交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

陳華

摘要

交流伺服驅(qū)動器是交流伺服系統(tǒng)中的重要組成部分，對系統(tǒng)的整體性能及運(yùn)行情況具有至關(guān)重要的影響。隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的快速發(fā)展，交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)正以極快的速度向高集成化、智能化以及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，有效推動了交流伺服系統(tǒng)在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用，甚至逐漸成為市場中的主流產(chǎn)品。本文首先分析了交流伺服控制系統(tǒng)的操作規(guī)則及性能特征，之后從軟件和硬件兩個方面入手，對交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了探索與研究，希望能夠進(jìn)一步促進(jìn)交流伺服系統(tǒng)的創(chuàng)新發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】交流伺服驅(qū)動 控制系統(tǒng) 研究

交流伺服控制系統(tǒng)是通過對驅(qū)動物體的位置、速度、力矩等要素的控制，使機(jī)械傳遞和機(jī)械聯(lián)軸器的速度達(dá)到相互匹配的理想狀態(tài)，以此來保證各部分功能的相地穩(wěn)定。憑借交流伺服系統(tǒng)的優(yōu)越性能，確保系統(tǒng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的同時，進(jìn)一步改善其運(yùn)轉(zhuǎn)性能，使穩(wěn)定性獲得持續(xù)提升。目前，交流伺服系統(tǒng)憑借其強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢，已經(jīng)在航空電子、雷達(dá)、工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、舵機(jī)等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。在今后的工作中，有必要針對其重要組成部分一一交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)進(jìn)行全方位、深層次的研究，為交流伺服系統(tǒng)的健康發(fā)展提供支持與保障。

1交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)

1.1交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)的工作流程

交流伺服系統(tǒng)屬于一種典型機(jī)電一體化產(chǎn)品，交流伺服系統(tǒng)按照類型可分為兩種，分別是感應(yīng)異步交流伺服系統(tǒng)和永磁同步交流伺服系統(tǒng)。其中，永磁同步交流伺服系統(tǒng)由驅(qū)動控制系統(tǒng)、電機(jī)和傳感器構(gòu)成。該系統(tǒng)可對弱磁實(shí)現(xiàn)高速控制，同時還可讓電機(jī)維持低速運(yùn)轉(zhuǎn)，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢，如效率高、調(diào)速范圍廣、反應(yīng)快等等。永磁交流伺服系統(tǒng)的工作流程為：首先，驅(qū)動控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對上位機(jī)接收到的參數(shù)信息編碼，再控制伺服電機(jī)進(jìn)行控制，伺服電機(jī)將電流轉(zhuǎn)換成扭矩輸出，并通過傳感器對負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測量，再傳遞給驅(qū)動控制系統(tǒng);此后，由驅(qū)動控制系統(tǒng)對目標(biāo)運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行對比，再依照對比結(jié)果對電流差異進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，最終使兩者的狀態(tài)值保持一致，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供基本保障。

1.2交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)的性能特征

交流伺服系統(tǒng)的整體性能，主要通過調(diào)度范圍是否廣泛、定位是否精確、穩(wěn)定速度及穩(wěn)定性能等幾方面因素來衡量。一般情況下，永磁交流伺服系統(tǒng)的調(diào)度范圍在1：5000-1：10000之間，定位為+1個脈沖，穩(wěn)定速度精度可達(dá)到+O.OOlrpm以內(nèi)。通過以上數(shù)據(jù)可以看出，該系統(tǒng)的性能及效率十分優(yōu)越，借助這一系統(tǒng)完全可以獲得高水平的動態(tài)響應(yīng)和扭矩密度;此外，傳統(tǒng)的交流伺服驅(qū)動器采用的是全模擬硬件電流，其主要的弊端問題就是參數(shù)的一致性和靈活性較差。近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，已經(jīng)開始利用微處理器和數(shù)字信號進(jìn)行控制，使之前的各種弊端問題得到了明顯改善，實(shí)現(xiàn)了交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)的及時性與穩(wěn)定性。目前，相關(guān)技術(shù)人員正在研發(fā)更高效率、永磁化、全數(shù)字化以及高集成化的交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)，力求實(shí)現(xiàn)其更加卓越的品質(zhì)。

2交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

2.1硬件的優(yōu)化設(shè)計

交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)主要包括電源、檢測保護(hù)單元、傳感器、數(shù)字控制器等設(shè)備。其中電源的功能是給各個設(shè)備提供電力支持;控制電路的工作內(nèi)容是發(fā)送信號，驅(qū)動電路將所接收到的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換成扭矩，傳遞到IPM模塊上，之后經(jīng)處理后的信號發(fā)送到控制器上，同時發(fā)送到電機(jī)上;二者共同對所接收到的信息編碼。控制電路將信息處理后重新發(fā)送指令，控制整個程序運(yùn)行。

2.2軟件的優(yōu)化設(shè)計

交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)的軟件部分主要包括邏輯功能處理模塊和NC指令模塊丙個主要部分。其中，邏輯處理模塊負(fù)責(zé)對信息進(jìn)行全面優(yōu)化，之后再發(fā)出更加合理的指令程序，而NC指令模塊主要負(fù)責(zé)信息的實(shí)時編碼。在CPU對信息進(jìn)行處理之前，需要先經(jīng)過邏輯處理模塊轉(zhuǎn)將信息轉(zhuǎn)換成諸如速度參數(shù)、位置參數(shù)、扭矩參數(shù)等各種目標(biāo)參數(shù)，再由邏輯處理模塊再將轉(zhuǎn)換后的目標(biāo)參數(shù)傳遞給NC指令模塊，再由NC指令模塊對其進(jìn)行編碼，最終將信息傳遞給伺服模塊，從而使電機(jī)得到正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通過這一過程可以看出，要相實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，必須依靠每一個模塊的同期控制方可實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。因此，目前有相當(dāng)一部分專家學(xué)者都在致力于研究自動化技術(shù)，力求將其引進(jìn)到伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)當(dāng)中，使該系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)更加趨于穩(wěn)定。尤其在當(dāng)前的電機(jī)行業(yè)中，F(xiàn)PGA呈現(xiàn)出非常快的發(fā)展速度。而基于FPGA的交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)所采用的是CORDIC算法，該算法憑借著高效率和高解析度的優(yōu)勢，使伺服系統(tǒng)在實(shí)時性方面的要求得到滿足;此外，在電流采樣及零點(diǎn)偏移校正方面，F(xiàn)PGA可以外接高精度的AD芯片。但是，當(dāng)電流采樣對電路中的各種干擾較為敏感時，極易發(fā)生漂移現(xiàn)象，一旦發(fā)生該現(xiàn)象必然會對電流采樣精度產(chǎn)生不利影響，通過FPGA則可以有效彌補(bǔ)這一缺陷;在電流測量方面，F(xiàn)PGA表現(xiàn)出更加精準(zhǔn)的技術(shù)優(yōu)勢;此外，為了更好的滿足交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)在通用型方面的要求，F(xiàn)PGA進(jìn)一步擴(kuò)大了自身的調(diào)速范圍，使速度的控制精度得到了大幅提升;在速度檢測方面，F(xiàn)PGA采用的是“M/T法”，這種方法可同時兼顧到高速脈沖頻率和低速測量精度兩個方面。

3結(jié)束語

交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)有著較高水平的動態(tài)響應(yīng)和扭矩密度。相信在今后的發(fā)展中，該系統(tǒng)必將獲得更大范圍的應(yīng)用。因為，必須對其核心部分一一交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)進(jìn)行深入、細(xì)致、全面的研究，從它的工作流程、設(shè)計原理、性能要求等幾個關(guān)鍵方面入手，找出通過對交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)中的問題，并給予針對有效的改進(jìn)，只有不斷在問題中尋找答案才能保證交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)越來越完善，發(fā)展越來越好。

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