General Servo Drive

Tonghang, en s'appuyant sur des années d'expérience dans l'industrie des machines CNC, a conçu une architecture d'algorithme de contrôle rationnel pour les disques généraux de servomotes. En incorporant des concepts de programmation orientés Object - de l'ingénierie logicielle, nous pouvons concevoir des solutions Servo Drive qui répondent aux exigences des clients.

Dans les applications CNC Machine Tool, les systèmes de commande de moteur AC - sont devenus une tendance du marché grand public, les applications les plus importantes se trouvant dans l'arbre d'alimentation et les systèmes d'entraînement de broche. Les principaux actionneurs utilisés comprennent la variable d'induction - moteurs de fréquence pour les entraînements de broche dans des tours CNC simples, les servomoteurs AC synchrones à aimant permanent pour les entraînements de la broche en milieu d'arbre et les outils de machines à épiscalité asynchrones pour les outils de machines élevées. Ces contrôleurs du système d'entraînement correspondent aux onduleurs à but généraux -, à des disques AC et à une broche asynchroneGeneral Servo Drive, respectivement.

Actuellement, la plupart des applications de machines-outils utilisent au moins deux de ces systèmes d'entraînement simultanément, avec des machines plus complexes nécessitant les trois. Sur le marché actuel AC Servo Drive, de nombreux fabricants de systèmes de service de service chinois n'offrent souvent qu'un seul type de contrôleur d'entraînement ou proposent différents contrôleurs dans différentes gammes de produits. Cela crée une charge de travail et une difficulté importants pour les utilisateurs de machines-outils dans la sélection, la conception et l'application, conduisant à des déchets inutiles. Bien que les contrôleurs intégrant les trois types de contrôle du lecteur soient disponibles à l'international, ils sont relativement chers et entravent les coûts de fabrication des machines-outils. Par conséquent, Tonghang a recherché et conçu de manière indépendante un système de servo universel qui intègre plusieurs systèmes de contrôle de conduite, comblant cette lacune en Chine.

Structure et conception matérielle

En combinant une expérience antérieure développant un type - unique, des produits de conduite de servo dédiés et en analysant les architectures matérielles de trois systèmes d'entraînement, il est clair que les différences matérielles entre les onduleurs généraux -, les services de servo synchrones et les disques asynchrones sont minimes, les deux derniers étant virtuellement identiques. Ce qui suit analyse et explique brièvement les principaux composants de la plate-forme matérielle générale - SERVO Drive partagée par les trois.

Architecture matérielle

Le système Universal AC Servo adopte une conception modulaire avec une alimentation en bus CC commune. Il se compose de deux composants principaux: un module d'onduleur moteur et un module d'alimentation.

Cette architecture de bus CC courante utilise une rectification et une surveillance centralisées de l'alimentation électrique, implémentées par un module de redresseur de puissance unifié. Chaque module de servomoteur tire la puissance du bus CC à travers des connexions parallèles. Cette approche centralisée simplifie l'architecture matérielle servo et améliore la fiabilité du système et réduit les coûts grâce à la conception, à la gestion et à la surveillance centralisées de l'alimentation électrique. Cette solution est actuellement largement adoptée par les fabricants de systèmes CNC, y compris Siemens.

Ce qui suit est l'architecture matérielle de base d'un module d'onduleur moteur, composé d'un contrôleur et d'une étape d'alimentation. Le contrôleur est basé sur un processeur de signal numérique ({1}} élevé (DSP), tandis que l'étape de puissance est principalement un module de puissance intelligent hautement intégré (IPM). La conception du matériel s'efforce de simplifier, toutes les fonctions de contrôle implémentées dans les logiciels. Les encodeurs ou résolveurs optiques sont utilisés comme capteurs de rétroaction de position, tandis que les éléments de l'effet Hall sont utilisés comme capteurs de rétroaction de courant pour détecter le courant réel en deux phases. De plus, la tension de bus CC est surveillée en temps réel pour ajuster dynamiquement la tension de sortie, et le freinage régénératif est utilisé pour réaliser quatre - fonctionnement du moteur. Tous les signaux de détection sont introduits dans le DSP via un convertisseur numérique analogique - à -. Ils sont ensuite intégrés et calculés à l'aide d'un algorithme de contrôle des performances élevé -. En fin de compte, l'unité de sortie SVPWM transmet les signaux d'entraînement de la porte du module d'alimentation vers l'IPM, atteignant le contrôle de mouvement du moteur.

Dispositif de contrôle de base

Un bit 32 - DSP (TMS320F2812) sert de composant central de l'unité de contrôle Servo. Le TMS320F2812 dispose d'une conception d'alimentation faible - et d'une fréquence d'horloge système allant jusqu'à 150 MHz. Il intègre un multiplicateur de matériel Bit 32x32 -, une architecture Harvard améliorée, un programme indépendant et des bus d'accès aux données, un mode d'adressage de mémoire unifié et prend en charge 4 MX16 - Bit Memory. Il intègre également deux périphériques de contrôle moteur dédiés (gestionnaires d'événements, EVA et EVB) pour simplifier l'architecture matérielle du système de contrôle. Comparé aux systèmes utilisant un format point 16 - fixe -, le format ponctuel 32 - fixe - réduit ou élimine considérablement les effets des erreurs de quantification numérique. Dans les systèmes réels, en raison du format à point fixe 16 bits, le format à virgule fixe 32 bits réduit considérablement ou élimine les effets des erreurs de quantification numérique. L'erreur de quantification des formats à virgule fixe 16 bits est grande, ce qui peut facilement entraîner des pseudo-transitoires et une sonnerie dans les calculs numériques, provoquant des vibrations et du bruit du système. De plus, à mesure que la fréquence d'échantillonnage du système augmente, la limitation de la longueur des mots 16 bits réduit la résolution des variables et des coefficients du système, dégradant ainsi les performances de contrôle du système. Cependant, l'utilisation d'un format à virgule fixe 32 bits réduit considérablement ou élimine ces phénomènes, permettant des fréquences d'échantillonnage plus élevées et augmentant ainsi la bande passante du système pour de meilleures performances de contrôle du système.

Circuit d'alimentation principal

L'excellente conception du circuit d'alimentation principal est un fondement crucial pour créer un lecteur de servo de performance - élevé. Le circuit d'alimentation principal se compose d'un circuit de phase intégré - décalé (IPM), qui intègre les dispositifs d'alimentation avec la logique de contrôle, le lecteur, la protection et les circuits de détection. Il effectue principalement une amplification du signal, une amplification de puissance et diverses fonctions de protection (y compris le surintensité, le court-circuit -, la surchauffe et la protection contre la sous-tension). Ce circuit est caractérisé par une haute tension et un courant élevé. En plus de répondre aux exigences de conception basées sur des principes électroniques et électriques, la conception de la compatibilité électromagnétique (EMC) nécessite également une attention élevée, en plaçant des exigences strictes sur la disposition et le câblage des composants. Surtout pour les conceptions de puissance élevées -, la conception EMC de qualité inférieure dans le circuit de puissance principal est souvent la cause profonde de problèmes inexplicables qui surviennent pendant la phase de débogage du prototype de produit.

Circuit de détection de courant

Le contrôle actuel est le lien de contrôle central de la commande de servo, et la technologie d'échantillonnage actuelle de précision élevée est la garantie fondamentale de ce contrôle courant de précision élevé -. Pour améliorer les performances de la boucle actuelle, les capteurs sont cruciaux. Tonghang utilise des capteurs de courant en boucle fermés - d'un fabricant mondial renommé de capteurs de courant électrique. Ces capteurs offrent une large bande passante, une excellente précision globale, un temps de réponse court, une dérive à basse température, une excellente linéarité et une faible perte d'insertion. Un 16 - Bit High - Precision, High - BandWidth AD Le convertisseur est utilisé comme convertisseur tacital analogique - pour assurer une détection de courant précise.

Conception de fiabilité

La fiabilité est une exigence d'indicateur de base qui doit être garantie par les disques de servomotes AC. La compatibilité électromagnétique et la conception de la fiabilité sont obtenues à partir des aspects suivants:

(1) Évitez le croisement de courant fort et faible dans la conception de la structure électrique. Le circuit d'alimentation de la tension Busbar High -, le circuit d'entraînement de tension élevé à moteur élevé - et le circuit de contrôle du système de courant faible sont isolés les uns des autres, sans aucun croisement et mélange, de sorte que la disposition est optimisée.

(2) Niveau de la carte PCB Isolement fort et faible actuel. La distribution des niveaux de tension de la carte de circuit imprimé est entièrement prise en compte pendant la phase de conception, de sorte que les pièces de courant fort et faible sont séparées et câblées dans différentes zones. Pour les caractéristiques spéciales de l'alimentation du bras de pont PM, les rainures de coupe sont utilisées pour l'isoler dans l'espace pendant la conception de la planche et la distance de fluage est pleinement prise en compte.

(3) Protection multiple matériel et logiciel IPM. Le signal d'alarme IPM est entièrement appliqué dans la conception matérielle du lecteur Servo, et le signal d'alarme est envoyé aux deux puces principales principales du système, du DSP et de la puce dédiée développée indépendamment. Il a des capacités de traitement du temps élevé - Le DSP, en tant qu'algorithme central, après avoir reçu le signal, la puce peut également la traiter en conséquence. La double protection garantit que le service servo peut être protégé en temps réel pendant le fonctionnement normal, même s'il rencontre un court-circuit causé par diverses raisons, garantissant que le circuit matériel n'est pas endommagé.

(4) L'intégration sur une puce dédiée simplifie la connexion du système et la conception structurelle. (5) Conception de fiabilité du logiciel intégré. Utilisez des chiens de logiciels de niveau multi -, la gestion des exceptions, la manipulation des pannes, l'interruption complète de protection de puissance, la conception de code redondante, etc. pour améliorer la fiabilité des logiciels.

(6) Dépistage strict des appareils. Faites attention à l'évaluation des fournisseurs de composants et faites attention à la sélection des fournisseurs avec une bonne réputation et une qualité fiable. Pour les composants clés, même si le coût est élevé et que le prix est coûteux, nous insistons pour les utiliser. L'évolution des fournisseurs nécessite un strict du processus d'audit garantit mieux les achats et la fourniture de matières premières. (7) Système de conception thermique efficace. Pour l'air - radiateurs refroidis, l'échange de chaleur avec l'air environnant est requis. Une fois le matériau du dissipateur thermique et la composition d'air déterminée, la conductivité thermique est une valeur fixe. L'espace à l'intérieur du châssis est limité. Par conséquent, afin d'améliorer l'effet de dissipation thermique, le radiateur du système de servo Général AC place les lames du ventilateur et du radiateur à l'extérieur, augmentant considérablement la zone de contact entre le dissipateur de chaleur et l'air, réalisant un excellent effet de dissipation thermique. En application réelle, en conjonction avec la conception de l'armoire électrique de la machine-outil, un front - à - via -, l'installation de type est adoptée pour former un conduit d'air fermé à l'arrière de l'armoire électrique. Cela peut réduire considérablement l'espace de rayonnement thermique, réduire la résistance au vent et permettre à l'air circulant de retirer la chaleur générée en temps réel.

Architecture d'algorithme universel AC Servro Control

Dans les applications pratiques, compte tenu du grand écart entre le contrôle V / F et le contrôle des vecteurs en termes de performances de contrôle, les premiers peuvent essentiellement être remplacés par le second. Par conséquent, le lecteur général AC ne comprend pas de module d'algorithme V / F, qui comprend principalement trois parties:

(1) Contrôleur servo;

(2) contrôleur de découplage;

(3) Convertisseur SVPWM de contrôle actuel.

La boucle de contrôle actuelle utilise le contrôle de courant numérique dans un système de coordonnées axes à deux - et intègre une stratégie de compensation EMF arrière - pour augmenter la bande passante de boucle actuelle. La boucle de contrôle du découplage utilise un champ de rotor indirect pour les aliments pour animaux de nourriture - stratégie de contrôle orientée. La boucle de commande de servo comprend des contrôleurs de vitesse (et de position).

Le contrôleur servo se compose d'un contrôleur de vitesse et d'un contrôleur de position. La boucle de position peut être activée ou désactivée en fonction des exigences d'application via la configuration des paramètres de servo. Son objectif est de générer une commande de vitesse appropriée en fonction du signal d'erreur de position via un compensateur, éliminant finalement l'erreur de position.

Le contrôleur de vitesse utilise un contrôleur intégral proportionnel - (PI) ou un contrôleur proportionnel intégral - (IP). Le contrôleur de position utilise un contrôleur proportionnel.

Le contrôleur de découplage pour les servomoteurs synchrones permanents AC comprend une unité de calcul et d'estimation d'angle de rotor initial, une calculatrice d'angle électrique synchrone et un champ moteur synchrone - Affaiblissant le contrôleur.

Le contrôleur de découplage pour les moteurs asynchrones AC comprend un générateur de flux d'excitation, un observateur de flux de rotor et un champ de moteur asynchrone - Affaiblissant le contrôleur.

Zhejiang (Hangzhou) Tonghang E - Drive Technology Co., Ltd.,S'appuyant sur des années d'expérience dans la production de service des servomotes, a déterminé que la conception universelle du lecteur est à la fois faisable et pratique, à la fois du point de vue de la structure matérielle du lecteur et de l'algorithme de contrôle. En outre, combiné avec une architecture de conception de logiciels standardisée et rationnelle, il est certain de concevoir avec succès d'excellents produits de lecteur universel, réduisant considérablement le matériel, la conception et les coûts de main-d'œuvre des systèmes d'alimentation et de broche. Cela aidera également les développeurs à réduire les coûts de développement et de maintenance des projets, en évitant le gaspillage des ressources humaines.