束主任介绍,在交流伺服系统中,电机的种类有永磁同步交流伺服电机(PMSM)和感应异步交流伺服电机(IM)。 其中,永磁同步电机具有非常好的低速性能,可以实现弱磁高速控制,具有调速范围宽、动态特性好、效率高等优点,已发展成为伺服系统的主流选择。 异步伺服电机虽然结构坚固、价格低廉,但在特性和效率方面与永磁同步电机存在差距,仅在大功率应用中受到重视。
随着交流伺服系统应用范围的逐渐扩大,其性能评价标准也受到广泛关注。 舒主任将性能指标大致分为调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应、运行稳定性。 同时,他对这些指标进行了详细的解释。 系统调速范围在1:1000以上,一般为1:5000~1:10000,高性能可达1:100000以上; 定位精度一般需要达到±1个脉冲,特别是低速时的稳速精度,比如给定1rpm时,一般在±0.1rpm以内,高性能的可以达到±0.01rpm以内; 在动态响应方面,通常衡量的指标是系统的最高响应频率,即给定最高频率的正弦速度指令,系统输出速度波形的相位滞后不超过90度或幅值 不低于50%。 进口三菱伺服电机MR-J3系列响应频率高达900Hz,而国内主流产品频率为200-500Hz; 运行稳定性主要是指系统在电压波动、负载波动、电机参数变化、上位控制器输出特性变化、电磁干扰等特殊运行条件下,保持稳定运行并保证某些性能指标的能力。 在这方面,国内产品与世界先进产品相比。
同时,舒主任从控制策略方面进一步阐述了伺服系统的性能。 他介绍,基于电机稳态数学模型的压频控制方法和开环磁通轨迹控制方法都难以获得良好的伺服特性。 应用了基于永磁电机动态解耦数学模型的矢量控制方法,是现代伺服系统的核心控制方法。 他强调:“虽然人们为了进一步提高控制特性和稳定性,提出了反馈线性化控制、滑模变结构控制、自适应控制等理论,但也有不依赖于控制特性和稳定性的模糊控制和神经网络控制方法。 数学模型,但这些控制方法大多是在矢量控制的基础上附加应用的。”
近年来,伺服系统的发展一直以稳定性、响应性和精度为核心,这也是用户在使用过程中最看重的因素。 稳定的系统在给定的输入或外界干扰下,经过短暂的调整后,能达到新的或回到原来的平衡状态; 伺服系统的精度是指输出能够跟随输入的程度。 以数控机床为例,其允许偏差一般在0.01~0.00lmm之间; 快速响应是伺服系统动态品质的标志之一,即要求对跟踪指令信号的响应速度快,一方面要求过渡过程短,一般在200ms以内, 甚至不到几十毫秒。 另一方面,为了满足过冲的要求,要求过渡过程的前沿陡峭,即上升幅度必须大。
舒主任还强调,由于用户在使用过程中经常会遇到伺服系统频繁的启动和制动过程,这就要求伺服电机具有高性能,即电机的输出扭矩与转动惯量之比为 大以产生足够的扭矩。 大的加速或制动力矩。要求伺服电机有足够的输出力矩,低速运行平稳,尽量减少与机械运动部件连接的中间环节; 同时,调速范围广的调速系统也是用户比较关注的热点。 以机床行业为例,从系统的控制结构来看,数控机床的位置闭环系统可以看作是一个以位置调整为外环,速度调节作为内循环。控制输入转换为相应的速度给定信号后,由调速系统驱动伺服电机实现实际排量。 数控机床的主运动要求调速性能高,因此要求伺服系统是高性能的宽调速系统。
目前,伺服系统的应用行业逐渐增多,行业用户的需求也在提高伺服系统的功能和性能。 舒主任说:“近年来,随着国内外企业应用伺服产品的成功案例越来越多,以及国外展会对运动控制新技术的了解,我大致总结了一些伺服驱动系统、运动控制和 相关软件发展趋势:首先是产品的模块化设计,同时将机器安全的概念融入到产品中;同时,在适合运动控制的工业协议方面,我们注意到 Beckhoff、B&R、Danaher、Siemens等公司都推出了自己的通讯协议,这些通讯协议为多轴实时同步控制提供了可能,也被集成到一些高端伺服驱动中。目前,相关的 国内企业和科研院所开展了研发实践,一方面消化了国外的先进技术,另一方面也为制定自己的总线标准做出了有益的尝试。