萊姆電流傳感器在數字伺服驅動器中的應用及全數字伺服電流環設計(08-100)

　　引言

　　伺服技術是跟蹤與定位控制技術，是機電一體化技術的重要組成部分，它廣泛地應用于數控機床、工業機器人等自動化裝備中。隨著現代工業生產規模的不斷擴大，各個行業對電伺服系統的需求日益增大，并對其性能提出了更高的要求。因此研究、制造高性能、高可靠性的伺服驅動系統是工業先進國家競相努力的目標，有著十分重要的現實意義。

　　目前數字伺服驅動器基本被日本、歐美等國家壟斷。我國每年需要從國外進口大量的此類設備用于CNC數控機床等行業，進口驅動器價格高，維修服務不便。我國具有自主知識產權的全數字式伺服驅動器約于90年代開始規模化生產制造。華中數控HSV系列全數字交流伺服電機驅動單元具有良好的性能。我公司自主開發的全數字交流伺服系統調速比為1:5000。高端產品往往要采用國外的交流伺服系統，主要是國產伺服驅動控制器在高速和高精等控制特性方面，與日本的FANUC、三菱、松下、富士以及德國的西門子等國外先進產品相比，還存在著顯著差距。

　　數字伺服系統的控制策略

　　數字伺服系統一般是由三個閉環來完成. 其原理如圖1所示，第一層是位置環、第二層是速度環、第三層是電流環;其中位置、速度都是外環，而電流環則是系統內的內環，它的構成是由核心硬件以及關鍵解算軟件組成的，全數字伺服系統是數控機床的核心傳動部分，也是技術難度最大的部分，其最主要的特點就是高速、高精、功能豐富多樣。電流環是伺服系統的核心控制環，而保證速度精度以及力矩平穩性的最關鍵就是數字伺服中的電流環的設計，所以一個系統性能是否優秀與電流環的設計息息相關。

　　圖1 永磁同步電機伺服系統的基本框圖

　　永磁同步電機矢量控制系統框圖如圖2所示.從圖2可知，永磁同步電機矢量控制系統主要由下面幾部分組成：1)轉子磁極位置檢測和速度計算模塊;2)速度，電流調節器;3)坐標變換模塊;4)SVPWM模塊;5)整流和逆變模塊;6)電壓/電流采樣模塊。其控制過程如下：速度指令信號與檢測到的轉子速度信號相比較，經速度控制器的調節，輸出指令信號，作q軸電流控制器給定信號，d軸電流控制器的給定信號為0。電流采樣得到的三相定子電流通過Clark變換化為坐標系兩相電流，通過Park變換后，化為d-q旋轉坐標系的電流值，分別是d軸和q軸電流調節器的反饋輸入。d軸和q軸電流的給定和反饋之間的偏差分別輸入到d軸和q軸的電流控制器，經過控制器的調節后輸出電壓，再經過Park逆變換分別化為α-β坐標系軸電壓，調制SVPWM模塊輸出六路PWM，驅動IGBT產生頻率和幅值可變的三相正弦電流輸入電機。

　　圖2 永磁同步電機矢量控制系統框圖