General Servo Drive

Tonghang, baseando -se em anos de experiência na indústria de máquinas -ferramenta CNC, projetou uma arquitetura de algoritmo de controle racional para gerais - drives de servo AC. Ao incorporar o objeto - conceitos de programação orientados da Engenharia de Software, podemos projetar soluções de servo drive que atendam aos requisitos do cliente.

Em Applications CNC Machine Tool, os sistemas de controle de acionamento automobilística baseados em AC - se tornaram uma tendência de mercado convencional, com os aplicativos mais proeminentes nos sistemas de alimentação de máquinas -ferramentas e sistemas de acionamento de eixo. Os atuadores principais utilizados incluem variável de indução - motores de frequência para acionamentos de fuso em tornos simples de CNC, motores de servo CA síncronos de ímã permanente para controle de acionamento de eixo de alimentação e servo de mecanismo de matinhos. Esses controladores de sistema de acionamento correspondem a inversores gerais - fins, acionamentos de servo AC e fuso assíncronoGeneral Servo Drive, respectivamente.

Atualmente, a maioria das aplicações de máquina -ferramenta utiliza pelo menos dois desses sistemas de acionamento simultaneamente, com máquinas mais complexas exigindo as três. No atual mercado de Drive de Servo CA, muitos fabricantes de sistemas de servo chineses geralmente oferecem apenas um tipo de controlador de unidade ou oferecem controladores diferentes em diferentes linhas de produtos. Isso cria carga de trabalho significativa e dificuldade para os usuários de máquina -ferramenta em seleção, design e aplicação, levando a resíduos desnecessários. Embora os controladores que integram todos os três tipos de controle de acionamento estejam disponíveis internacionalmente, eles são relativamente caros, dificultando os custos de fabricação de máquina -ferramenta. Portanto, Tonghang pesquisou e projetou independentemente um sistema de servo universal que integra vários sistemas de controle de acionamento, preenchendo essa lacuna na China.

Estrutura e design de hardware

Combinando experiência anterior Desenvolvendo um único tipo -, servo de servo produtos e analisando as arquiteturas de hardware de três sistemas de acionamento, fica claro que as diferenças de hardware entre os inversores gerais - fins de propósito, os drives síncronos de servo e síncronos são mínimos. A seguir, analisa brevemente e explica os principais componentes da plataforma de hardware de servo de servo -fins de -, compartilhada pelos três.

Arquitetura de hardware

O sistema universal de servo AC adota um design modular com uma fonte de alimentação de barramento DC comum. Consiste em dois componentes principais: um módulo de inversor motor e um módulo de fonte de alimentação.

Essa arquitetura comum de barramento DC utiliza a retificação e monitoramento da fonte de alimentação centralizada, implementada por um módulo de retificador de energia unificado. Cada módulo de inversor servo consome energia do barramento DC através de conexões paralelas. Essa abordagem centralizada simplifica a arquitetura de hardware servo e melhora a confiabilidade do sistema e reduz os custos por meio de design, gerenciamento e monitoramento centralizados da fonte de alimentação. Atualmente, esta solução é amplamente adotada pelos fabricantes de sistemas CNC, incluindo a Siemens.

A seguir, é apresentada a arquitetura básica de hardware de um módulo de inversor motor, composto por um controlador e um estágio de energia. O controlador é baseado em um processador de sinal digital ({1}}} alto (DSP), enquanto o estágio de energia é principalmente um módulo de potência inteligente altamente integrado (IPM). O design de hardware se esforça por simplicidade, com todas as funções de controle implementadas no software. Os codificadores ou resolvedores ópticos são usados ​​como sensores de feedback de posição, enquanto os elementos do efeito do salão são usados ​​como sensores de feedback atual para detectar a corrente real em duas fases. Além disso, a tensão do barramento CC é monitorada em tempo real para ajustar dinamicamente a tensão de saída e a frenagem regenerativa é usada para atingir quatro - operação em quadrante do motor. Todos os sinais de detecção são alimentados no DSP por meio de um analógico - para - conversor digital. Eles são então integrados e calculados usando um algoritmo alto de controle de desempenho -. Por fim, a unidade de saída SVPWM transmite os sinais de unidade de porta do módulo de energia para o IPM, alcançando o controle do movimento do motor.

Dispositivo de controle do núcleo

A 32 - bit dsp (tms320f2812) serve como o componente principal da unidade de controle de servo. O TMS320F2812 apresenta um design de energia baixo - e uma frequência de relógio do sistema de até 150 MHz. Ele incorpora um multiplicador de hardware de bit 32x32-, uma arquitetura de Harvard aprimorada, programas independentes e barramentos de acesso a dados, um modo de endereço de memória unificado e suporta 4 mx16 -} bit memória. Ele também integra dois periféricos de controle motor dedicado (gerentes de eventos, EVA e EVB) para simplificar a arquitetura de hardware do sistema de controle. Comparado aos sistemas usando um bit 16 - bit corrigido - Ponto Formato, o formato 32 - corrigido - reduz significativamente ou elimina os efeitos dos erros de quantização digital. Nos sistemas reais, devido ao formato de ponto fixo de 16 bits, o formato de ponto fixo de 32 bits reduz significativamente ou elimina os efeitos dos erros de quantização digital. O erro de quantização dos formatos de ponto fixo de 16 bits é grande, o que pode facilmente levar a pseudo-transientes e toque em cálculos numéricos, causando vibração e ruído do sistema. Além disso, à medida que a frequência de amostragem do sistema aumenta, a limitação de comprimento de 16 bits reduz a resolução de variáveis ​​e coeficientes do sistema, degradando o desempenho do controle do sistema. No entanto, o uso de um formato de ponto fixo de 32 bits reduz ou elimina significativamente esses fenômenos, permitindo frequências de amostragem mais altas e aumentando a largura de banda do sistema para melhor desempenho do controle do sistema.

Circuito de potência principal

Excelente design de circuito de potência principal é uma base crucial para a criação de uma alta - performance CA Servo Drive. O circuito de potência principal consiste em um circuito integrado de fase - mudou (IPM), que integra os dispositivos de energia com circuitos de lógica de controle, acionamento, proteção e detecção. Ele executa principalmente a amplificação de sinal, a amplificação de potência e várias funções de proteção (incluindo circuito de sobrecorrente, curto -}, opedemperature e proteção de subtensão). Este circuito é caracterizado por alta tensão e alta corrente. Além de atender aos requisitos de projeto com base em princípios eletrônicos e elétricos, o design da compatibilidade eletromagnética (EMC) também requer alta atenção, colocando demandas estritas no layout e na fiação dos componentes. Especialmente para os designs de potência - altos, o design EMC abaixo do padrão no circuito de potência principal é frequentemente a causa raiz de problemas inexplicáveis ​​que surgem durante a fase de depuração do protótipo do produto.

Circuito de detecção de corrente

O controle atual é o link de controle principal do controle de servo e a tecnologia de amostragem atual -} precisão é a garantia fundamental para essa alta - controle de corrente de precisão. Para melhorar o desempenho do loop atual, os sensores são cruciais. Tonghang usa os sensores de corrente fechados - loop de um renomado fabricante global de sensores de corrente elétrica. Esses sensores oferecem largura de banda larga, excelente precisão geral, tempo de resposta curto, desvio de baixa temperatura, excelente linearidade e baixa perda de inserção. A 16 - bit alto - precisão, alto - O conversor de ar Lorte de banda é usado como o conversor de topital analógico -} para garantir a detecção de corrente precisa.

Design de confiabilidade

A confiabilidade é um requisito de indicador básico que deve ser garantido por unidades de servo CA. A compatibilidade eletromagnética e o projeto de confiabilidade são alcançados a partir dos seguintes aspectos:

(1) Evite crossover de corrente forte e fraca no projeto da estrutura elétrica. O barramento High -} Circuito de fonte de alimentação de tensão, o circuito de acionamento de tensão alta - do motor e o fraco circuito de controle do sistema de corrente são isolados um do outro, sem qualquer crossover e mistura, para que o layout seja otimizado.

(2) Isolamento de corrente forte e fraco no nível da placa de PCB. A distribuição dos níveis de tensão da placa de circuito é totalmente considerada durante a fase de projeto, para que as peças de corrente fortes e fracas sejam separadas e conectadas em diferentes áreas. Para as características especiais da fonte de alimentação do braço da ponte PM, as ranhuras de corte são usadas para isolá -lo no espaço durante o projeto da placa e a distância de fluência é totalmente considerada.

(3) Proteção múltipla de hardware e software IPM. O sinal de alarme IPM é totalmente aplicado no design de hardware da unidade de servo, e o sinal de alarme é enviado para os dois principais chips principais no sistema, DSP e o chip dedicado desenvolvido de forma independente. Possui alto - velocidade real - recursos de processamento de tempo e pode bloquear o sinal de controle do motor dentro de 50 ns. O DSP, como o algoritmo principal, após receber o sinal, o chip também pode processá -lo de acordo. A proteção dupla garante que a unidade servo possa ser protegida em tempo real durante a operação normal, mesmo que encontre um curto -circuito causado por vários motivos, garantindo que o circuito de hardware não seja danificado.

(4) A integração em um chip dedicado simplifica a conexão do sistema e o design estrutural. (5) Design de confiabilidade de software incorporado. Use cães de software de nível Multi -, manipulação de exceções, manuseio de falhas, interrupção completa de proteção de energia, design de código redundante etc. para melhorar a confiabilidade do software.

(6) Triagem estrita do dispositivo. Preste atenção à avaliação de fornecedores de componentes e preste atenção à seleção de fornecedores com boa reputação e qualidade confiável. Para os principais componentes, mesmo que o custo seja alto e o preço seja caro, insistimos em usá -los. A mudança de fornecedores requer rigorosamente o processo de auditoria garante melhor a aquisição e a oferta de matérias -primas. (7) Sistema de projeto térmico eficiente. Para os radiadores resfriados do ar-, é necessária a troca de calor com o ar circundante. Depois que o material do dissipador de calor e a composição do ar são determinados, a condutividade térmica é um valor fixo. O espaço dentro do chassi é limitado. Portanto, para melhorar o efeito de dissipação de calor, o radiador do sistema de servo AC geral coloca as lâminas do ventilador e do radiador do lado de fora, aumentando bastante a área de contato entre o dissipador de calor e o ar, alcançando um excelente efeito de dissipação de calor. No aplicativo real, em conjunto com o design do gabinete elétrico da máquina -ferramenta, uma frente - para - de volta a - A instalação do tipo é adotada para formar um duto de ar fechado na parte traseira do gabinete elétrico. Isso pode reduzir bastante o espaço de radiação de calor, reduzir a resistência ao vento e permitir que o ar circulante tire o calor gerado em tempo real.

Arquitetura universal do algoritmo de controle de servo AC

Em aplicações práticas, considerando a grande lacuna entre o controle V/F e o controle vetorial em termos de desempenho de controle, o primeiro pode basicamente ser substituído por este último. Portanto, a unidade geral do servo AC não inclui um módulo de algoritmo V/F, que inclui principalmente três partes:

(1) controlador servo;

(2) controlador de desacoplamento;

(3) Conversor SVPWM de controle atual.

O loop de controle atual utiliza o controle de corrente digital em um sistema estacionário de dois - eixo de coordenadas e incorpora uma estratégia de compensação de eMF de volta - para aumentar a largura de banda do loop atual. O loop de controle de desacoplamento emprega um campo de rotor de feedforward indireto - estratégia de controle orientada. O loop de controle de servo inclui controladores de velocidade (e posição).

O controlador servo consiste em um controlador de velocidade e um controlador de posição. O loop de posição pode ser ativado ou desativado com base nos requisitos de aplicativo através da configuração do parâmetro servo. Seu objetivo é gerar um comando de velocidade apropriado com base no sinal de erro de posição através de um compensador, eliminando o erro de posição.

O controlador de velocidade utiliza um controlador integral proporcional -} integral (PI) ou uma integral - Proporcional Controller (IP). O controlador de posição utiliza um controlador proporcional.

O controlador de desacoplamento para motores de servo síncrono de ímã permanente CA inclui uma unidade inicial de cálculo e estimativa do ângulo do rotor, uma calculadora de ângulo elétrico síncrono e um controlador de enfraquecimento do motor do motor síncrono -}.

O controlador de desacoplamento para motores assíncronos CA inclui um gerador de fluxo de excitação, um observador de fluxo de rotor e um campo de motor assíncrono - enfraquecendo o controlador.

Zhejiang (Hangzhou) Tonghang E - Drive Technology Co., Ltd.,Com base em anos de experiência na produção de servo drive, determinou que o Design Universal Drive é viável e conveniente, tanto da perspectiva da estrutura de hardware quanto do algoritmo de controle de hardware. Além disso, combinada com a arquitetura de design de software padronizada e racional, é certo que projetará com sucesso excelentes produtos de unidade universal, reduzindo significativamente os custos de hardware, design e mão -de -obra dos sistemas de alimentação e eixo de ferramentas de máquina. Isso também ajudará a impulsionar os desenvolvedores a reduzir os custos de desenvolvimento e manutenção do projeto, evitando o desperdício de recursos humanos.