数控技术(伺服4)x课件

1、 在定子测，电源电压克服反电动势E建立磁场，反电动势是定子绕组切割 转磁场的结果，有效值的大小为 E=4.44kr1 f1 N1 式中： kr1与绕组结构有关的常数 N1每相定子绕组的匝数 f1定子供电频率 每极气隙磁通量若忽略定子阻抗下降，端电压为： UE=4.44kr1 f1 N1 式中，N1、kr2为常数，当U1、f1为额定值时， 达到饱和状态。6.4.3 交流电动机变频调速技术 在定子测，电源电压克服反电动势E建立磁场，反电动势是1. f1 50HZ的调速 当f1 50HZ，若仍维持 ，必然使U超过额定值，这是不允许的。通常当f1 50HZ时，使U=C，当f1增大时，减小，由于感抗增加

2、，绕组中电流I2减小，使输出转矩T减小。当n增大输出功率P保持不变，近似为恒功率调速。1. f1 50HZ的调速 （010V）信号经V/F变换 脉冲信号计数分频器中有（0359）360个数码，每二进制码对应1，用于EPROM地址选择。 EPROM存放正弦波形，360个波形值（1对应一个值）计数分频器从0计到360后从零重新开始。计满360正好取出一个正弦的波形值（从EPROW D/A 正弦波A、B、C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现。6.4.4 微机控制的PWM实现 （010V）信号经V/F变换 6.4.4 微机6.5 交流伺服电机的矢量控制 异步

3、电机的矢量变换控制，是一种新的控制理论方法，作用是使异步电机能像直流电机那样，实现磁通小转矩的单元 控制，获得好的控制特性。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iA 、iB、iC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，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D、Q异步电机来等效，角频率s定子旋转磁式Fs，但要满足条件为：6.5 交流伺服电机的矢量控制 异步电机的矢量变换控制，(618)(619)若则(620) 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，若右图中两个对称且相互垂直的绕组M、T，分别通以电流IM

4、和IT且M、T，以s 转，同时满足:(621)(618)(619)若则(620) 式(618 上式说明，只需旋转绕组M、T的M绕组中通以直流电流 ，即可使其与两相固定绕组P、Q的异步电机完全等效，也与A、B、C三相固定绕组异步电机完全等效。M、T旋转绕组的旋转磁式Fs等于电流im流过M相绕组所产生的磁式。 式(621)系数矩阵为两相固定绕组异步电机M、T旋转绕组电机的变换矩阵。 将式(620)值代入式(621) 上式说明，只需旋转绕组M、T的M绕组中通以直流 将三种绕组的电机的矢量图画在一起，当固定的A、B、C三相绕组通以式(619)的三相交流电时，在同步旋转的M、T绕组的M中有一个与之对应的

5、直流电流 。由电机学可知，异步电机工作时，三相定子电流包含两个分量，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。 等效直流im可分解为产生气隙磁通的m的励磁电流分量I和产生转矩T的转矩电流分量IT。A,DTTCBQMM-ITiQ-iCiBiCiaDMSIMiDQiT 将三种绕组的电机的矢量图画在一起，当固定的A、B、CIm及IT可视为与M、T绕组同步旋转的另一个M、T旋转绕组所通过的两个直流电流。M、T中所通过的直流电流Im 、IT与iD、i的关系为(624)(622)式中：1 s ,负载角 上式为M、T旋转绕组列D、Q固定绕组的变换矩阵(623)为D、Q固定绕组列M、T旋转绕组

6、的变换矩阵同样可得D、Q两相固定绕组列A、B、C三相固定绕组的变换矩阵。Im及IT可视为与M、T绕组同步旋转的另一个M、T旋转矢量变换原理如下： 由所求的气隙磁通m确定电流I，由m及所要求的转矩T确定转子电流IT。经过Im1IT iD 、iQ iA 、iB、 iC的变换 即可得到三相电流iA、iB、iC的瞬时值,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Im、IT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，且有良好的动态控制性能。矢量变换原理如下：6.5.1 交流伺服电机的矢量控制变频调速系统 由电压型PWM逆变器组成的交流异步电机的

7、变频调速系统，由主电路及矢量控制电路组成。 气隙磁通给定值 与实际值m比较励磁电流调节励磁电流给定值 。转矩给定值T(m np)， (转子电流给定值 ) 。 、 与 、 (实际值)比较之后 M、T变换到P、Q绕组 、 矢量分析器。1. 主通道6.5.1 交流伺服电机的矢量控制变频调速系统 由电压 、 A、B、C轴系 、 、 与波产生PWM逆变器开关元件的控制信号脉冲。sin(s)、cos(s)由矢量分析器算出。 、 微分器 、 ，即 定子每相电阻质D 、Q定子磁通在D、Q系上的分量sin(s)、cos(s)由矢量分析器算出。数控技术(伺服4)x课件另一方面，将iD、iQ经D、Q系 M、T系的变

8、换，求出IM、IT作为给定值 、 的反馈比较量。2. 反馈通道 将三相电压和电流的实测值经三相 两相变换 UD UQ及iD、iQ，同时将UD、UQ及iD、iQ逆入积分器积分 ：(625)(626)另一方面，将iD、iQ经D、Q系 M、T系的变换，6）当nne时是恒功率调速。 当给定的 、 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，若要求调整的速度在恒速下运行，加一个测速反馈回路。 用数字方式实现对交流伺服电动机控制称之为“全数字伺服系统”。全数字系统的特点： 1）可以使用电动机四象限运行（绝大多数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

9、是第二象限，最差的使第四象限）；2）可以连续正、反启动； 3）转矩对电流的变化响应快，转矩上升时间10ms，电动机速度响应快，无振荡现象发生；4）低速运行平稳；5）零速时也能达到最大转矩；6）当nne时是恒功率调速。 1.控制原理 转子：用永磁材料做成（稀土永磁合金），最大磁 是缺氧体的12倍，铝镍钴 合金的8倍， 钴永磁合金的2倍，且价格低1314。 6.5.2 交流永磁伺服电机的矢量控制 定子：内有三相绕组，与普通感应电动机相同，多边形无外壳，易于散热。 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势同步，没有转差率s。6.5.2 交流永磁伺服电机的矢量控制 定子：内有三相绕

10、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，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ns 如图示转向旋转时，把根据N、S极互相吸引的原理，定子旋转磁极与转子永久磁性紧紧吸住，并带着转子一起旋转。由于转子是由旋转磁场带着转的，显然转子速度与ns同步。当转子上负载转矩增大，增大，负载转矩减小， 减小，只要负载不超过一定的限度，转子始终跟着定子磁场的恒速ns转动，转子转速 。 工作原理：当定子三相绕组通上交流电源后，就产生了一个 转子磁通r，定子磁通s合成向量为，当r与s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数因素，定子电流矢量 与s同向且垂

11、直于r(rC)。 转子位置角可由转子轴上的检测装置检出，定子电流幅值Is与定子相电流的关系为： (627) 转子磁通r，定子磁通s合成向量为，当r与s垂 ， ， 定子电流幅值Is由速度给定值 和速度反馈Vp之差 数字PID调节器求出的。由检测装置测出的角可直接算出定子电流的正弦函数值。A、B、C，即转矩TdKm Is (Ks比例系数) 从式(627)即可求的iA、iB、iC控制永磁电动机的转矩和速度。 ， 6）稳态时给定值 不变， 也不变，即与直流电动机速度环控制方法一样。5）在 作用下产生正弦 、 、 ；值不断化，使 、 是跟踪转子转角的正弦波。4）电机开始启动，阶跃输入 ，这时Vp0，输入饱和电流 此时n = 0，但电机转矩最大。同时转子位置角0，即A0。 即 ， ，该电流