福贊科技交流異步伺服電機伺服控制技術的應用

    對交流異步電機實現伺服控制是電機控制技術的一大突破，交流異步伺服控制技術在幾種控制技術中具有明顯的優勢，控制功能和精度已經達到了同步伺服的水平，在各行業自動控制領域，特別是中、大功率運動控制系統有很好的應用前景。采用滑差頻率矢量控制原理、系統級芯片SOC 和“軟伺服”技術的時光全數字化交流伺服控制器，可應用于需要對位置、速度、加速度和轉矩進行控制的各種領域。

      交流異步電機  伺服控制  應用

1  交流異步伺服伺服控制系統

1.1交流異步伺服

交流異步電動機是應用 廣的驅動設備，占總動力負載的85 % 左右。三相交流異步伺服電機具有效率較高、結構簡單、牢固耐用、經濟可靠以及成本較低等優點，在工業、農業和國民經濟的各個部門中，具有極其重要的地位。三相交流異步電動機是由流過定子線圈的電流產生旋轉磁場而令轉子轉動，旋轉磁場和轉子轉動之間的速度差稱為轉差。轉子的感應電流與轉差成比例關系。為保證旋轉磁場與感應電流保持正交關系，需要進行AC矢量控制。但與直流電機和交流同步電機的勵磁（或 ）磁場相比，對交流異步伺服電機的控制難度要大得多。在調速性能和改善功率因數，尤其是高精度伺服控制方面，技術上一直未取得突破。

隨著微電子、電力電子與計算機技術的發展，變頻技術出現，變頻器不需改變電機結

構，通過改變電機輸入電壓及頻率，擴大了電機的調速范圍。但變頻技術滿足不了“高、精、尖”產品對于工業控制技術的要求。自動控制技術要求對電機的輸出參數如位置、速度、加速度、轉矩進行控制，即伺服控制。

福贊科技有限公司自主研發了具有完全知識產權的全數字化交流伺服控制技術，實現

了對三相交流異步電機的高精度伺服控制。對交流異步電機實現伺服控制是電機控制技術的一大突破，使得交流異步電機在發揮固有的優勢的基礎上， 擴展了應用領域。

    伺服系統又稱為隨動系統，它的基本功能就是按照指令要求實現對執行機構運動的控制，使系統的輸出精確地跟隨指令值變化。其特點是：寬的調速范圍，轉速、轉向可控；線性的機械特性和調節特性；快速響應；無自轉現象（零速鎖定）。

1.2交流伺服控制系統

伺服系統控制的方式有：位置控制、速度控制、轉矩控制以及混合控制，即 者之間的切換。近幾年來，伺服控制的優勢已經被 認識，交流伺服技術在各個領域得到 應用。

2  幾種電機控制方式的比較

2.1控制方式比較

2.2變頻和伺服控制輸出曲線

    從技術指標和控制功能看，直流調速因電機自身的原因屬于淘汰技術。而變頻調速和伺服控制不在一個技術層面上，變頻調速是小范圍、低精度的速度控制，且轉矩輸出特性較差，只能用于速度控制要求較低的場合。由于受到永磁材料和工藝的限制，同步伺服電機的功率范圍在幾十瓦到幾十千瓦，且價格較高。而交流異步伺服可控制的電機功率基本沒有限制，范圍很大，且控制功能和精度已經達到了同步伺服的水平，在各行業自動控制領域，特別是中、大功率運動控制系統有很好的應用前景。

3  福贊交流異步伺服控制器

3.1技術創新點

3.1.1采用滑差頻率矢量控制原理對三相交流異步電機進行伺服控制。

3.1.2 

1、 系統級芯片SOC(System On a Chip) 技術。

    時光科技自主研發的SOC芯片，在32位RISC體系微處理器上嵌入LSI  Logic以及可編程數字I/O、RS-232、422/485通訊、D/A、A/D轉換、QMCL語言編譯器，電機矢量控制高速運算器、對用戶開放的ROM和RAM、實時操作系統(OS)等，提高了系統的性能指標和可靠性，降低功耗和電磁干擾，減少所占PCB空間。    

3.1.3“軟伺服”技術

    支持該系統的軟件技術平臺是SOC的操作系統與系統 的快速運動控制QMCL語言（Quick Motion Control Language）

。QMCL語言是一個對用戶開放的電機控制軟件平臺，用戶只要了解被控電機的參數以及控制要求，就可以不改變系統硬件，開發所希望的目標產品。

3.2主要性能和特點

3.2.1硬件構成先進可靠

l 采用 32位CPU對電機進行全數字化控制。

l 功能齊全、可靠性高的一體化主控板。

l 優化設計的模塊化功能電路。

l 功率模塊采用IGBT、IPM或智能化功率器件ASIPM。

l 電流、速度、位置三閉環系統。

l 內置制動單元。

3.2.2軟件功能完善靈活

l 具有內部PLC功能，控制器可自成系統工作。

l CPU的E²PROM中可存儲多個程序，語句可達400條。

l  的「QMCL」語言，電機控制程序的編程簡單易學。可用PC機、編程器編程，程序可固化。

l 具有速度、位置、轉矩三種控制方式的標準程序，且三種方式可相互切換。

3.2.3控制功能 精確

l 速度控制精度±0.04%，調速范圍達1：25000。

l 位置控制精度±1p。

l 具有優良的轉矩控制功能，控制范圍0~300%電機額定轉矩，精度±5%。

l 在電機額定轉速以下恒轉矩輸出，額定轉速以上恒功率輸出。過載能力強， 大轉矩可達電機額定轉矩的三倍。具有低速大轉矩輸出、零轉速力矩保持功能。

l 可對轉矩、電流、輸入輸出及反饋頻率、I/O口狀態等參數實時監測。

l 具有同步控制功能，對多臺控制系統進行同步或跟隨控制。

l 具有加、減速度編程和控制功能。

l 迅速可靠的保護功能和故障指示、檢查信號。

3.2.4 I/O、通信接口豐富完備

l 具有RS232C ，RS422/RS485通信接口，Modbus通訊模塊，可由計算機、PLC等上位機進行控制和狀態監視。 多通訊連接15臺伺服控制器。

l 可編程數字輸入/輸出：16入/13出。

l 可編程模擬量輸入/輸出 2入/2出。

l 脈沖列指令輸入接口。  

l 雙PG方式控制器特有外部PG輸入接口。

3.2.5配套電機   

l 交流異步伺服電機安裝編碼器或旋轉變壓器，控制器即可對其位置、速度、加速度、轉矩進行高精度控制。

l 可控制的伺服功率為100W～500kW。功率范圍大于交流同步伺服電機。

l 交流異步伺服電機結構簡單、可靠耐用、價格便宜、維護方便，其使用壽命長于交流同步伺服電機。

4  交流異步伺服電機伺服控制器的應用

時光交流異步電機伺服控制器可應用于需要對位置、速度、加速度和轉矩進行控制的各種領域。

4.1速度控制：

    時光伺服控制器的速度控制范圍為0～500 Hz，控制精度為0.01～0.02Hz，能夠對電機進行大范圍穩定、準確的高精度速度控制。在負載力矩變化時保持速度不變。時光伺服控制器控制機床主軸電機，有足夠的輸出轉矩，有定位功能，可以完成剛性攻絲功能。控制高速電主軸， 高轉速已達到12000r.p.m。時光伺服控制器控制要求低速變速的各種工作機械，在低速下大轉矩穩定運行。

4.2位置控制：

    時光伺服控制器的位置控制精度為編碼器的±1個脈沖，位置控制范圍為4Byte脈沖數，時光伺服控制器可控制電機，對機床的進給軸、主軸進行精確的位置和定位控制。

4.3加速度控制：

    時光伺服控制器的加、減速度可通過系統參數設定，還可以通過編程設定加、減速曲線。在要求平穩啟、停和頻繁加、減速的設備和裝置，如電梯、飛剪等，時光伺服控制器得到 的應用。

4.4 轉矩控制：

    時光伺服控制器在電機基頻以下的轉矩輸出可達到3倍額定轉矩，并能夠進行控制。轉矩控制精度為±5%，且保持速度穩定和位置準確。時光伺服控制器在零轉速具有力矩保持功能，在特定的條件下可以取代制動器。時光伺服控制器在力矩變化和需要張力控制的場合，發揮了其優良的特性。時光伺服控制器對于低效設備，可 提高功率因數，節約了電能和維護費用。

4.5 同步控制：

    使用時光雙PG伺服控制器，能夠實現主、從同步控制和外部PG同步控制。主、從同步控制是指以一套時光伺服控制器及電機為主機，以其PG信號作為其他控制器及電機（從機）的指令信號，實現從機跟隨主機同步運轉，可以通過電子齒輪參數設定跟隨的比例。外部PG同步控制是指以外部PG信號作為多套時光伺服控制器及電機的指令信號，實現多機同步運轉。時光伺服控制器用于有準確的同步控制需求的機械設備上，可以取代復雜的機械結構。

時光交流異步電機伺服控制器已經在各種機床（如：立車、龍門刨、落地鏜銑床、數數控鉆銑床等等）、高速電主軸、鋼筋切割、鋼管加工、油田抽油機、推鋼機、包煙機、漆包線收繞機、塑料機械、自動焊機、電梯和旋轉門機、建筑機械、衛星天線和陽光自動跟蹤系統、集裝箱檢測系統、 和民用電動車輛等設備的生產和改造中得到成功的應