General Servo Drive

Tonghang, som trekker på mange års erfaring i CNC Machine Tool Industry, har designet en rasjonell kontrollalgoritmearkitektur for generell - formål AC Servo Drives. Ved å inkorporere objekt - orienterte programmeringskonsepter fra programvareteknikk, kan vi designe Servo Drive -løsninger som oppfyller kundens krav.

I CNC -maskinverktøyapplikasjoner har AC - -baserte motorstasjonskontrollsystemer blitt en mainstream markedstrend, med de mest fremtredende applikasjonene i maskinverktøyets fôraksel og spindelstasjonssystemer. De viktigste aktuatorene som brukes inkluderer induksjonsvariabel - frekvensmotorer for spindelstasjoner i enkle CNC dreiebenker, permanent magnet synkrone AC -servomotorer for fôrakselkontroll, og asynchronous spindle servo for spindelstasjoner i midten -}} Disse drivsystemkontrollerne tilsvarer General - formål omformere, AC Servo -stasjoner og asynkron spindelGeneral Servo Drive, henholdsvis.

Foreløpig bruker de fleste maskinverktøyapplikasjoner minst to av disse drivsystemene samtidig, med mer komplekse maskiner som krever alle tre. I det nåværende AC Servo Drive -markedet tilbyr mange kinesiske produsenter av Servo Drive System ofte bare en type drivkontroller, eller tilbyr forskjellige kontrollere i forskjellige produktlinjer. Dette skaper betydelig arbeidsmengde og vanskeligheter for maskinverktøybrukere innen valg, design og anvendelse, noe som fører til unødvendig avfall. Mens kontrollere som integrerer alle tre typer stasjonskontroll er tilgjengelige internasjonalt, er de relativt dyre, og hindrer maskinverktøyets produksjonskostnader. Derfor har Tonghang uavhengig undersøkt og designet et universelt servosystem som integrerer flere drivkontrollsystemer, og fylt dette gapet i Kina.

Struktur og maskinvaredesign

Ved å kombinere tidligere erfaring med å utvikle enkelt - Type, dedikerte servo -stasjonsprodukter og analysere maskinvarearkitekturene til tre drivsystemer, er det klart at maskinvareforskjellene mellom generelle - formål omformere, synkrone servo -stasjoner og asynkrone spindeldasjoner er minimale, med den som er to som er i å være i synkrone spindel. Følgende analyserer kort og forklarer hovedkomponentene i den generelle - formålet Servo Drive maskinvareplattform som deles av alle tre.

Maskinvarearkitektur

Det universelle AC -servosystemet vedtar en modulær design med en vanlig DC -buss strømforsyning. Den består av to hovedkomponenter: en motorisk invertermodul og en strømforsyningsmodul.

Denne vanlige DC -bussarkitekturen bruker sentralisert strømforsyningsretting og overvåking, implementert av en enhetlig effekt -likerettermodul. Hver servoomformermodul trekker strøm fra DC -bussen gjennom parallelle tilkoblinger. Denne sentraliserte tilnærmingen forenkler servo -maskinvarearkitekturen og forbedrer systemets pålitelighet og reduserer kostnadene gjennom sentralisert strømforsyningsdesign, styring og overvåking. Denne løsningen er for tiden mye vedtatt av CNC -systemprodusenter, inkludert Siemens.

Følgende er den grunnleggende maskinvarearkitekturen til en motorisk inverter -modul, bestående av en kontroller og et strømstadium. Kontrolleren er basert på en høy - Performance Digital Signal Processor (DSP), mens strømstadiet først og fremst er en svært integrert intelligent kraftmodul (IPM). Maskinvaredesignet streber etter enkelhet, med alle kontrollfunksjoner implementert i programvare. Optiske kodere eller oppløsere brukes som tilbakemeldingssensorer for posisjoner, mens Hall -effektelementer brukes som nåværende tilbakemeldingssensorer for å oppdage den faktiske strømmen i to faser. Videre overvåkes DC -bussspenningen i sanntid for å dynamisk justere utgangsspenningen, og regenerativ bremsing brukes til å oppnå fire - kvadrant drift av motoren. Alle deteksjonssignaler mates inn i DSP via en analog - til - digital omformer. De blir deretter integrert og beregnet ved å bruke en høy - ytelseskontrollalgoritme. Til syvende og sist overfører SVPWM -utgangsenheten portstasjonssignalene til strømmodulen til IPM, og oppnår motorbevegelseskontroll.

Kjernekontrollenhet

En 32 - bit DSP (TMS320F2812) fungerer som kjernekomponenten i servokontrollenheten. TMS320F2812 har en lav - strømdesign og en systemklokkefrekvens på opptil 150 MHz. Den inneholder en 32x32 - bit maskinvaremultiplikator, en forbedret Harvard -arkitektur, uavhengig program og datatilgangsbusser, en enhetlig minneadresse -modus, og støtter 4 mx16 - bit minne. Den integrerer også to dedikerte periferiutstyr for motorstyring (Event Managers, EVA og EVB) for å forenkle kontrollsystemets maskinvarearkitektur. Sammenlignet med systemer ved bruk av et 16 - bit fikset - poengformat, reduserer eller eliminerer effekten av digitale kvantiseringsfeil. I faktiske systemer, på grunn av 16-biters fastpunktformat, reduserer eller eliminerer 32-biters fastpunktsformat betydelig effekten av digitale kvantiseringsfeil. Kvantiseringsfeilen til 16-biters fastepunktformater er stor, noe som lett kan føre til pseudo-overføringer og ringe i numeriske beregninger, noe som forårsaker systemvibrasjon og støy. Når systemets prøvetakingsfrekvens øker, reduserer 16-biters ordlengdebegrensning oppløsningen av systemvariabler og koeffisienter, og nedbryter dermed systemkontrollytelsen. Imidlertid reduserer eller eliminerer bruken av et 32-biters fastpunktformat betydelig disse fenomenene, noe som gir høyere prøvetakingsfrekvenser og dermed øker systembåndbredden for bedre systemkontrollytelse.

Hovedstrømskrets

Utmerket Main Power Circuit Design er et avgjørende grunnlag for å lage en høy - Performance AC Servo Drive. Hovedstrømskretsen består av en integrert fase - skiftet (IPM) krets, som integrerer strømenheter med kontrolllogikk, stasjon, beskyttelse og deteksjonskretser. Den utfører først og fremst signalforsterkning, effektforsterkning og forskjellige beskyttelsesfunksjoner (inkludert overstrøm, kort - krets, overtemperatur og underspenningsbeskyttelse). Dette kretsløpet er preget av høyspenning og høy strøm. Foruten krav til møtedesign basert på elektroniske og elektriske prinsipper, krever også elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) design høy oppmerksomhet, og stiller strenge krav til komponentoppsett og ledning. Spesielt for høy - strømdesign, er substandard EMC -design i hovedkretsen ofte den viktigste årsaken til uforklarlige problemer som oppstår under produktprototypen feilsøkingsfase.

Gjeldende deteksjonskrets

Gjeldende kontroll er kjernekontrollkoblingen til servokontroll, og høy - Precision Current prøvetakingsteknologi er den grunnleggende garantien for denne høye - presisjonsstrømkontrollen. For å forbedre ytelsen til den nåværende sløyfen er sensorer avgjørende. Tonghang bruker lukket - sløyfestrøm sensorer fra en kjent global produsent av elektriske strømsensorer. Disse sensorene tilbyr bred båndbredde, utmerket generell nøyaktighet, kort responstid, lavtemperaturdrift, utmerket linearitet og lavt innsettingstap. En 16 - bit High - Precision, High - Båndbredde AD-omformer brukes som den analoge - til-digitale omformeren for å sikre nøyaktig gjeldende deteksjon.

Pålitelighetsdesign

Pålitelighet er et grunnleggende indikatorkrav som må garanteres av AC -servostasjoner. Elektromagnetisk kompatibilitet og pålitelighetsdesign oppnås fra følgende aspekter:

(1) Unngå sterk og svak strømovergang i design av elektrisk struktur. Busbaren høy - spenningsstrømforsyningskrets, motoren høy - Spenningsstasjonskrets og den svake strømkontrollkretsen er isolert fra hverandre, uten noen crossover og blanding, slik at oppsettet er optimalisert.

(2) PCB -brettnivå sterk og svak strømisolasjon. Fordelingen av kretskortspenningsnivåene vurderes fullt ut i designfasen, slik at de sterke og svake strømdelene er separert og kablet i forskjellige områder. For de spesielle strømforsyningskarakteristikkene til PM -broarmen, brukes kuttespor for å isolere den i verdensrommet under brettdesign, og krypningsavstand vurderes fullt ut.

(3) IPM -maskinvare og programvare Multiple Protection. IPM -alarmsignalet brukes fullt ut i maskinvaredesignet til Servo -stasjonen, og alarmsignalet sendes til de to hovedkjernebrikkene i systemet, DSP og den dedikerte brikken uavhengig utviklet. Den har høy - hastighet Real - Tidsbehandlingsfunksjoner og kan blokkere motorstyresignalet innen 50 ns. DSP, som kjernealgoritmen, etter å ha mottatt signalet, kan brikken også behandle den deretter. Dobbeltbeskyttelsen sikrer at servodyret kan beskyttes i sanntid under normal drift, selv om den møter en kortslutning forårsaket av forskjellige årsaker, og sikrer at maskinvarekretsen ikke er skadet.

(4) Integrering på en dedikert brikke forenkler systemforbindelse og strukturell design. (5) Innebygd programvare pålitelighetsdesign. Bruk multi - nivå programvarehunder, unntakshåndtering, feilhåndtering, fullstendig avbrudd i strømbeskyttelse, overflødig kodedesign, etc. for å forbedre programvare -påliteligheten.

(6) Streng enhetsscreening. Vær oppmerksom på vurderingen av komponentleverandører, og vær oppmerksom på valg av leverandører med godt omdømme og pålitelig kvalitet. For viktige komponenter, selv om kostnadene er høye og prisen er dyr, insisterer vi på å bruke dem. Endring av leverandører krever streng revisjonsprosessen bedre garanterer anskaffelse og tilførsel av råvarer. (7) Effektivt termisk designsystem. For luft - avkjølte radiatorer er det nødvendig med varmeutveksling med den omkringliggende luften. Etter at kjøleribbe og luftsammensetning er bestemt, er den termiske konduktiviteten en fast verdi. Plassen inne i chassiset er begrenset. Derfor, for å forbedre varmespredningseffekten, plasserer radiatoren til det generelle AC -servosystemet vifte- og radiatorbladene utenfor, noe som øker kontaktområdet mellom kjøleribben og luften, og oppnår utmerket varmeavspredningseffekt. I den faktiske anvendelsen, i forbindelse med utformingen av maskinverktøyet elektrisk skap, blir en front - til - tilbake gjennom - type installasjon tatt i bruk for å danne en lukket luftkanal på baksiden av det elektriske skapet. Dette kan redusere varmestrålingsrommet kraftig, redusere vindmotstanden og la den sirkulerende luften fjerne den genererte varmen i sanntid.

Universal AC Servo Control -algoritmearkitektur

I praktiske anvendelser, med tanke på det store gapet mellom V/F -kontroll og vektorkontroll når det gjelder kontrollytelse, kan førstnevnte i utgangspunktet erstattes av sistnevnte. Derfor inkluderer ikke den generelle AC -servo -stasjonen en V/F -algoritmemodul, som hovedsakelig inkluderer tre deler:

(1) Servokontroller;

(2) avkoblingskontroller;

(3) Gjeldende kontroll SVPWM -omformer.

Den nåværende kontrollsløyfen bruker digital strømkontroll i en stasjonær to - aksekoordinatsystem og inneholder en back - EMF -kompensasjonsstrategi for å øke den nåværende sløyfebåndbredden. Avkoblingskontrollsløyfen bruker et indirekte fremadgående rotorfelt - orientert kontrollstrategi. Servokontrollsløyfen inkluderer hastighet (og posisjon) kontrollere.

Servokontrolleren består av en hastighetskontroller og en posisjonskontroller. Posisjonssløyfen kan aktiveres eller deaktiveres basert på applikasjonskrav gjennom servoparameterkonfigurasjon. Formålet er å generere en passende hastighetskommando basert på posisjonsfeilsignalet gjennom en kompensator, og til slutt eliminere posisjonsfeil.

Hastighetskontrolleren bruker en proporsjonal - integralkontroller (PI) eller en integrert - proporsjonal kontroller (IP). Posisjonskontrolleren bruker en proporsjonal kontroller.

Avkoblingskontrolleren for AC Permanent Magnet Synchronous Servo Motors inkluderer en innledende rotorvinkelberegning og estimeringsenhet, en synkron elektrisk vinkelkalkulator og et synkron motorfelt - svekkelse av kontrolleren.

Avkoblingskontrolleren for AC asynkrone motorer inkluderer en eksitasjonsfluksgenerator, en rotorfluksobservatør og et asynkron motorfelt - svekkelse av kontrolleren.

Zhejiang (Hangzhou) Tongghang E - Drive Technology Co., Ltd.,Å trekke på mange års erfaring innen servo -drivkraftproduksjon, har bestemt at universell drivdesign er både gjennomførbar og praktisk, både fra perspektivet på drive maskinvarestruktur og kontrollalgoritme. Videre, kombinert med standardisert og rasjonell programvaredesignarkitektur, er det sikkert å designe utmerkede Universal Drive -produkter, noe som reduserer maskinvaren, design og arbeidskostnader for maskinverktøyfôr og spindelsystemer betydelig. Dette vil også bidra til å drive utviklere med å redusere prosjektutvikling og vedlikeholdskostnader, og unngå sløsing med menneskelige ressurser.