数控技术伺服精品文稿.ppt
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1、数控技术伺服第1页,本讲稿共31页几分调节器有三个重要特性:a.延缓性:电容C充放电需要时间,输入阶跃电压后,输出变化较缓慢,呈线性增长。b.保持性:当输出阶跃信号Uin=0后,输出仍保持在输入信号改变前的瞬时值上。当t d故用一个调节器调节两个参数n、I是困难的,难以达到良好的控制品质,采用双闭环调速方式。第6页,本讲稿共31页4.4.4.4.转速、电流双闭环调速系统转速、电流双闭环调速系统转速、电流双闭环调速系统转速、电流双闭环调速系统ASR:速度调节器,是主调节器。内环工作从属于外环ACR:电流调节器,是辅调节器。第7页,本讲稿共31页调节过程如下:1)突然启动:启动前,Un*=0,Un
2、=0,在突然加了Un*后的瞬间,电机的n=0。此时,达到最大值;由于采用的限幅的PI调节器,Un使ASR的输出i快速达到饱和值im,直到Un Un*为止(即Un为负值)。刚启动的瞬间,电动机电流电流的反馈值i0,ACR输入信号|i|=|im*i|最大值,在该信号作用下,ACR的输出Uc增大 PWM输出的脉宽发生变化,Ia增大,电动机启动。当启动电流达到最大值,反馈值i与给定值im*近似值相等,i=0,输出达到最大稳定值,Ia达到最大稳定值,T最大,给定转速。由于电磁常数dj(机械常数),电枢电流达到最大启动电流时间比转子达到给定转速时间小许多,故启动动态响应短。第8页,本讲稿共31页2)抗负载
3、扰动 在速度给定值Un*不变的情况下,电动机负载变化时,双环系统能很好维持电动机速度不变。外载加大时,电机Un减小,Un=(Un*Un)增大,|i|增大。在刚加瞬间i没变,故|i|ii|增大,使ACR的Uc增大,PWM输出方波的占空比变化,Ia增大。当 Un 0,在PI累作用下,|i|增大,且大于i,i增大,Uc增大 Ia增大,电机升速直到Un0且 i0,Uc在新的稳定数值上。用来平衡变化后的外载,使速度不变。3)抗电网电压扰动过程 由于电网电压波动,使Ia变化,由于机电时间常数作用,当转速尚无变化时,电流负反馈值i已变化 使 i、Uc变化 PWM占空比变化,从而消除电网电压波动引起Ia的变化
4、。小结:外载变化使n变化,由ASR调节起主要作 用;电网电压波动,使Ia变化,ACR起主要 作用。第9页,本讲稿共31页6.4 6.4 交流伺服电动机调速系统交流伺服电动机调速系统 直流伺服电机有明显的弱点由于机械换向器和电 的存在,易磨损,易产生火花,降低了电机运行的可靠性,增加了维护和保养的负担。且直流伺服电机结构复杂,成本高,使用受到一定的限制。近十多年来,直流伺服电机已被交流伺服电机所代替。交流伺服电机无电 、结构简单、动态响应好,输出功率大,在数控机床上广泛应用。交流伺服电机分为 交流永磁式:用于进给 交流感应式:住轴伺服系统 由交流电的频率来决定。f 减小,n减小;f增加,n增加,
5、可以改变供电频率的方法来调速。交流电动机速度控制分为 标量法,属开环控制 矢量法,属闭环控制第10页,本讲稿共31页6.4.1 交流伺服电动机调速主电路 由电机学知识可知,交流电动机的转速公式为:(617)(f定子供电电压频率;P磁极对数;s转差率)从上式可知,若均匀改变电动机定子供电电压的频率,则可以平滑地改变电动机的同步转速。异步电机中,定子绕组的反电势为:E4.44fk,若忽略定子阻抗压降,则端电压UE4.44fk(k为感应系数)。上式说明,在感应系数kc,端电压U不变;当频率f,同步角速度升高时,气隙磁通减小,从转距公式,T=Cm I2 cos,当减小,则导致T减小,使电动机利用率恶化
6、,严重时电动机会堵转。另外,UC,当f减小,增大,会使磁路饱和,激励电流上升,导致缺损急剧增加。所以,为使TC,需要保持C,即要求变频的同时改变定子电压U,即变频调速关键问题是要获得调频调压的交流电源。第11页,本讲稿共31页1.1.变频器变频器变频器变频器定义:将电网供电的2频(f50HZ)交流电源变为适用于交流电机变频调速用的电压可变、频率可变的交流电的交流装置。变频器可分为:交交 VVVF 变频器 交直交 VV VF1)交交变频器(直接变频器、周波变频器)定义:直接将电网的交流电变为电压和频率都可以调节的交流电(Variable Voltage Variable Freqency)下图由
7、两组反并联的整流器p组和N组构成。第12页,本讲稿共31页若p组,N组交替地向负载R供电,则在负载上获得交流电压U0;U0的幅值由两组可控整流器的控制角决定。U0的频率由p、N整流器的切换频率来决定。由于U的输出波形是由供电电源波形是由供电电源波形经整流后得到的,故交流输出的频率不能高于电网的频率。P P组通组通N N组通组通0U0t第13页,本讲稿共31页2)交直交变频器 以单相负载供电为例说明可控硅整流装置把交流变为直流电,开关元件1、3和2、4交替 对负载R供电,获得负载上的交流输电U0。U0的幅值由可控硅整流装置的控制角来决定;U的频率由开关元件的切换频率来定,不受电源频率的限制。1,
8、31,3通通2,42,4通通0U0t第14页,本讲稿共31页3)变频器的基本构成整流器:为交流电,整流器可采用硅整流元件构成不可控整流器,也可采用晶闸管 可控整流器。交流输入电源可用单相或三相,视交流电机容量而定。滤波器:用来缓冲直流环节和负载之间的压力能量,电 滤波 电压型,大电感滤波 电流型。功率逆变器:直流电变为电。功率元件有晶闸管、大功率晶体管、功率场效应管。控制器:控制逆变器中个功率元件的工作状态,使逆变器输出预定电压和预定频率的交流电源。第15页,本讲稿共31页2.2.逆变器逆变器逆变器逆变器定义:将直流电变为交流电的变流装置称功率逆变器。(反之为整流器)按功能分 电压型逆变器 电
9、流型逆变器 按控制方法分 脉宽 PWM逆变器 脉幅 PAM逆变器 按逆变器波形分 矩形(方法)逆变器分类 正弦波逆变器 按使用功率元件分 晶闸管(SCR)可关断晶闸管(GTD)大功率晶体管(GTR)功率场效应管(P-MOSFET)按逆变器控制分 固定压变,固定频率(CV,CF)固定压变,可变频率(CV,VF)可变电压,可变频率(VV,VF)一般,异步步电动机采用VVVF逆变器。第16页,本讲稿共31页6.4.2 SPWM波调制原理SPWM变频器同时适用于永磁式及感应式伺服电动机,采用正弦规律的脉宽调制原理,功率 数增大、波形好等优点,交流调速系统中广泛应用。1.1.一相一相一相一相SPWMSP
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