精密直线电机ISD203智能伺服系统驱动器设计

杨柳

摘要：精密直线电机ISD203智能伺服驱动器系统，建立永磁同步电机（PMSM），内置PLC、驱动、运动控制功能于一体，建立PMSM位置伺服系统矢量控制模型。建立支持梯形图的用户程序编辑平台、用户程序编译器及单板上运行的用户程序解释系统，研究驱动器内部集成了单轴定位功能，支持第一速度定位、中断定位、机械归零、中断停止等模式研究，位置控制、速度控制、转矩控制等控制模式，各轴通过主从式的差分总线连接，通过总线传输参数、控制各轴的运行，支持错误校验和重试。

关键词：精密直线电机;智能伺服系统;驱动器;设计

0  引言

对于精密直线电机ISD203智能伺服系统驱动器的设计，首先，建立永磁同步电机（PMSM）数学模型，结合现代交流电机的矢量控制策略，分析PMSM位置三环控制结构，建立PMSM位置伺服系统矢量控制模型。然后，可编程逻辑控制器（PLC）技术，研究建立支持梯形图的用户程序编辑平台、用户程序编译器及单板上运行的用户程序解释系统，之后，研究驱动器内部集成了单轴定位功能，支持第一速度定位、中断定位、机械归零、中断停止等模式研究，位置控制、速度控制、转矩控制等控制模式，最后，各轴通过主从式的差分总线连接，通过总线传输参数、控制各轴的运行，支持错误校验和重试，波特率125Kbps-2Mbps。

1  智能伺服系统驱动器

如图1所示，智能伺服系统结构主要由四个运动轴组成，其中包括三个直线轴和一个旋转轴，各轴通过主从式的差分总线连接和组装。

2  直线电机单轴定位和控制

如图2所示，单轴定位即为X轴定位控制，20GM是中央控制器，可以实现单轴X的位置控制，同时，也可以实现多轴联动的位置控制。如图3所示，SH-20806C为控制器的主控电路，QF1和QF2为断路器，控制着电路的电源电压和电流。外围电路连接图包括KA1和KM2，其中，KA1为继电器，KA2为接触器。

3  伺服系统第一速度定位

移动轴在确定的终点所能达到的实际位置，为已经定位。直线电机伺服控制定位，一般是通过位置、速度和力矩三种方式进行控制。第一速度定位方法是，伺服系统开始寻找起点的脉冲信号，一直搜索，直到找到信号，即起点，则马上停止搜索，并以此为新的起点，这就是定位，这种方法就是第一速度定位。

4  中断定位

如图4所示，在定位处中断，并转入处理新的指令，处理完毕后，自动返回原位置，并反复寻找原点的脉冲信号，确认原点，并进行定位，继续执行原来的运动。

5  机械归零

X轴、Y轴和Z轴的行程极限附近分别有一个开关，当分别接触到这个开关时，机械坐标就自动清零，这样就可以实现机械归零。设计的时候专门有一个“机械归零”的装置，并连接按钮。

6  驱动器控制模式选择：位置控制、速度控制、转矩控制

速度控制是依据控制速度的大小和方向来进行控制的，转矩控制是依据控制转矩的大小和方向来进行控制的，而位置控制是通过控制各个运动部件的不同位置来进行控制的。具体采用什么控制方式要根据具体要求，满足所需运动功能来进行选择。对位置和速度有一定的精度要求，用转矩模式不太方便，因此，速度和位置模式都采用。其中，对直线电机运动中的动态响应性能有较高的要求，需要实时对电机进行调整。那么如果伺服控制器本身的运算速度很慢，就用位置方式控制，来对直线电机个部件进行定位。如果伺服控制器运算速度比较快，可以用速度方式来进行控制，移除位置环，提高控制器的速度，降低驱动器的速度，提高直线电机运行速度，并进行定位。比如：第一速度定位。

采用DS-805伺服系统。使用速度和位置控制模式，如图5所示，具有结构合理、安全性高和可靠性高的特点，适用于各种高低转速情况，并具备错误校验和自动纠错能力，同时有多种过载荷保护功能。

7  主从式的差分总线连接

各轴通过主从式的差分总线连接，通过总线传输参数、控制各轴的运行，支持错误校验和重试，波特率125Kbps-2Mbps。为了更快的传输数据，并且以此传输更多的信息，可以增加现有并行总线的数量，也可以提高单通道的数据传输速率，然而随着单通道速率的提升，电磁干扰会相应逐渐增大，数据传输的准确率也会大大降低。为了解决这些问题，采用差分总线來传输，也就是电压值取两个电压的差值，如图6所示，将差分电压（VP和Vn的差值）转换成数字信号，从而减少了电磁干扰，提高了传输率和准确性。

8  结束语

精密直线电机ISD203智能伺服驱动器系统，集成永磁同步电机（PMSM），内置PLC、驱动、运动控制功能于一体，同时支持高级TML运动语言;可单独使用或多台组网构成多轴控制系统，并可共享各轴的I/O，并支持定位、电子齿轮、凸轮、同步控制。驱动器内部集成了单轴定位功能，各轴通过主从式的差分总线连接，通过总线传输参数、控制各轴的运行，支持错误校验和重试。从而使直线电机驱动器在各个方面的应用越来越广泛。

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