交流伺服运动控制系统

本课程的任务：了解沟通伺服运动掌握系统的检测技术及选型把握永磁同步电动机沟通伺服运动掌握系统的建模、掌握系统设计及仿真方法了解多种现代沟通伺服运动掌握技术了解沟通伺服运动掌握系统的实际应用1.1 什么是“沟通伺服运动掌握”1.2沟通伺服运动掌握系统的进展1.3沟通伺服运动掌握系统的组成及特点1.4现代沟通伺服运动掌握技术1.5课程特点、内容安排及学习方法(1)电机：机电能量变换的主要装置1、电机及运动掌握系统1.1 什么是“沟通伺服运动掌握”直流、沟通旋转、直线、多自由度…三相交流鼠笼式异步电机的定子和转子直流电动机自动掌握系统〔按应用分〕：运动掌握(Motioncontrol)过程掌握(Processcontrol)例如：过程掌握:啤酒发酵过程，化工提炼过程，锅炉掌握运动掌握:〔续页〕(2)运动掌握系统主要区分是被控量及掌握目标不同，“运动掌握”以机械运动的驱动设备---电机为掌握对象，解决“电能机械能”中的掌握问题，实现运动机械的运动要求

(2)运动掌握系统芯片光刻机主轴电机带制动器伺服电机伺服电机刀库刀具定位电机机械手旋转定位电机数控机床各种制造装备及生产线:PCB生产线：贴焊、打孔、放置生产线运动掌握半导体制造装备：光刻机、芯片封装机机械加工装备：各型数控机床(2)运动掌握系统机器人各个关节的伺服掌握ASIMO2023:行走速度3.2km/h2023:舞蹈机器人〔近藤〕2023:自行车自主运行2023：仿生龟空间机器车：旅居者〔1997〕军事装备：雷达跟踪，自动武器，飞行器掌握民用及医疗：空调、洗衣机、CT机现代交通：电动汽车、电动自行车、磁悬浮按电机分：直流传动系统沟通传动系统按被控量分：以速度为掌握量：调速系统以位置为掌握量：位置随动系统〔伺服系统〕按掌握器的类型分:模拟掌握系统数字掌握系统按掌握原理分：PID掌握、模糊掌握…按闭环数分：单环、双环、多环系统(3)运动掌握系统分类可穿插：如数字式双闭环直流调速系统 沟通伺服运动掌握是以电力电子为根底、以沟通电机为掌握对象、以自动掌握理论为指导、以电子技术和微处理器掌握及计算机帮助设计为手段,并与检测技术和数据通信技术相结合,将预定的掌握方案、规划指令转变成期望的机械运动,实现机械运动准确的位置掌握〔速度掌握、转矩〕的掌握。2“沟通伺服运动掌握”定义简而言之：沟通电机驱动的位置随动〔伺服〕运动掌握制造业是国民经济持续增长的发动机、国家安全的重要保障及国家综合实力的主要表达沟通伺服运动掌握是运动掌握技术的进展趋势，是数字制造装备的核心功能部件，应用广泛3沟通伺服运动掌握技术的重要性高性能沟通伺服运动掌握系统的主要制造商：美国:GE,Rockwell,Emerson,Ansolder,…欧洲:Siemens,ABB,CT(Emerson),…日本:Toshiba,Mitsubishi,Hitachi,Fuji,…19世纪中先后诞生了直流传动和沟通传动。在20世纪的大局部年月里，已形成公认的格局：

沟通不调速 80% 直流调速 20%在20世纪80-90年月形成新的格局： 沟通调速 80% 直流调速 10% 沟通不调速 10%1.2 沟通伺服运动掌握的进展1长期以来，电机调速以直流电机为主20世纪70年月以前，但凡要求调速范围广速度掌握精度高和动态响应性能好的场合，几乎全都承受直流电动机调速系统，而沟通电动机主要用于不需要变速的电力传动系统中，由于：〔1〕直流电动机易于掌握，转变电机的输入电压或励磁电流，就可在范围内实现无级调速。〔2〕沟通电机的电流和转矩特性不是固定的，不易掌握。2直流电机存在严峻缺陷：机械接触式换向器〔1〕换向器外表线速度及换向电流、电压有一极限容许值。〔2〕由于要照看到换向器的牢靠工作，电枢及换向器的直径一般都做的比较大，电机的转动惯量就大。〔3〕换向器必需定期停机检修，运行中也要常常留意观看换向器的火花状况。1.2 沟通伺服运动掌握的进展3沟通电机的优越性沟通电动机，特殊是笼式异步电动机，拥有构造简洁、牢固耐用、价格廉价及不需要常常修理等特点，使其得到了特别广泛的应用。假设能掌握好，它具有直流电机无法比较的优越性。1.2 沟通伺服运动掌握的进展〔1〕20世纪20年月人们就生疏到了，但当时直至本世纪50年月中期，始终几乎无法实现。〔2〕20世纪50年月中期，晶闸管研制成功，不仅开创了电力电子技术的新时代，同时也带来沟通电机掌握技术进展的一个大飞跃。〔3〕20世纪70年月进展起来的矢量掌握理论带沟通电机掌握技术的革命，使沟通电机的掌握性能在理论上和直流电机相当。〔4〕20世纪80年月的直接转矩掌握方法，也对沟通电机掌握技术进展进展起来推动作用。4沟通电机调速技术的进展电力电子技术、微电子技术、沟通电机掌握技术进展极大促进了沟通电机伺服运动掌握技术的进展和应用。1.2 沟通伺服运动掌握的进展1.3 沟通伺服运动掌握的组成及根本要求1骨骼运动电机局部：沟通永磁电机功率变换局部：可控整流、直流斩波、逆变等掌握器局部：PID掌握、自适应掌握、模糊掌握、智能掌握、矢量掌握、直接转矩掌握等大脑/脊椎传出神经效应器传入神经感受器肌肉/骨骼2沟通伺服运动掌握的组成指令发生器多轴位置掌握器伺服驱动X-Y运动平台目标位置指令电流位置/速度反响插补算法位置掌握位置掌握速度掌握电流掌握2沟通伺服运动掌握的组成指令位置/速度反响电流电网单轴运动3沟通伺服运动掌握系统的根本要求1、稳定性好：系统在给定输入或干扰作用下，能快速调整到达新的或者回复到原有的平衡状态。2、精度高：系统输出量跟随输入量的准确程度。通常在0.01mm~0.001mm之间。3、快速响应性好：跟踪指令信号的响应快，过渡调整时间在200ms以内，上升率大。1.4现代沟通伺服运动掌握技术数字化、高精度、高速度、高性能是沟通伺服运动掌握系统的进展方向，主要表现在：1、利用快速进展的电子和计算机技术，增加软件掌握功能，排解模拟电路的误差及温度漂移等因素的影响，承受最优掌握、自适应掌握2、开发高精度、快速检测元件3、开发高性能伺服电机4、掌握理论在伺服运动掌握系统中的实现和应用1.全数字沟通伺服驱动技术全数字进给伺服系统

脉冲比较伺服系统全数字沟通伺服驱动技术的进展过程2.直线电机驱动技术

旋转电机和直线电机构造比照1〕高速响应：取消了响应时间常数较大的机械传动件。2〕精度：取消了机械构造产生的传动间隙和误差。3〕传达刚度高：避开了中间传导环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后，同时提高了传达刚度。4〕速度快、加减速过程短：可达2~10g，滚珠丝杆0.1~0.5g。5〕行程长度不受限制。6〕噪声低。7〕效率高。直线电机性能特点：3.可编程计算机掌握器技术传统的PLC大多承受单任务的时钟扫描或监控程序，无法满足I/O通道的高实时性要求，PCC承受分时多任务机制构筑其应用软件平台，满足了实时掌握的要求。4.运动掌握卡基于工业PC机、用于各种运动掌握场合的上位掌握单元。承受专业运动掌握芯片或高速DSP作为运动掌握核心，PC机负责人机交互和实时监控，掌握卡完成运动掌握的全部工作。标准化、柔性、开发性；便利构建运动掌握硬件平台；充分发挥PC机的功能。PC+PMAC运动掌握卡构建的二维平台20MHzMotorolaDSP56001系列数据信号处理器8路〔数模转换〕16位DAC输出16个码盘通道输入16个通用I/OI/O扩展端口越程极限，回原点，伺服放大器报警，使能标志信号接口LCD和VFD显示端口Busand/orRS-422通信脱机运行G-Code编程〔可自定义〕PMAC1的标准配置线性，圆弧，三次轨迹计算，样条插补256个运动程序存储力量64个异步PLC程序存运行超大程序的实时下载执行功能64位位置计数范围位置环，速度环，电流环三环矢量掌握力量曲线加减速掌握自定义伺服算法力量电子齿轮先进的PID及扩展伺服算法5.网际开放式构造高性能DSP多轴运动掌握系统技术多轴运动掌握系统由运动掌握器与伺服驱动器组成，降低整体系统运动掌握的路径误差及伺服轴的跟随误差。DSP掌握和数据通信，多轴伺服单元、IO子系统以及中心处理系统集成为独立的高性能多轴运动掌握器。多轴掌握指令集合在一个中断周期内完成，抑制了传统的多片单片机的并行构造的同步掌握瓶颈。DSP掌握+现场可编程门阵列，可在线设置和重构，软件升级硬件。基于TCP/IP安全通信协议，更安全牢靠、传输效率更高。6.现场总线〔CAN/SERCOS/…〕运动掌握技术支持分布式掌握或实时掌握的串行通信局域网络。基于现场总线的网络化沟通伺服体系构造的核心局部是带有现场总线接口的多轴治理器、全数字沟通伺服驱动器。SERCOS现场总线运动掌握系统英国trio(翠欧)多轴运动掌握器具有RS232、RS485、USB、Ethernet、CANBus、SERCOS的通讯功能和具有HostLink、DeviceNet、ModBus通讯协议的多轴数字运动掌握器，最多可以掌握24个轴7.智能数控系统技术智能数控系统技术进展的突破点是高精度智能化沟通伺服系统的研制，它的智能水平打算了数控系统的掌握精度，是提高数控机床加工精度的关键技术。自学习、自组织、自识别的沟通伺服掌握器，不依靠于对象模型的智能掌握器。核心承受与PC机体系构造兼容和多机系统互联技术的设计而形成的开放式系统。课程体系：区分于电类，针对机类根底、侧重于应用机电一体化产品质量和技术水平的凹凸，已是当今世界衡量一个国家实力和国际地位的重要标志。高等学校应培育根底扎实、学问面宽、力量强、素养高，具有创新精神和实践力量的“机电复合型”人才，使学生把握机、电、液、计算机等综合掌握系统的技术。1.4课程内容安排、学习方法电类《电机与运动掌握系统》微机原理及接口、工程掌握根底、机电传动掌握沟通伺服运动掌握系统数控技术1绪论(2学时)2伺服运动掌握系统检测技术及元件(2学时)3沟通伺服运动掌握系统模型及仿真分析(10学时)5基于PC运动掌握板卡的沟通伺服运动掌握系统(2学时)6基于CANbus现场总线的沟通伺服运动掌握系统(2学时)7基于DSP技术的沟通伺服运动掌握系统(3学时)8沟通伺服运动掌握系统的典型案例分析(1学时)9复习(2学时)原理(电机学、掌握理论)技术〔电力电子、计算机及通信技术〕产品应用方案1课程的内容安排教程：