楊柳

摘要：精密直線電機(jī)ISD203智能伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，建立永磁同步電機(jī)（PMSM），內(nèi)置PLC、驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制功能于一體，建立PMSM位置伺服系統(tǒng)矢量控制模型。建立支持梯形圖的用戶程序編輯平臺(tái)、用戶程序編譯器及單板上運(yùn)行的用戶程序解釋系統(tǒng)，研究驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部集成了單軸定位功能，支持第一速度定位、中斷定位、機(jī)械歸零、中斷停止等模式研究，位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制等控制模式，各軸通過(guò)主從式的差分總線連接，通過(guò)總線傳輸參數(shù)、控制各軸的運(yùn)行，支持錯(cuò)誤校驗(yàn)和重試。

關(guān)鍵詞：精密直線電機(jī);智能伺服系統(tǒng);驅(qū)動(dòng)器;設(shè)計(jì)

0 ?引言

對(duì)于精密直線電機(jī)ISD203智能伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)，首先，建立永磁同步電機(jī)（PMSM）數(shù)學(xué)模型，結(jié)合現(xiàn)代交流電機(jī)的矢量控制策略，分析PMSM位置三環(huán)控制結(jié)構(gòu)，建立PMSM位置伺服系統(tǒng)矢量控制模型。然后，可編程邏輯控制器（PLC）技術(shù)，研究建立支持梯形圖的用戶程序編輯平臺(tái)、用戶程序編譯器及單板上運(yùn)行的用戶程序解釋系統(tǒng)，之后，研究驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部集成了單軸定位功能，支持第一速度定位、中斷定位、機(jī)械歸零、中斷停止等模式研究，位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制等控制模式，最后，各軸通過(guò)主從式的差分總線連接，通過(guò)總線傳輸參數(shù)、控制各軸的運(yùn)行，支持錯(cuò)誤校驗(yàn)和重試，波特率125Kbps-2Mbps。

1 ?智能伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器

如圖1所示，智能伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由四個(gè)運(yùn)動(dòng)軸組成，其中包括三個(gè)直線軸和一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，各軸通過(guò)主從式的差分總線連接和組裝。

2 ?直線電機(jī)單軸定位和控制

如圖2所示，單軸定位即為X軸定位控制，20GM是中央控制器，可以實(shí)現(xiàn)單軸X的位置控制，同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)的位置控制。如圖3所示，SH-20806C為控制器的主控電路，QF1和QF2為斷路器，控制著電路的電源電壓和電流。外圍電路連接圖包括KA1和KM2，其中，KA1為繼電器，KA2為接觸器。

3 ?伺服系統(tǒng)第一速度定位

移動(dòng)軸在確定的終點(diǎn)所能達(dá)到的實(shí)際位置，為已經(jīng)定位。直線電機(jī)伺服控制定位，一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式進(jìn)行控制。第一速度定位方法是，伺服系統(tǒng)開(kāi)始尋找起點(diǎn)的脈沖信號(hào)，一直搜索，直到找到信號(hào)，即起點(diǎn)，則馬上停止搜索，并以此為新的起點(diǎn)，這就是定位，這種方法就是第一速度定位。

4 ?中斷定位

如圖4所示，在定位處中斷，并轉(zhuǎn)入處理新的指令，處理完畢后，自動(dòng)返回原位置，并反復(fù)尋找原點(diǎn)的脈沖信號(hào)，確認(rèn)原點(diǎn)，并進(jìn)行定位，繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的運(yùn)動(dòng)。

5 ?機(jī)械歸零

X軸、Y軸和Z軸的行程極限附近分別有一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)分別接觸到這個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)，機(jī)械坐標(biāo)就自動(dòng)清零，這樣就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械歸零。設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)ｉT有一個(gè)“機(jī)械歸零”的裝置，并連接按鈕。

6 ?驅(qū)動(dòng)器控制模式選擇：位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制

速度控制是依據(jù)控制速度的大小和方向來(lái)進(jìn)行控制的，轉(zhuǎn)矩控制是依據(jù)控制轉(zhuǎn)矩的大小和方向來(lái)進(jìn)行控制的，而位置控制是通過(guò)控制各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的不同位置來(lái)進(jìn)行控制的。具體采用什么控制方式要根據(jù)具體要求，滿足所需運(yùn)動(dòng)功能來(lái)進(jìn)行選擇。對(duì)位置和速度有一定的精度要求，用轉(zhuǎn)矩模式不太方便，因此，速度和位置模式都采用。其中，對(duì)直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能有較高的要求，需要實(shí)時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整。那么如果伺服控制器本身的運(yùn)算速度很慢，就用位置方式控制，來(lái)對(duì)直線電機(jī)個(gè)部件進(jìn)行定位。如果伺服控制器運(yùn)算速度比較快，可以用速度方式來(lái)進(jìn)行控制，移除位置環(huán)，提高控制器的速度，降低驅(qū)動(dòng)器的速度，提高直線電機(jī)運(yùn)行速度，并進(jìn)行定位。比如：第一速度定位。

采用DS-805伺服系統(tǒng)。使用速度和位置控制模式，如圖5所示，具有結(jié)構(gòu)合理、安全性高和可靠性高的特點(diǎn)，適用于各種高低轉(zhuǎn)速情況，并具備錯(cuò)誤校驗(yàn)和自動(dòng)糾錯(cuò)能力，同時(shí)有多種過(guò)載荷保護(hù)功能。

7 ?主從式的差分總線連接

各軸通過(guò)主從式的差分總線連接，通過(guò)總線傳輸參數(shù)、控制各軸的運(yùn)行，支持錯(cuò)誤校驗(yàn)和重試，波特率125Kbps-2Mbps。為了更快的傳輸數(shù)據(jù)，并且以此傳輸更多的信息，可以增加現(xiàn)有并行總線的數(shù)量，也可以提高單通道的數(shù)據(jù)傳輸速率，然而隨著單通道速率的提升，電磁干擾會(huì)相應(yīng)逐漸增大，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確率也會(huì)大大降低。為了解決這些問(wèn)題，采用差分總線來(lái)傳輸，也就是電壓值取兩個(gè)電壓的差值，如圖6所示，將差分電壓（VP和Vn的差值）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，從而減少了電磁干擾，提高了傳輸率和準(zhǔn)確性。

8 ?結(jié)束語(yǔ)

精密直線電機(jī)ISD203智能伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，集成永磁同步電機(jī)（PMSM），內(nèi)置PLC、驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制功能于一體，同時(shí)支持高級(jí)TML運(yùn)動(dòng)語(yǔ)言;可單獨(dú)使用或多臺(tái)組網(wǎng)構(gòu)成多軸控制系統(tǒng)，并可共享各軸的I/O，并支持定位、電子齒輪、凸輪、同步控制。驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部集成了單軸定位功能，各軸通過(guò)主從式的差分總線連接，通過(guò)總線傳輸參數(shù)、控制各軸的運(yùn)行，支持錯(cuò)誤校驗(yàn)和重試。從而使直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器在各個(gè)方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

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