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复杂的多轴伺服控制系统,如何实现永磁交流伺服电机同步精密运动控制?

2018-10-09 16:39:23 技术知识

 

         自动化精密制造推动了当今许多高科技设备的发展和广泛使用。时尚精美的手机仰赖复杂的金属加工工艺和精细表面处理能力来生产机械元件制造所需的芯片和模具。手机中微小但强大的电子器件的生产,则要依靠自动化IC晶圆处理和精密线焊设备。

       ; 大型设备同样需要高精度和高质量表面处理。例如,现代喷气发动机依赖精细平衡和精密匹配的涡轮叶片来实现高燃油效率和安静工作。先进的电子控制和形状复杂的精密发动机部件可优化燃烧过程,提高汽车发动机的燃油效率。
 
         铣床沿预定路径移动高速旋转的切割工具,对固体金属块进行切削,从而生产金属制品部件。精密加工是一个多步骤过程,先是粗略切削,然后经过多道精细切削才能达到要求。多个电机驱动进给主轴和多个丝杠来定位工具头。电机位置与速度的功率和刚度决定了支持特定表面处理精度水平的最大切削速率。

         因此,高性能电机驱动器可提高切削速率或减少切削次数,从而直接影响到铣削过程效率。每次操作都选择最佳运动方案,以及尽量缩短刀具更换时间,同样可以提高生产率和能效。生产质量取决于丝杠的精度和电机驱动轴位置与速度控制。最新铣床有五个或更多的控制轴,支持以最少的工件设置操作次数加工出复杂的形状。

        大批量生产线所用的专用加工中心甚至包括更多的伺服驱动器,支持多个金属加工并行操作和类机器人功能,使加工过程实现完全自动化。机器设计人员面临的挑战是如何让多个伺服驱动轴的操作和运动方案同步,从而在维持产品质量不变的同时,使机器吞吐效率最大化。
 
细密中长跑管控
 
        控制现代工厂所用自动化机器的各种元件如图1所示。中央数字控制器(CNC)或可编程逻辑控制器(PLC)管理机器操作,并且为机器中每个伺服电机轴产生运动轨迹规划。每个伺服驱动器包括多个控制环路来管理机械系统动态特性、电磁扭矩产生和电路动态特性。各控制元件的性能对机器吞吐效率和表面处理质量至关重要。

        计算机辅助制造(CAM)工具根据产品图纸、材料特性、机器和刀具能力,产生成品所需的机加工操作组合运动方案。然后,由自动化机器执行这些方案来制造产品。
复杂的多轴伺服控制系统,如何实现永磁交流伺服电机同步精密运动控制?
图1. 手动化刷卡机保持设备
 
是怎样进行同部
 
         该怎么能多轴步进驱动器三相电机马达管控操作系统中保持磁悬浮轴承讨论会步进驱动器三相电机马达三相电机马达同时高精密活动?完整性的广州POS机管控作用例如很多级联管控环路。考虑一下梯形丝杆(在将360度旋转变化为线型活动)出具的机械传动器,CNC将广州POS机面积(x、y和z)活动手机设置转成为每一位三相电机马达轴的(θ或ω)活动手机设置。每样活动手机设置由时段中的的区域或速度慢慢集合的概念来定议。轴间的时序同时愈来愈极为重要,是因为时序不确定度对一款轴的不良影响与的区域和速度慢慢不确定度想同。
 
         伺服驱动器速度环路的功能是计算跟随目标速度曲线所需的电机扭矩指令(T*)。成品的精度和表面质量取决于机器能否精确地引导切削工具沿目标路径移动。 机加工操作的挑战在于金属切削过程是非连续的,因为材料以碎片形式脱落,因此,伺服驱动负载也会迅速变化。速度环路必须能够在切削操作中维持恒定的速度而不受负载变化的影响,并且在刀具更换操作中能够迅速响应速度指令。

         低速时的控制质量高度取决于位置反馈的分辨率,因为需要高采样速率微分器来产生高动态速度信号。机床驱动所用的精密编码器采用快速模数转换器在编码器计数之间插值,以提供更高的分辨率。例如,一个4096线编码器采用简单的数字接口时,可提供14位/转的位置分辨率,而采用插值方法时,其分辨率至少可扩展至22位/转位置分辨率提高到22位之后,在4位速度分辨率和1 RPM的条件下,采样速率可达4 kHz,而之前在4位速度分辨率和60 RPM的条件下,采样速率只有1 kHz。
复杂的多轴伺服控制系统,如何实现永磁交流伺服电机同步精密运动控制?
图2 .两相磁悬浮轴承交流电减速机电场居中
 
        在爪极交换主轴电机驱动器主轴电机中,为了高效率、高动态地产生扭矩,要求正弦定子电流与转子磁体角位置对齐,如图2所示。电流和磁场对齐控制确保电机扭矩满足速度环路的动态要求。PWM和逆变器反馈隔离模块包括在电路控制功能中。三相功率逆变器将所需的电压施加于电机绕组以驱动目标绕组电流。

          电流反馈功能将绕组电流测量与高压逆变器隔离,并向磁场对齐模块提供反馈信号。电流反馈的精度决定扭矩产生的质量,因为反馈中的增益、失调或非线性误差会产生纹波扭矩,进而表现为对速度控制器的负载干扰。在某些精密伺服驱动中,有一个附加环路也会补偿定子绕组线槽与转子磁铁相互作用所引起的伺服电机内部扭矩纹波。所有这些都能改善电机的低速性能,最终增强成品的精度和表面质量。
 
主要驱动包框架
 
        如上归结,驱使机系统软件能力由另一个地方打算,譬如操控架构部署部署、电机的方案、电率用电线路、返馈传调节器器和操控治疗器。对着日渐的提升的驱使能力、灵活机动性和人工成本需求,及其模似和自然数化自动化操控电子器件的进展,操控架构部署部署在迅速发展进步。因为模似用电线路的一般交流步进驱使器电机操控已被利用添加式治疗器的自然数化操控所代替。还有,CNC的速度慢管理台命令资料本来是高精密模似资料,如今改成资料包在进行(RT)工艺数据网络传送。由此,拿来操控和电率用电线路除外,现时代交流步进驱使器电机驱使机系统软件还还有流量接口类型。
 
        安装驱动下载操作控制系统依然具有的线路的设计成就是怎么才能将高电压电率线路与顾客无线连接的管控和微波沟通技术线路防护地防晒消毒霜。有条个常用体系结构模式可降变逆器4g信号防晒消毒霜困难重重,即电率线路与管控处置器接地装置直连,管控处置器与微波沟通技术端口间使用的防晒消毒霜栅。交流伺服电机安装驱动下载应用领域更常用的体系结构模式使用是将防护防晒消毒霜栅放电率级与管控处置器间,而管控处置器与微波沟通技术端口直连。再有条种不现在常用的体系结构模式,即把防护防晒消毒霜栅不集中在电率、管控和微波沟通技术间。这会降4个防晒消毒霜栅的防晒消毒霜标的标准,同时能能减小操作控制系统的整体化尽寸。
复杂的多轴伺服控制系统,如何实现永磁交流伺服电机同步精密运动控制?
图3.进行隔离防晒式调整架构模式的双轴三相电机调整装置
 
        图3显示了一个隔离控制架构实例,使用了ADSP-CM408混合信号ASP和AD7403隔离式调制器。其中逆变器栅极驱动、电压反馈和电机电流反馈信号与控制处理器相隔离,但直连位置反馈传感器、用户和通信接口。这种架构不仅为控制电路提供安全隔离,还能抑制高压开关电源逆变器所产生的电路噪声。

        电机电流反馈由绕组分流器和隔离式Σ-Δ调制器产生,这些调制器提供增益匹配、非常低的失调和非常高的线性度。完整的电流反馈信号路径还包括控制处理器,其上的可编程sinc3滤波器还具有输出短路检测功能。模拟信号隔离器提供逆变器总线电压隔离,此信号由嵌入式采样ADC获得。控制处理器上的正交编码器外设(QEP)支持简单的数字编码器接口,但带插值电路的更高分辨率编码器通常使用高速串行接口,以便按需发送位置和速度信息。
 
        上例中的实时(RT)以太网接口由一个FPGA电路提供,以便能够灵活地支持自动化市场上的多种工业网络协议。FPGA管理来自网络的实时数据包,而控制处理器则具备带宽和存储器来支持协议栈的管理许多此类协议支持抖动要求小于1 μs的同步实时控制,这会给通信接口带来非常重的处理负担。如前所述,这种对伺服驱动同步的要求,与伺服驱动性能一样重要。

        在现代自动化机加工系统中,为了实现高生产率和高质量成品,以上二者不可或缺。自动化系统的一个新兴趋势是利用单个处理器控制两到三个伺服电机并依赖单个实时通信接口。现在,高速专用信号处理器(ASSP)便支持这种趋势,例如ADPS-CM408,其包括一个高速浮点内核和多组电机控制与通信外设。
 
         工业化的主轴伺服电机调控下载系统展露得出来的多种有很多有很多的搭建部署,显著说了解好多最重要的主轴伺服电机调控下载程序设计击败从未有这样事。由于能用的 调控正确处理和感知器反馈系统信息带宽使用的添加,自己化领域对最高精确度和动态展示初始化失败的要求不息提升 。新用料、感知器、调控、通讯网络三极管搭建部署,因此更好地的优化算法和系统,很可以会坚持的需求自己化制造领域对最高制造率和最高水平的要求。