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伺服驱动器的测试平台及有关参数

阅读次数:583    发布时间: 2023-09-14 15:32:33

一、工作原理

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,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。功率器件普遍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、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流,得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电,再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元(AC-DC)主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。

二、测试平台

伺服驱动器的测试平台主要有以下几种:采用伺服驱动器—电动机互馈对拖的测试平台、采用可调模拟负载的测试平台、采用有执行电机而没有负载的测试平台、采用执行电机拖动固有负载的测试平台和采用在线测试方法的测试平台。

1采用伺服驱动器—电动机互馈对拖的测试平台

这种测试系统由四部分组成,分别是三相PWM整流器、被测伺服驱动器—电动机系统、负载伺服驱动器—电动机系统及上位机,其中两台电动机通过联轴器互相连接。被测电动机工作于电动状态,负载电动机工作于发电状态。被测伺服驱动器—电动机系统工作于速度闭环状态,用来控制整个测试平台的转速,负载伺服驱动器—电动机系统工作于转矩闭环状态,通过控制负载电动机的电流来改变负载电动机的转矩大小,模拟被测电机的负载变化,这样互馈对拖测试平台可以实现速度和转矩的灵活调节,完成各种试验功能测试。上位机用于监控整个系统的运行,根据试验要求向两台伺服驱动器发出控制指令,同时接收它们的运行数据,并对数据进行保存、分析与显示。

对于这种测试系统,采用高性能的矢量控制方式对被测电动机和负载设备分别进行速度和转矩控制,即可模拟各种负载情况下伺服驱动器的动、静态性能,完成对伺服驱动器的全面而准确的测试。但由于使用了两套伺服驱动器—电动机系统,所以这种测试系统体积庞大,不能满足便携式的要求,而且系统的测量和控制电路也比较复杂、成本也很高。

2采用可调模拟负载的测试平台

这种测试系统由三部分组成,分别是被测伺服驱动器—电动机系统、可调模拟负载及上位机。可调模拟负载如磁粉制动器、电力测功机等,它和被测电动机同轴相连。上位机和数据采集卡通过控制可调模拟负载来控制负载转矩,同时采集伺服系统的运行数据,并对数据进行保存、分析与显示。对于这种测试系统,通过对可调模拟负载进行控制,也可模拟各种负载情况下伺服驱动器的动、静态性能,完成对伺服驱动器的全面而准确的测试。但这种测试系统体积仍然比较大,不能满足便携式的要求,而且系统的测量和控制电路也比较复杂、成本也很高。 

3采用有执行电机而没有负载的测试平台

这种测试系统由两部分组成,分别是被测伺服驱动器—电动机系统和上位机。上位机将速度指令信号发送给伺服驱动器,伺服驱动器按照指令开始运行。在运行过程中,上位机和数据采集电路采集伺服系统的运行数据,并对数据进行保存、分析与显示。由于这种测试系统中电机不带负载,所以与前面两种测试系统相比,该系统体积相对减小,而且系统的测量和控制电路也比较简单,但是这也使得该系统不能模拟伺服驱动器的实际运行情况。通常情况下,此类测试系统仅用于被测系统在空载情况下的转速和角位移的测试,而不能对伺服驱动器进行全面而准确的测试。 

4采用执行电机拖动固有负载的测试平台

这种测试系统由三部分组成,分别是被测伺服驱动器—电动机系统、系统固有负载及上位机。上位机将速度指令信号发送给伺服驱动器,伺服系统按照指令开始运行。在运行过程中,上位机和数据采集电路采集伺服系统的运行数据,并对数据进行保存、分析与显示。 

对于这种测试系统,负载采用被测系统的固有负载,因此测试过程贴近于伺服驱动器的实际工作情况,测试结果比较准确。但由于有的被测系统的固有负载不方便从装备上移走,因此测试过程只能在装备上进行,不是很方便。

5采用在线测试方法的测试平台

这种测试系统只有数据采集系统和数据处理单元。数字采集系统将伺服驱动器在装备中的实时运行状态信号进行采集和调理,然后送给数据处理单元供其进行处理和分析,最终由数据处理单元做出测试结论。由于采用在线测试方法,因此这种测试系统结构比较简单,而且不用将伺服驱动器从装备中分离出来,使测试更加便利。此类测试系统完全根据伺服驱动器在实际运行中进行测试,因此测试结论更加贴近实际情况。但是由于许多伺服驱动器在制造和装配方面的特点,此类测试系统中的各种传感器及信号测量元件的安装位置很难选择。而且装备中的其它部分如果出现故障,也会给伺服驱动器的工作状态造成不良影响,最终影响其测试结果。

三、有关参数

位置比例增益

1、设定位置环调节器的比例增益;

2、设置值越大,增益越高,刚度越大,相同频率指令脉冲条件下,位置滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调;

3、参数数值由具体的伺服系统型号和负载情况确定。

位置前馈增益

1、设定位置环的前馈增益;

2、设定值越大时,表示在任何频率的指令脉冲下,位置滞后量越小;

3、位置环的前馈增益大,控制系统的高速响应特性提高,但会使系统的位置不稳定,容易产生振荡;

4、不需要很高的响应特性时,本参数通常设为0表示范围:0~100%。

速度比例增益

1、设定速度调节器的比例增益;

2、设置值越大,增益越高,刚度越大。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载值情况确定。一般情况下,负载惯量越大,设定值越大;

3、在系统不产生振荡的条件下,尽量设定较大的值。

速度积分时间常数

1、设定速度调节器的积分时间常数;

2、设置值越小,积分速度越快。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定。一般情况下,负载惯量越大,设定值越大;

3、在系统不产生振荡的条件下,尽量设定较小的值。

速度反馈滤波因子

1、设定速度反馈低通滤波器特性;

2、数值越大,截止频率越低,电机产生的噪音越小。如果负载惯量很大,可以适当减小设定值。数值太大,造成响应变慢,可能会引起振荡;

3、数值越小,截止频率越高,速度反馈响应越快。如果需要较高的速度响应,可以适当减小设定值。

最大输出转矩设置

1、设置伺服电机的内部转矩限制值;

2、设置值是额定转矩的百分比;

3、任何时候,这个限制都有效定位完成范围;

4、设定位置控制方式下定位完成脉冲范围;

5、本参数提供了位置控制方式下驱动器判断是否完成定位的依据,当位置偏差计数器内的剩余脉冲数小于或等于本参数设定值时,驱动器认为定位已完成,到位开关信号为 ON,否则为OFF;

6、在位置控制方式时,输出位置定位完成信号,加减速时间常数;

7、设置值是表示电机从0~2000r/min的加速时间或从2000~0r/min的减速时间;

8、加减速特性是线性的到达速度范围;

9、设置到达速度;

10、在非位置控制方式下,如果电机速度超过本设定值,则速度到达开关信号为ON,否则为OFF;

11、在位置控制方式下,不用此参数;

12、与旋转方向无关。

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