Servo Drive generale

Tonghang, attingendo a anni di esperienza nel settore delle macchine utensili CNC, ha progettato un'architettura di algoritmo di controllo razionale per le unità generali - Scopo AC. Incorporando oggetti - Concetti di programmazione orientati dall'ingegneria del software, possiamo progettare soluzioni di servomozione che soddisfano i requisiti dei clienti.

Nelle applicazioni di macchine utensili CNC, i sistemi di controllo del motore AC - sono diventati una tendenza di mercato tradizionale, con le applicazioni più importanti nei sistemi di alimentazione della macchina per macchine utensili. Gli attuatori principali utilizzati includono la variabile di induzione - motori di frequenza per unità mandrino in semplici torni a CNC, servomoli AC sincroni permanenti a magnete per il controllo dell'unità dell'albero di alimentazione e un servomotore di mandrini asincroni tali azionari di alimentazione con il mandrino tali azionari con il servomo di cambio. Questi controller del sistema di azionamento corrispondono a inverter per scopi generali -, unità service AC e un mandrino asincronoServo Drive generale, rispettivamente.

Attualmente, la maggior parte delle applicazioni di macchine utensili utilizza contemporaneamente almeno due di questi sistemi di guida, con macchine più complesse che richiedono tutti e tre. Nell'attuale mercato del servo AC, molti produttori di sistemi di servo drive cinesi spesso offrono solo un tipo di controller di guida o offrono diversi controller in diverse linee di prodotti. Ciò crea un carico di lavoro significativo e difficoltà per gli utenti di macchine utensili nella selezione, nella progettazione e nell'applicazione, portando a rifiuti inutili. Mentre i controller che integrano tutti e tre i tipi di controllo dell'unità sono disponibili a livello internazionale, sono relativamente costosi, ostacolando i costi di produzione di macchine utensili. Pertanto, Tonghang ha studiato e progettato in modo indipendente un sistema servo universale che integrasse più sistemi di controllo dell'unità, colmando questo divario in Cina.

Struttura e design hardware

Combinando un'esperienza precedente che sviluppa singolo tipo -, prodotti servomobili dedicati e analizzando le architetture hardware di tre sistemi di guida, è chiaro che le differenze hardware tra gli inverter generali -, i servi sincroni e i servi sincroni e i servi di servo sincroni e le unità di fuso asincroni sono minime, con i due virtualmente identici. Di seguito analizzano brevemente e spiega i componenti principali della piattaforma hardware Servo Drive Generale - condivisa da tutti e tre.

Architettura hardware

Il sistema Servo AC Universal adotta un design modulare con un alimentatore Bus DC comune. È costituito da due componenti principali: un modulo di inverter del motore e un modulo di alimentazione.

Questa comune architettura del bus DC utilizza la rettifica e il monitoraggio centralizzati di alimentazione, implementata da un modulo di raddrizzatore di potenza unificato. Ogni modulo inverter servo trae potenza dal bus CC attraverso connessioni parallele. Questo approccio centralizzato semplifica l'architettura hardware del servo e migliora l'affidabilità del sistema e riduce i costi attraverso la progettazione, la gestione e il monitoraggio centralizzati. Questa soluzione è attualmente ampiamente adottata dai produttori di sistemi CNC, inclusi Siemens.

Quella che segue è l'architettura hardware di base di un modulo di inverter del motore, costituito da un controller e una fase di alimentazione. Il controller si basa su un alto processore di segnale digitale per prestazioni - (DSP), mentre lo stadio di alimentazione è principalmente un modulo di alimentazione intelligente altamente integrato (IPM). La progettazione hardware si impegna a semplicità, con tutte le funzioni di controllo implementate nel software. Gli encoder ottici o i risolutori vengono utilizzati come sensori di feedback di posizione, mentre gli elementi di effetto Hall vengono utilizzati come sensori di feedback di corrente per rilevare la corrente effettiva in due fasi. Inoltre, la tensione del bus CC viene monitorata in tempo reale per regolare dinamicamente la tensione di uscita e la frenata rigenerativa viene utilizzata per ottenere quattro funzionamento del quadrante - del motore. Tutti i segnali di rilevamento vengono alimentati nel DSP tramite un convertitore digitale analogico - a -. Vengono quindi integrati e calcolati usando un algoritmo di controllo delle prestazioni - alto. Alla fine, l'unità di uscita SVPWM trasmette i segnali di trasmissione del gate del modulo di alimentazione all'IPM, raggiungendo il controllo del movimento del motore.

Dispositivo di controllo core

A 32 - bit dsp (TMS320F2812) funge da componente principale dell'unità di controllo servo. Il TMS320F2812 presenta un design di alimentazione - basso e una frequenza di clock di sistema fino a 150 MHz. Incorpora un moltiplicatore hardware 32x32 - bit, un'architettura di Harvard migliorata, un programma indipendente e bus di accesso ai dati, una modalità di indirizzamento della memoria unificata e supporta 4 MX16 - Memoria bit. Integra inoltre due periferiche di controllo del motore dedicato (Event Manager, EVA e EVB) per semplificare l'architettura hardware del sistema di controllo. Rispetto ai sistemi che utilizzano un Bit 16 - fisso - Formato punto, il formato 32 - Bit fisso - punti del formato punto riduce significativamente o elimina gli effetti degli errori di quantizzazione digitale. Nei sistemi effettivi, a causa del formato a punto fisso a 16 bit, il formato a punto fisso a 32 bit riduce significativamente o elimina gli effetti degli errori di quantizzazione digitale. L'errore di quantizzazione dei formati a punto fisso a 16 bit è grande, il che può facilmente portare a pseudo-transienti e squilli in calcoli numerici, causando vibrazioni e rumore del sistema. Inoltre, all'aumentare della frequenza di campionamento del sistema, la limitazione della lunghezza delle parole a 16 bit riduce la risoluzione delle variabili e dei coefficienti di sistema, degradando così le prestazioni di controllo del sistema. Tuttavia, l'uso di un formato a punto fisso a 32 bit riduce significativamente o elimina questi fenomeni, consentendo frequenze di campionamento più elevate e aumentando così la larghezza di banda del sistema per migliori prestazioni di controllo del sistema.

Circuito di potenza principale

L'eccellente design del circuito di potenza principale è una base cruciale per la creazione di un'alta drive AC AC - performance. Il circuito di alimentazione principale è costituito da un circuito di fase integrato - Shifted (IPM), che integra i dispositivi di alimentazione con i circuiti di logica di controllo, guida, protezione e rilevamento. Esegue principalmente l'amplificazione del segnale, l'amplificazione della potenza e le varie funzioni di protezione (tra cui sovracorrente, corto - circuito, sovratemperatura e protezione della sottotensione). Questo circuito è caratterizzato da alta tensione e alta corrente. Oltre a soddisfare i requisiti di progettazione basati su principi elettronici ed elettrici, la progettazione di compatibilità elettromagnetica (EMC) richiede anche un'elevata attenzione, ponendo rigorose richieste di layout e cablaggio dei componenti. Soprattutto per i progetti di potenza - alti, il design EMC scadente nel circuito di potenza principale è spesso la causa principale di problemi inspiegabili che si presentano durante la fase di debug del prototipo del prodotto.

Circuito di rilevamento di corrente

Il controllo corrente è il collegamento di controllo principale del controllo servo e la tecnologia di campionamento corrente - alta è la garanzia fondamentale per questo controllo di precisione - di precisione. Per migliorare le prestazioni dell'attuale ciclo, i sensori sono cruciali. Tonghang utilizza i sensori di corrente ad anello - chiusi da un rinomato produttore globale di sensori di corrente elettrica. Questi sensori offrono ampia larghezza di banda, eccellente precisione complessiva, tempi di risposta breve, deriva a bassa temperatura, linearità eccellente e bassa perdita di inserimento. A 16 - bit High - Precision, High - Convertitore AD larghezza di banda viene utilizzato come convertitore da digitale analogico - per garantire un rilevamento corrente accurato.

Progetto di affidabilità

L'affidabilità è un requisito di indicatore di base che deve essere garantito dalle unità di servo AC. La compatibilità elettromagnetica e il design dell'affidabilità sono raggiunti dai seguenti aspetti:

(1) Evitare il crossover di corrente forte e debole nella progettazione della struttura elettrica. Il circuito di alimentazione della tensione di Busbar High -, il circuito di azionamento a tensione del motore High - e il circuito di controllo del sistema di corrente debole sono isolati l'uno dall'altro, senza alcun crossover e miscelazione, in modo che il layout sia ottimizzato.

(2) Livello della scheda PCB Isolamento di corrente forte e debole. La distribuzione dei livelli di tensione del circuito è completamente considerato durante la fase di progettazione, in modo che le parti di corrente forti e deboli siano separate e cablate in diverse aree. Per le speciali caratteristiche di alimentazione del braccio del ponte PM, le scanalature di taglio vengono utilizzate per isolarlo nello spazio durante la progettazione della scheda e la distanza di scricchiolio è completamente considerata.

(3) Protezione multipla hardware e software IPM. Il segnale di allarme IPM è completamente applicato nella progettazione dell'hardware dell'unità servo e il segnale di allarme viene inviato ai due chip core principali nel sistema, DSP e il chip dedicato sviluppato in modo indipendente. Ha funzionalità di elaborazione del tempo - velocità - e può bloccare il segnale di controllo del motore entro 50 ns. Il DSP, come algoritmo centrale, dopo aver ricevuto il segnale, il chip può anche elaborarlo di conseguenza. La doppia protezione garantisce che l'unità servo possa essere protetta in tempo reale durante il normale funzionamento anche se incontra un corto circuito causato da vari motivi, garantendo che il circuito hardware non sia danneggiato.

(4) L'integrazione su un chip dedicato semplifica la connessione del sistema e la progettazione strutturale. (5) Progettazione dell'affidabilità del software incorporato. Utilizzare cani software a livello multi -, gestione delle eccezioni, gestione degli errori, interruzione completa della protezione della potenza, progettazione di codice ridondante, ecc. Per migliorare l'affidabilità del software.

(6) Screening rigoroso del dispositivo. Presta attenzione alla valutazione dei fornitori di componenti e presta attenzione alla selezione di fornitori con buona reputazione e qualità affidabile. Per i componenti chiave, anche se il costo è elevato e il prezzo è costoso, insistiamo per usarli. Il cambiamento dei fornitori richiede rigoroso il processo di audit garantisce meglio l'approvvigionamento e la fornitura di materie prime. (7) Sistema di progettazione termica efficiente. Per l'aria - radiatori raffreddati, è richiesto lo scambio di calore con l'aria circostante. Dopo aver determinato il materiale di dissipatore di calore e la composizione dell'aria, la conduttività termica è un valore fisso. Lo spazio all'interno del telaio è limitato. Pertanto, al fine di migliorare l'effetto di dissipazione del calore, il radiatore del sistema di servo AC generale colloca le lame del ventole e del radiatore, aumentando notevolmente l'area di contatto tra il dissipatore di calore e l'aria, ottenendo un eccellente effetto di dissipazione del calore. Nell'applicazione effettiva, insieme alla progettazione del cabinet elettrico della macchina utensile, viene adottata una parte anteriore - a - attraverso - l'installazione del tipo per formare un dotto di aria chiusa sul retro del mobile elettrico. Ciò può ridurre notevolmente lo spazio delle radiazioni termiche, ridurre la resistenza al vento e consentire all'aria circolante di togliere il calore generato in tempo reale.

Architettura dell'algoritmo di controllo service universale

In applicazioni pratiche, considerando il grande divario tra controllo V/F e controllo vettoriale in termini di prestazioni di controllo, il primo può sostanzialmente essere sostituito da quest'ultimo. Pertanto, l'unità Servo AC General non include un modulo algoritmo V/F, che include principalmente tre parti:

(1) Servo Controller;

(2) controller di disaccoppiamento;

(3) Convertitore SVPWM di controllo corrente.

Il ciclo di controllo corrente utilizza il controllo della corrente digitale in un sistema di coordinate dell'asse - stazionario e incorpora una strategia di compensazione EMF -} per aumentare la larghezza di banda corrente. Il ciclo di controllo di disaccoppiamento impiega un campo di rotore feedforward indiretto - Strategia di controllo orientata. Il ciclo di controllo servo include controller di velocità (e posizione).

Il servos controller è costituito da un controller di velocità e un controller di posizione. Il ciclo di posizione può essere abilitato o disabilitato in base ai requisiti dell'applicazione tramite la configurazione del parametro servo. Il suo scopo è generare un comando di velocità appropriato in base al segnale di errore di posizione attraverso un compensatore, eliminando in definitiva l'errore di posizione.

Il controller di velocità utilizza un controller integrale proporzionale - (PI) o un controller proporzionale - integrale (IP). Il controller di posizione utilizza un controller proporzionale.

Il controller di disaccoppiamento per i servi motori sincroni permanenti permanente CA include un unità di calcolo e stima dell'angolo del rotore iniziale, un calcolatore ad angolo elettrico sincrono e un campo motore sincrono - controller indebolito.

Il controller di disaccoppiamento per i motori asincroni CA include un generatore di flusso di eccitazione, un osservatore di flusso del rotore e un campo motore asincrono - controller indebolito.

Zhejiang (Hangzhou) Tonghang e - Drive Technology Co., Ltd.,Attingendo a anni di esperienza nella produzione di Servo Drive, ha determinato che la progettazione di unità universale è sia fattibile che conveniente, sia dal punto di vista della struttura hardware e dell'algoritmo di controllo. Inoltre, combinato con l'architettura di progettazione di software standardizzata e razionale, è certo progettare con successo eccellenti prodotti universali, riducendo in modo significativo i costi hardware, progettazione e manodopera dei sistemi di alimentazione e mandrino delle macchine utensili. Ciò contribuirà anche a guidare gli sviluppatori a ridurre i costi di sviluppo e manutenzione del progetto, evitando gli sprechi di risorse umane.