xinje技术支持培训材料3

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1、.3、基于PLC的交流永磁同步伺服系统3.1系统总体结构3.1.1永磁交流伺服系统的基本结构它与一般的反馈控制系统一样，也是由控制器、被控对象、反馈测量装置等部分组成。其结构如图2-1所示：图2-1伺服系统总结构框图3.1.2永磁交流伺服系统的基本原理伺服系统是自动控制系统的一类，它的输出变量通常是机械或位置的运动，它的根本任务是实现执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出变量的某种状态能够自动、连续、精确地复现输入指令信号的变化规律。由图（2-1）可以看出，输入给控制器PLC后，PLC发命令（如脉冲个数，固定频率的脉冲等）给伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服电机按命令执行，通过旋转编码器反馈电机

2、的执行情况与接收到的命令进行对比并在内部进行调整，使其与接收到的命令一致，从而实现精确的定位。而负载的运动情况（位置、速度等）通过相应传感器反馈到控制器输入端与输入命令进行比较，实现闭环控制。当然，伺服系统也可以是半闭环控制。下面就逐一介绍各个部分的原理。3.2系统各部分原理3.2.1交流永磁同步伺服电机伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲

3、形成了呼应，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时通过旋转编码器又反馈了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机（PermanentMagnetSynchronousMotor简称PMSM）得以迅速的推广应用。3.2.2永磁同步电机的结构...永磁同步电机是由绕线式同步电机发展而来，它用永磁体代替了电励磁，从而省去了励磁线圈、滑环与电刷，其定子电流与绕线式同步电机基本相同，输入为对称正弦交流电，故称为交流永磁同步电机。永磁同步伺服电机主

4、要由定子、转子及测量转子位置的传感器构成。定子主要包括电枢铁心和三相对称电枢绕组，它们的轴线在空间彼此相差120度。绕组嵌放在铁心的槽中；转子主要由永磁体、导磁轭和转轴构成。永磁体贴在导磁轭上，导磁轭为圆筒形，套在转轴上；当转子直径比较小时，可以直接把永磁体贴在导磁轴上。转子同轴连接有位置、速度传感器，用于检测转子磁极相对于定子绕组的相对位置以及转子转速。永磁同步伺服电机实际如图2-2所示：图2-2伺服电机3.2.3永磁同步电机的原理永磁同步电机产生旋转磁场的机理同三相感应电机一样，电机当其对称三相绕组接通对称三相电源后，流过绕组的电流在定转子气隙中建立起旋转磁场，其转速为:(rpm)式中f—

5、电源频率p—定子极对数即磁场的转速正比于电源频率，反比于定子的极对数；磁场的旋转方向取决于绕组电流的相序。与普通同步电机不同的是，永磁同步电机的转子用永磁体代替。当永磁同步电动机的定子通入对称三相交流电时，定子将产生一个以同步转速推移的旋转磁场。在稳态情况下，转子的转速恒为磁场的同步转速。于是，定子旋转磁场与转子的永磁体产生的永磁体产生的主极磁场保持静止，它们之间相互作用，产生电磁转矩拖动转子旋转，进行电机能量转换。当负载发生变化时，转子的瞬时转速就会发生变化，这时，如果通过传感器检测转子的位置和速度，根据转子永磁体磁场的位置，利用逆变器控制定子绕组中电流的大小，相位和频率，便会产生连续的转矩

6、作用到转子上，这就是闭环控制的永磁同步电机的工作原理。3.2.4伺服驱动器可以说，伺服驱动器是整个伺服系统的核心，其集先进的控制技术和控制策略为一体，使其非常适用于高精度、高性能要求的伺服驱动领域。交流永磁同步伺服驱动器主要由伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器和电流控制器等等。...目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，其优点是可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件通常采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路，IPM内部集成了驱动电路，同时具有过电压

7、、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路。其结构组成如图所示：图伺服驱动器内部结构图伺服驱动器大体可以划分为功能比较独立的功率板和控制板两个模块。功率板（驱动板）是强电部分，其中包括两个单元，一是功率驱动单元IPM用于电机的驱动，二是开关电源单元为整个系统提供数字和模拟电源。控制板是弱电部分，是电机的控制核心也是伺服驱动器技术核心控制算法的运行载体。控制板通过相应的算法输出PWM信号，作为驱动电路的