楊柳

摘要：精密直線電機ISD203智能伺服驅(qū)動器系統(tǒng)，建立永磁同步電機（PMSM），內(nèi)置PLC、驅(qū)動、運動控制功能于一體，建立PMSM位置伺服系統(tǒng)矢量控制模型。建立支持梯形圖的用戶程序編輯平臺、用戶程序編譯器及單板上運行的用戶程序解釋系統(tǒng)，研究驅(qū)動器內(nèi)部集成了單軸定位功能，支持第一速度定位、中斷定位、機械歸零、中斷停止等模式研究，位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制等控制模式，各軸通過主從式的差分總線連接，通過總線傳輸參數(shù)、控制各軸的運行，支持錯誤校驗和重試。

關鍵詞：精密直線電機;智能伺服系統(tǒng);驅(qū)動器;設計

0 ?引言

對于精密直線電機ISD203智能伺服系統(tǒng)驅(qū)動器的設計，首先，建立永磁同步電機（PMSM）數(shù)學模型，結(jié)合現(xiàn)代交流電機的矢量控制策略，分析PMSM位置三環(huán)控制結(jié)構(gòu)，建立PMSM位置伺服系統(tǒng)矢量控制模型。然后，可編程邏輯控制器（PLC）技術，研究建立支持梯形圖的用戶程序編輯平臺、用戶程序編譯器及單板上運行的用戶程序解釋系統(tǒng)，之后，研究驅(qū)動器內(nèi)部集成了單軸定位功能，支持第一速度定位、中斷定位、機械歸零、中斷停止等模式研究，位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制等控制模式，最后，各軸通過主從式的差分總線連接，通過總線傳輸參數(shù)、控制各軸的運行，支持錯誤校驗和重試，波特率125Kbps-2Mbps。

1 ?智能伺服系統(tǒng)驅(qū)動器

如圖1所示，智能伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由四個運動軸組成，其中包括三個直線軸和一個旋轉(zhuǎn)軸，各軸通過主從式的差分總線連接和組裝。

2 ?直線電機單軸定位和控制

如圖2所示，單軸定位即為X軸定位控制，20GM是中央控制器，可以實現(xiàn)單軸X的位置控制，同時，也可以實現(xiàn)多軸聯(lián)動的位置控制。如圖3所示，SH-20806C為控制器的主控電路，QF1和QF2為斷路器，控制著電路的電源電壓和電流。外圍電路連接圖包括KA1和KM2，其中，KA1為繼電器，KA2為接觸器。

3 ?伺服系統(tǒng)第一速度定位

移動軸在確定的終點所能達到的實際位置，為已經(jīng)定位。直線電機伺服控制定位，一般是通過位置、速度和力矩三種方式進行控制。第一速度定位方法是，伺服系統(tǒng)開始尋找起點的脈沖信號，一直搜索，直到找到信號，即起點，則馬上停止搜索，并以此為新的起點，這就是定位，這種方法就是第一速度定位。

4 ?中斷定位

如圖4所示，在定位處中斷，并轉(zhuǎn)入處理新的指令，處理完畢后，自動返回原位置，并反復尋找原點的脈沖信號，確認原點，并進行定位，繼續(xù)執(zhí)行原來的運動。

5 ?機械歸零

X軸、Y軸和Z軸的行程極限附近分別有一個開關，當分別接觸到這個開關時，機械坐標就自動清零，這樣就可以實現(xiàn)機械歸零。設計的時候?qū)ｉT有一個“機械歸零”的裝置，并連接按鈕。

6 ?驅(qū)動器控制模式選擇：位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制

速度控制是依據(jù)控制速度的大小和方向來進行控制的，轉(zhuǎn)矩控制是依據(jù)控制轉(zhuǎn)矩的大小和方向來進行控制的，而位置控制是通過控制各個運動部件的不同位置來進行控制的。具體采用什么控制方式要根據(jù)具體要求，滿足所需運動功能來進行選擇。對位置和速度有一定的精度要求，用轉(zhuǎn)矩模式不太方便，因此，速度和位置模式都采用。其中，對直線電機運動中的動態(tài)響應性能有較高的要求，需要實時對電機進行調(diào)整。那么如果伺服控制器本身的運算速度很慢，就用位置方式控制，來對直線電機個部件進行定位。如果伺服控制器運算速度比較快，可以用速度方式來進行控制，移除位置環(huán)，提高控制器的速度，降低驅(qū)動器的速度，提高直線電機運行速度，并進行定位。比如：第一速度定位。

采用DS-805伺服系統(tǒng)。使用速度和位置控制模式，如圖5所示，具有結(jié)構(gòu)合理、安全性高和可靠性高的特點，適用于各種高低轉(zhuǎn)速情況，并具備錯誤校驗和自動糾錯能力，同時有多種過載荷保護功能。

7 ?主從式的差分總線連接

各軸通過主從式的差分總線連接，通過總線傳輸參數(shù)、控制各軸的運行，支持錯誤校驗和重試，波特率125Kbps-2Mbps。為了更快的傳輸數(shù)據(jù)，并且以此傳輸更多的信息，可以增加現(xiàn)有并行總線的數(shù)量，也可以提高單通道的數(shù)據(jù)傳輸速率，然而隨著單通道速率的提升，電磁干擾會相應逐漸增大，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_率也會大大降低。為了解決這些問題，采用差分總線來傳輸，也就是電壓值取兩個電壓的差值，如圖6所示，將差分電壓（VP和Vn的差值）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從而減少了電磁干擾，提高了傳輸率和準確性。

8 ?結(jié)束語

精密直線電機ISD203智能伺服驅(qū)動器系統(tǒng)，集成永磁同步電機（PMSM），內(nèi)置PLC、驅(qū)動、運動控制功能于一體，同時支持高級TML運動語言;可單獨使用或多臺組網(wǎng)構(gòu)成多軸控制系統(tǒng)，并可共享各軸的I/O，并支持定位、電子齒輪、凸輪、同步控制。驅(qū)動器內(nèi)部集成了單軸定位功能，各軸通過主從式的差分總線連接，通過總線傳輸參數(shù)、控制各軸的運行，支持錯誤校驗和重試。從而使直線電機驅(qū)動器在各個方面的應用越來越廣泛。

參考文獻：

[1]李成桐，張敬賓，丁原彥.新一代伺服系統(tǒng)的現(xiàn)狀與展望[J].國內(nèi)外機電一體化技術，2002（1）.

[2]顏嘉男.伺服電機應用技術[M].北京：科學出版社，2010.

[3]TMS320LF240XA DSP Controllers Reference Guide，SPRU357B， Texas Instruments ? Incorporated，www.ti.com.

[4]高晗纓，孫力.采用雙CPU的混合式步進電動機速度控制系統(tǒng)[J].電機與控制學報，2002（4）：292-296.

[5]P Acarnley and P Gibbons，“Closed-loop control of stepping motors：Prediction and realization of optimum switching angle，”Proc.Inst.Elect.Eng， pt.B，vol.129，No 4： 211-216.

[6]周凱.步進驅(qū)動系統(tǒng)的高精度閉環(huán)控制[J].電機與控制學報，1998（1）：13-17.

[7]張莉松.伺服系統(tǒng)原理與設計[M].北京理工大學出版社，2005：77-80.