眾為興永磁同步電機系統(tǒng)在給料機系統(tǒng)中的應(yīng)用
關(guān)鍵詞：
永磁同步電機系統(tǒng)，給料機系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)
概述：
目前給料機給料器主要采用交流伺服電機。但是隨著產(chǎn)品的升級，客戶要求伺服電機具有高速、高平穩(wěn)性、高過載能力、低成本、小體積等特點。為了適應(yīng)這種市場需求，眾為興公司開發(fā)了一套新的低壓伺服電機驅(qū)動器系統(tǒng)。
內(nèi)容：
概述?
失重式給料機由料斗、喂料器（單、雙軸螺旋喂料器）、稱重系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器組成，在操作中，料斗、物料和喂料器共同連續(xù)地進(jìn)行稱重。隨著物料送出后，測量真實的失重速率，并將它與所需要的失重速率（設(shè)定值）加以比較。失重式給料機（失重給料機）通過調(diào)解喂料器速率來自動修正偏離設(shè)定點的偏值。從而可以均勻準(zhǔn)確地連續(xù)喂送物料。 目前給料機給料器主要采用交流伺服電機。但是隨著產(chǎn)品的升級，客戶要求伺服電機具有高速、高平穩(wěn)性、高過載能力、低成本、小體積等特點。為了適應(yīng)這種市場需求，我們公司開發(fā)了一套新的低壓伺服電機驅(qū)動器系統(tǒng)。該系統(tǒng)由QS208020M驅(qū)動器和ACL06040B-2B伺服電機來組成，可以應(yīng)用于失重式給料機系統(tǒng)中。?
1．伺服電機ACL06040B-2B?
給料機要求螺桿軸的電機具有較寬的轉(zhuǎn)速范圍，運行平穩(wěn)。計算表明，在一定降額的情況下，400W就具有足夠的余量。而且給料機系統(tǒng)中大部分具有60V開關(guān)電源，所以我們選擇了60V、400W、3000rpm作為永磁同步電機的額定參數(shù)。電機的定子采用4對極繞組，永磁體采用高性能的稀土永磁材料（Nd-FeB）。反饋元件采用2500線的增量式光電編碼器，電機的分辨率為10000脈沖/每圈。 電機參數(shù)見下表1
電機型號 | ACL06040B-2B | 線電阻(Ω) | 0.3327±10％ |
額定功率(W) | 400 | 線電感(mH) | 1.41±10％ |
額定電壓(V) | 60 | 轉(zhuǎn)子慣量(Kg.m2*10-4) | 0.3221±10％ |
額定電流(A) | 8.4±10％ | 力矩系數(shù)(NM/A) | 0.1501±10％ |
峰值電流 | 16.1±10％ | 反電動勢系數(shù)(V/KRPM) | 9.08±10％ |
額定轉(zhuǎn)速(RPM) | 3000 | 額定扭矩(NM) | 1.27 |
表1：ACL06040B-2B電機參數(shù)表 實際測量電機的特性曲線入下圖所示。測試方法是先設(shè)定電機的轉(zhuǎn)速為3000rpm，然后負(fù)載從0慢慢增加到0.64NM，測試電機的實際轉(zhuǎn)速。
?圖1：ACL06040B-2B電機運頻特性?
測試數(shù)據(jù)表明，在整個加載過程中，電機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3000±1rpm，因此其相對轉(zhuǎn)速變化率?
?其中 n0 =空載時轉(zhuǎn)速 nl=滿負(fù)載時轉(zhuǎn)速。 從測試數(shù)據(jù)來看電機在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運行非常平穩(wěn)。通過對比測試發(fā)現(xiàn)，其平穩(wěn)性并不國外著名品牌的差，而且價格具有較大的優(yōu)勢。
2．交流伺服驅(qū)動器QS208020M?
伺服的控制要求和步進(jìn)電機或感應(yīng)電機有較大的區(qū)別，它要求電機具有控制系統(tǒng)具有響應(yīng)快、精度高、高轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩脈動小等特點。目前FOC算法是較為成熟的算法之一，本驅(qū)動器采用基于TMS320F2801和FOC算法技術(shù)進(jìn)行對電機動態(tài)解耦控制。 2.1磁場定向控制原理 伺服驅(qū)動器的控制原理圖如下： 1.轉(zhuǎn)子磁極位置檢測和速度計算模塊； 2.位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)控制器； 3.3S/2S,2S/2R,2R/2S坐標(biāo)變換模塊； 4.SVPWM模塊； 5.三相逆變模塊。 QS208020M伺服驅(qū)動器通過電流采樣電阻或者霍爾電流傳感器檢測電機的相電流ia、ib，（其中ic可以由方程 ia+ib+ic=0求得，因此實際應(yīng)用中只需要采集兩相電流就足夠了）。所采樣到的相電流經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字量并送進(jìn)DSP做處理。 通過Clarke變換和Park變換將電流ia，ib，ic變換成旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流分量id、iq。id?、iq作為電流負(fù)反饋送到電流調(diào)節(jié)器中進(jìn)行處理。 給定位置θref與位置反饋量θm的偏差經(jīng)過位置調(diào)節(jié)器計算，其輸出作為參考轉(zhuǎn)速nref，nref與轉(zhuǎn)速反饋量n的偏差經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器、其輸出作為用于轉(zhuǎn)矩控制的q軸電流參考分量iqref。以轉(zhuǎn)速反饋量n作為輸入的函數(shù)發(fā)生器，根據(jù)控制策略制定的'n-Ψ'曲線給出了用于產(chǎn)生磁場的d軸電流參考分量idref。idref和iqref與電流反饋量iq，id的偏差經(jīng)過電流調(diào)節(jié)器，分別輸出Οdq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的相電壓分量vqref和vdref。再經(jīng)過Park逆變換轉(zhuǎn)換成Οαβ直角坐標(biāo)系的定子相電壓矢量的分量varef和vbref。 編碼器會反饋轉(zhuǎn)子的磁極位置信號UVW，可以通過UVW信號來確定轉(zhuǎn)子所在的扇區(qū)，就可以利用SVPWM模塊，產(chǎn)生三相PWM斬波，從而可以采用類似直流電機的方法進(jìn)行控制交流伺服電機。?
圖2：QS2伺服驅(qū)動器工作原理(點擊圖片可放大查看原圖)?
QS2伺服驅(qū)動器。?本伺服驅(qū)動器采用了32位高性能的DSP芯片，采用先進(jìn)的FOC技術(shù)。它具有高性能，高精度，體積小巧，使用方便等優(yōu)點。通過在給料機系統(tǒng)上測試表明，電機從靜止到加速到最高轉(zhuǎn)速，僅需要約10毫秒的時間。故在給料機這種高精度、高響應(yīng)性的場合，能很好地滿足客戶需求。 1.給料機系統(tǒng)分析。?
圖3：給料機工作原理 給料機的結(jié)構(gòu)
如上圖所示。顆粒通過漏斗往下進(jìn)入螺桿軸。其中攪拌軸在工作時做攪拌用，可以增加顆粒物的流動性。顆粒從螺桿的螺紋間隙中，隨著這螺桿是旋轉(zhuǎn)不斷向前推薦。假設(shè)螺桿旋轉(zhuǎn)一圈，顆粒物前進(jìn)的質(zhì)量為Δm。因此螺桿軸輸出的物料的質(zhì)量M=Δm*L，其中L是螺桿旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。由上述可知，控制電機所旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，就能控制顆粒物給料的質(zhì)量。 本應(yīng)用案例中，采用的是QS208020M+ACL06040B-2B電機，輸入方式采用模擬量輸入控制轉(zhuǎn)速，其具有響應(yīng)快，控制精度高的特點，能很好的應(yīng)用在給料機系統(tǒng)當(dāng)中。 2.結(jié)論 給料機的螺桿軸對伺服性能要求體現(xiàn)在響應(yīng)性和平穩(wěn)性和定位精度。本數(shù)字 伺服系統(tǒng)有響應(yīng)快，轉(zhuǎn)矩脈動小，精度高的特點能很好的應(yīng)用在給料系統(tǒng)中。 目前，QS208020M驅(qū)動器已經(jīng)ACL06040B-2B電機已經(jīng)大量的應(yīng)用在給料機行業(yè)中。下圖為某公司的給料機系統(tǒng)，該系統(tǒng)就在行業(yè)處于領(lǐng)先地位，其用的就是本公司的產(chǎn)品。
