕组(roz)的变换矩阵。的变换矩阵。第7页/共19页第八页，共19页。矢量变换原理如下：矢量变换原理如下：

10、 由所求的气隙磁通由所求的气隙磁通m确定电流确定电流I，由，由m及所要求的转矩及所要求的转矩T确定转子电确定转子电流流IT。经过。经过Im1IT iD 、iQ iA 、iB、 iC的变换的变换 即可得到即可得到(d do)三相电流三相电流iA、iB、iC的瞬时值的瞬时值,以此作为定子三相电流的给定值对三相异以此作为定子三相电流的给定值对三相异步电机进行控制。由于步电机进行控制。由于Im、IT可单独调节，从而就调节了三相电流的可单独调节，从而就调节了三相电流的瞬时给定值。即是异步电动机控制只有直流电机同样的灵活性，且有良好瞬时给定值。即是异步电动机控制只有直流电机同样的灵活性，且有良好的动态控制

11、性能。的动态控制性能。第8页/共19页第九页，共19页。交流交流(jioli)伺服电机的矢量控制变频调速系统伺服电机的矢量控制变频调速系统 由电压型由电压型PWM逆变器组成的交流异步电机的变频调速系统，逆变器组成的交流异步电机的变频调速系统，由主电路由主电路(dinl)及矢量控制电路及矢量控制电路(dinl)组成。组成。 气隙磁通给定值气隙磁通给定值 与实际值与实际值m比较励磁电流调节励磁电比较励磁电流调节励磁电流给定值流给定值 。转矩给定值。转矩给定值T(m np)， (转子电流给定值转子电流给定值 ) 。 、 与与 、 (实际值实际值)比较之后比较之后 M、T变换变换到到P、Q绕组绕组 、

12、 矢量分析器。矢量分析器。*TI *MI*TI MITI*Di*Qi*m *TImI第9页/共19页第十页，共19页。 、 A、B、C轴系轴系 、 、 与与波产生波产生PWM逆变逆变器开关元件的控制信号脉冲。器开关元件的控制信号脉冲。*DU*QU*AU*BU*CU*SQDRRR DDDDRidtdU* QQQQRidtdU* sin(s)、cos(s)由矢量分析器算出。由矢量分析器算出。 、 微分微分器器 、 ，即，即 *DU*QU*Di*Qi定子每相电阻质定子每相电阻质D 、Q定子定子(dngz)磁通在磁通在D、Q系上的分量系上的分量第10页/共19页第十一页，共19页。第11页/共19页第

13、十二页，共19页。另一方面，将另一方面，将iD、iQ经经D、Q系系 M、T系的变换，求出系的变换，求出IM、IT作为给定值作为给定值 、 的反馈比较量。的反馈比较量。*MI*TI 将三相电压和电流的实测值经三相将三相电压和电流的实测值经三相 两相变换两相变换 UD UQ及及iD、iQ，同时，同时(tngsh)将将UD、UQ及及iD、iQ逆入积分器积分逆入积分器积分 ： dtiRdtUDSDD* dtiRdtUQSQQ* (625)22QDm DQs 1sin)sin(MDs 1cos)cos(626)第12页/共19页第十三页，共19页。6 6）当）当nnennenne时是恒功率时是恒功率(g

14、ngl)(gngl)调速调速。 当给定的当给定的 、 和外界负载均一定时，电动势的转速和外界负载均一定时，电动势的转速也是恒定的，但当负载变化时，电动机的转速随之波动，若也是恒定的，但当负载变化时，电动机的转速随之波动，若要求调整的速度在恒速下运行，加一个测速反馈回路。要求调整的速度在恒速下运行，加一个测速反馈回路。*m *T 用数字方式用数字方式(fngsh)实现对交流伺服电动机控制称之为实现对交流伺服电动机控制称之为“全数全数字伺服系统字伺服系统”。全数字系统全数字系统(xtng)的特点：的特点： 1 1）可以使用电动机四象限运行（绝大多数双向晶闸管的最）可以使用电动机四象限运行（绝大多数

15、双向晶闸管的最高触发灵敏度在第一、三象限。触发灵敏度较差的是第二象限高触发灵敏度在第一、三象限。触发灵敏度较差的是第二象限，最差的使第四象限）；，最差的使第四象限）；2 2）可以连续正、反启动；）可以连续正、反启动； 3 3）转矩对电流的变化响应快，转矩上升时间）转矩对电流的变化响应快，转矩上升时间10ms10ms，电动机速度，电动机速度响应快，无振荡现象发生；响应快，无振荡现象发生；4 4）低速运行平稳；）低速运行平稳；5 5）零速时也能达到最大转矩；）零速时也能达到最大转矩；第13页/共19页第十四页，共19页。1.控制控制(kngzh)原理原理 转子：用永磁材料做成（稀土永磁合金），最大

16、磁转子：用永磁材料做成（稀土永磁合金），最大磁 是缺氧体的是缺氧体的12倍，铝镍钴倍，铝镍钴 合金的合金的8倍，倍， 钴永磁合金的钴永磁合金的2倍，且价格低倍，且价格低1314。 交流永磁伺服电机的矢量交流永磁伺服电机的矢量(shling)(shling)控制控制 定子定子(dngz)：内有三相绕组，：内有三相绕组，与普通感应电动机相同，多边形与普通感应电动机相同，多边形无外壳，易于散热。无外壳，易于散热。 交流永磁式伺服电机是同步电动交流永磁式伺服电机是同步电动机，转子的速度与定子的旋转磁机，转子的速度与定子的旋转磁势同步，没有转差率势同步，没有转差率s。第14页/共19页第十五页，共19页

17、。 工作原理：当定子三相绕组通上交工作原理：当定子三相绕组通上交流电源后，就产生了一个旋转磁场，流电源后，就产生了一个旋转磁场，这个旋转磁场用一对旋转磁极加以表这个旋转磁场用一对旋转磁极加以表示。当定子旋转磁场以同步速度示。当定子旋转磁场以同步速度ns 如如图示转向旋转时，把根据图示转向旋转时，把根据N、S极互相极互相吸引的原理，定子旋转磁极与转子永吸引的原理，定子旋转磁极与转子永久磁性久磁性(cxng)紧紧吸住，并带着转子紧紧吸住，并带着转子一起旋转。由于转子是由旋转磁场带一起旋转。由于转子是由旋转磁场带着转的，显然转子速度与着转的，显然转子速度与ns同步。当同步。当转子上负载转矩增大，转子

18、上负载转矩增大，增大，负载增大，负载转矩减小，转矩减小， 减小，只要负载不超过减小，只要负载不超过一定的限度，转子始终跟着定子磁场一定的限度，转子始终跟着定子磁场的恒速的恒速ns转动，转子转速转动，转子转速 。min)/(60rpfnns 第15页/共19页第十六页，共19页。 转子磁通转子磁通r，定子磁通，定子磁通s合成向量为合成向量为，当，当r与与s垂直时垂直时，产生最大转矩。电流和磁通是同方向的忽略绕组的有效匝，产生最大转矩。电流和磁通是同方向的忽略绕组的有效匝数因素，定子电流矢量数因素，定子电流矢量 与与s同向且垂直于同向且垂直于r(rC)。sI 转子位置角转子位置角可由转子轴上的检测

19、装置检出，定子可由转子轴上的检测装置检出，定子(dngz)电流幅值电流幅值Is与定子与定子(dngz)相电流的关系为：相电流的关系为： sin)90cos(ssAIIi)32sin(sCIi)32sin(sBIi(627)第16页/共19页第十七页，共19页。 ， ，sinA)32sin(B)32sin(C 定子电流幅值定子电流幅值Is由速度给定值由速度给定值 和速度反馈和速度反馈Vp之差之差 数数字字PID调节器求出的。由检测装置测出的调节器求出的。由检测装置测出的角可直接算出定角可直接算出定子电流的正弦函数值。子电流的正弦函数值。A、B、C，即，即*pV转矩转矩TdKm Is (Ks比例比例(bl)系数系数) 从式从式(627)即可求的即可求的