全数字化高精度交流伺服控制技术

编者按：自1885年交流异步电机问世以来，它在任何一个国家的生产活动中都占据了重要地位。据统计，世界发电总量的60 %被各类电机所消耗，其中交流异步电机就占总动力负载中的85%。三相交流异步电机具有结构简单、牢固耐用、经济可靠、易于组织工业生产等优点，但如何提高其调速性能，尤其是高精度伺服控制方面，长期以来技术上一直未取得根本突破，使得交流异步电机的应用受到较大的限制。随着微电子、计算机与电力电子功率半导体技术的飞跃发展，对交流异步电机实现伺服控制成为可能。使传统的交流异步电机在发挥其固有优势的基础上，大大扩展了自身的应用领域。 本刊连载《全数字化高精度交流伺服控制技术》一文，介绍时光科技有限公司依托自行研究开发、拥有自主知识产权的面向三相交流异步电机的全数字化伺服控制技术。本期为总体情况介绍。 面向三相交流异步电机的伺服控制器主要性能和特点  采用自行设计的专用32位CPU对电机进行全数字化控制。  采用自行设计的“快速运动控制语言”，编程简单，用户可以自由进行二次技术开发。  具有平稳的低速大转矩输出性能，具有零转速力矩保持功能。在电机额定转速以下实现恒转矩输出（最大转矩为电机额定转矩的300%），额定转速以上为恒功率输出。  速度控制比大于1：30000，可以实现大范围的速度控制。  可对电机的位置、速度、加速度、转矩进行高精度控制以及具有对多台电机进行同步或跟随控制的功能，特别是转矩与转速可以分别独立控制，适于复杂系统的控制要求。  具有通信功能，RS232C ，RS422/RS485。可由计算机、PLC等进行上位控制和运行状态监视等。  伺服控制器的容量范围为：0.1kW～185kW。  有200V级和400V级2种电压级别。200V级可使用220V单相电源。  具有丰富的输入输出功能 · 数字输入 16点（单PG）/12点（双PG） · 数字输出 13点（单PG）/8点（双PG） · 可编程模拟量输入 2通道 4~20mA或0~10V · 可编程模拟量输出 2通道 0~5V（允许最大电流10mA） · 脉冲列输入及外部PG输入 双PG方式控制 面向三相交流异步电机的伺服控制器应用领域 时光科技的伺服控制器可应用于工业、家电、通讯、电动车辆等所有需要对位置、速度、加速度和转矩进行控制的领域。 速度控制 时光伺服控制器的速度控制范围为0~500 Hz，控制精度为0.01~0.02Hz，能够对电机进行大范围稳定、准确的高精度速度控制。在负载力矩变化时保持速度不变。已成功应用于机床高速主轴（最高转速12000r.p.m），刚性攻丝以及在要求低速变速的各种工作机械，如吹塑机等橡塑机械、纳米对撞机等制药机械等。 位置控制 时光伺服控制器的位置控制精度为PG（编码器）的±1个脉冲，位置控制范围为4Byte脉冲数，按时光伺服控制器标配的2500线PG计算，相当于电机转动171.8万转。时光伺服控制器可控制电机，对机械装置进行精确的位置和定位控制。例如数控机床的进给、线材、管材的定尺切割、集装箱放射性扫描、医疗器械的定位以及需要高精度定位、大转矩的注塑机等。 加速度控制 时光伺服控制器在加、减速过程中的加、减速度可在0.05～3000Hz/s范围内通过系统参数设定，还可以通过编程设定任意加、减速曲线。在要求平稳启、停和频繁加、减速的设备和装置，如电梯、电动车等，时光伺服控制器得到广泛的应用。 转矩控制 时光伺服控制器在电机基频以下的最大转矩输出为3倍额定转矩，并能够进行控制。转矩控制精度为±2%，且保持速度稳定和位置准确。由于具有零转速力矩保持功能，故在特定的条件下可以取代制动器。在力矩变化和需要张力控制的场合，如包装、印刷、牵引、卷料、起重、电梯等，发挥了其优良的特性。时光伺服控制器应用在油田抽油机上，将功率因数从0.458提高到0.795，并节约了电能和维护费用。 同步控制 时光双PG伺服控制器，能够实现主、从同步控制和外部PG同步控制。而且可以通过电子齿轮参数设定不同的同步比例。 主、从同步控制是指以一套时光伺服控制器及电机为主机，以其PG信号作为其他控制器及电机（从机）的指令信号，实现从机跟随主机同步运转，包括速度和位置。 外部PG同步控制是指以外部PG信号作为多套时光伺服控制器及电机的指令信号，实现多机同步运转。时光双PG伺服控制器用于印刷、卷料、定尺、行车、大型材料的输送、起升等有准确的同步控制需求的机械设备上，可以取代复杂的机械结构。