CN203504458U - 一种带消隙控制和主从控制的交流伺服驱动器 - Google Patents
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Abstract
一种带消隙控制和主从控制的交流伺服驱动器，属于自动化控制技术领域。包括相同的两台伺服驱动器，其中一台为主伺服驱动器，另一台为从伺服驱动器，主伺服驱动器和从伺服驱动器的输出端分别连接有伺服电机；主伺服驱动器和从伺服驱动器分别包括驱动控制板、脉冲驱动及逆变单元和电流取样及反馈单元，驱动控制板上安装有通讯接口、数字控制电路、速度环处理器和电流环处理器，主伺服电机与从伺服电机的通讯接口之间通过通讯电缆连接，所述主伺服电机的速度环处理器的输入端连接有外部控制器。本实用新型实现了数字式正弦波交流伺服驱动器的双机电消隙功能。
Description
技术领域
本实用新型属于自动化控制技术领域，具体为一种带消隙控制和主从控制的交流伺服驱动器。
背景技术
伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动。微电子技术、控制及计算机技术、电力电子技术和电机制造技术取得的巨大技术进步，使得伺服系统作为一种传动装置，在现代工业的各个领域得到了广泛的运用，目前已成为现代工业自动化与运动控制的支撑性技术之一。伺服系统主要由伺服驱动器、伺服电机和反馈装置、接线电缆等相关配件组成。伺服驱动器的功能是接受外部指令，完成伺服系统的闭环控制。伺服驱动器采用经典自动控制三环控制理论对电机进行位置环、速度环和电流环（转矩）控制。以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，将电能转换为机械能，实现机械的运动要求。伺服驱动器经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程,交流伺服驱动器在经历了模拟式、模数混合式的发展后，目前进入了全数字式的时代，采用单片机、微处理器等作为控制核心，实现高精度、高动态响应的全数字控制。
现代自动化控制技术的迅猛发展，应用领域的不断拓宽，使得市场对伺服系统的功能和性能指标要求也越来越高。如较好的跟踪精度，快速性，低速平稳性等。而在现今复杂的跟踪伺服系统中，大量采用齿轮传动，齿轮传动中的齿隙会对系统精度，稳定性，带宽等都有影响。所以一般高精度伺服系统中都采用了消隙措施。常用的简单方法是通过扭簧和双齿轮进行机械消隙，但缺点是增加机械复杂度，同时机械消隙装置的使用寿命和负载适应性较差。也有的在系统设计中通过外加电路实现双机电消隙，但是因为是外加电路，需要和驱动器匹配，带来了数据延迟等问题。目前市场上还没有数字式交流伺服驱动器自带消隙功能。
同时，随着伺服系统的应用领域的拓展，当负载惯量较大时，现有的伺服驱动器功率不够，单台电机难以拖动，需要双电机同时拖动同一个负载，这就需要对两台伺服驱动器同步控制，否则如果两台电机速度或者扭矩不一致，就会引起系统不稳定，性能下降，严重时还会引起系统振荡。现有的同步技术一般是由主控制器同时对两台驱动器发同样的速度指令。因为电机力矩波动，传动系的摩擦力矩波动等非线性因素影响，致使同步性能不是很好。虽然可以外加一些补偿技术，但是因为难以做到实时精确修正，效果并不是很好。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种数字式正弦波交流伺服驱动器，该伺服驱动器实现了数字式正弦波交流伺服驱动器的双机电消隙功能。
实现上述目的的技术方案是：一种带消隙控制和主从控制的交流伺服驱动器，其特征在于：包括相同的两台伺服驱动器，其中一台为主伺服驱动器，另一台为从伺服驱动器，主伺服驱动器和从伺服驱动器的输出端分别连接有伺服电机。
主伺服驱动器和从伺服驱动器分别包括驱动控制板、脉冲驱动及逆变单元和电流取样及反馈单元，驱动控制板上安装有通讯接口、数字控制电路、速度环处理器和电流环处理器，所述速度环处理器的输出端连接有数字开关，数字开关的输出端分别与数字控制电路和电流环处理器连接，所述通讯接口与数字控制电路连接，所述数字开关由数字控制电路控制通断；所述脉冲驱动及逆变单元的输入端与电流环处理器的输出端连接，所述脉冲驱动及逆变单元的输出端与伺服电机连接，所述电流取样及反馈单元用于取样脉冲驱动及逆变单元输出端的电流，并经过计算处理后反馈至电流环处理器；所述与主伺服驱动器和从伺服驱动器连接的伺服电机分别内置有编码器，编码器安装在伺服电机的输出轴上，编码器与速度环处理器连接。
主伺服电机与从伺服电机的通讯接口之间通过通讯电缆连接，所述主伺服电机的速度环处理器的输入端连接有外部控制器。
本实用新型的主、从伺服驱动器以及与其连接的伺服电机之间分别形成内外两个环路，内环是电流环，通过电流取样及反馈单元取伺服电机三相动力线中的两相电流，经过计算处理后反馈到驱动器控制板上的电流环处理器，电流环处理器根据实时的电流给定信号和伺服电机电流反馈值算出所需的电流实际值，传送到脉冲驱动及逆变单元，驱动伺服电机运转。外环是位置及速度环，通过编码器读取伺服电机的位置或速度信号，反馈到驱动控制板上的速度环处理器。
当本实用新型工作在双机电消隙模式时，主伺服驱动器的位置及速度环和电流环均正常工作，外部控制器的位置或速度指令传送给主伺服驱动器的速度环处理器，主伺服驱动器的速度环处理器对接受的外部控制器的位置、速度指令值和伺服电机反馈的位置速度反馈值进行合并计算处理，输出电流给定信号至主伺服驱动器的电流环处理器。为了实现消隙功能，此时主伺服驱动器的数字开关由主伺服驱动器的数字控制电路设置为闭合，主伺服驱动器的数字控制电路产生一个偏置电流，和主伺服驱动器的速度环处理器输出的电流给定信号叠加输出到主伺服驱动器的电流环处理器，即主伺服驱动器的电流环处理器输入值为主伺服驱动器的速度环处理器输出值加上偏置电流。主从两台伺服驱动器的数字控制电路通过通讯接口和通讯电缆连接，此时从伺服驱动器的数字开关由从伺服驱动器的数字控制电路设置为断开，从伺服驱动器的位置及速度环不工作，只有从伺服驱动器的电流环处于工作状态，从伺服驱动器的电流环处理器的输入信号通过通讯接口由主伺服驱动器的数字控制电路提供，并且经过从伺服驱动器的数字控制电路计算，使从伺服驱动器的电流环处理器输入值为主伺服驱动器的速度环处理器输出值减去偏置电流。从而使主、从两台伺服驱动器输出转矩分别附加一个大小相等，方向相反的偏置转矩。当负载电流增加到一定数值时，主、从两台伺服驱动器的数字控制电路将按照所设计的消隙特性曲线逐渐取消偏置电流，使两台电机输出电流相同。
当单台伺服驱动器的输出功率或扭矩无法满足系统的需要时，可以采用本实用新型的双伺服驱动器进行主从驱动。主伺服驱动器接受外部控制器的位置或速度指令，并输出相应的驱动电流，同时，主伺服驱动器将当前的电流值通过数字控制电路和通讯接口实时输出给从伺服驱动器，从伺服驱动器按照此电流值输出同样大小的电流。此时数字控制电路不再叠加偏置电流，即主伺服驱动器正常工作，并将其力矩（即电流）指令送给从伺服驱动器，从伺服驱动器接收力矩指令工作在力矩模式。这样系统的速度由主伺服驱动器控制，力矩由两台伺服电机同时提供，有效避免双电机速差带来的系统不稳定。此方法不需要在两台主从伺服驱动器外附加电路，且两台电机电流同步率高，一致性强。
附图说明
图1为本实用新型的工作原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括主伺服驱动器1和从伺服驱动器2，主伺服驱动器1和从伺服驱动器2的输出端分别连接有伺服电机3。
主伺服驱动器1和从伺服驱动器2分别包括驱动控制板4、脉冲驱动及逆变单元5和电流取样及反馈单元6，驱动控制板4上安装有通讯接口7、数字控制电路8、速度环处理器9和电流环处理器10，通讯接口7、速度环处理器9和电流环处理器10分别与数字控制电路8连接，数字控制电路8、速度环处理器9和电流环处理器10可以由内置软件的单片机或DSP来实现，速度环处理器9的输出端与电流环处理器10的输入端连接，速度环处理器9的输出端连接有由数字控制电路8控制的数字开关K1，数字开关K1用于控制速度环处理器9与数字控制电路8、电流环处理器10之间的通断，所述电流环处理器10的输出端与脉冲驱动及逆变单元5的输入端连接，所述脉冲驱动及逆变单元5的输出端与伺服电机3连接，所述电流取样及反馈单元6用于取样脉冲驱动及逆变单元5输出端的电流，并经过计算处理后反馈至电流环处理器10。
所述与主伺服驱动器1和从伺服驱动器2连接的伺服电机3分别内置有编码器11，编码器11安装在电机轴上，编码器11与速度环处理器9连接；主伺服驱动器1与从伺服驱动器2的通讯接口7之间通过通讯电缆12连接，主伺服驱动器1的速度环处理9的输入端连接有外部控制器13，外部控制器13可以由PLC、用户上位机来实现，调试时也可自制调试设备或用计算机来代替。
Claims (1)
1.一种带消隙控制和主从控制的交流伺服驱动器，其特征在于：包括相同的两台伺服驱动器，其中一台为主伺服驱动器，另一台为从伺服驱动器，主伺服驱动器和从伺服驱动器的输出端分别连接有伺服电机；
主伺服驱动器和从伺服驱动器分别包括驱动控制板、脉冲驱动及逆变单元和电流取样及反馈单元，驱动控制板上安装有通讯接口、数字控制电路、速度环处理器和电流环处理器，所述速度环处理器的输出端连接有数字开关，数字开关的输出端分别与数字控制电路和电流环处理器连接，所述通讯接口与数字控制电路连接，所述数字开关由数字控制电路控制通断；所述脉冲驱动及逆变单元的输入端与电流环处理器的输出端连接，所述脉冲驱动及逆变单元的输出端与伺服电机连接，所述电流取样及反馈单元用于取样脉冲驱动及逆变单元输出端的电流，并经过计算处理后反馈至电流环处理器；所述与主伺服驱动器和从伺服驱动器连接的伺服电机分别内置有编码器，编码器安装在伺服电机的输出轴上，编码器与速度环处理器连接；
主伺服电机与从伺服电机的通讯接口之间通过通讯电缆连接，所述主伺服电机的速度环处理器的输入端连接有外部控制器。
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