你的伺服系统中使用磁场定向控制吗?

技术分类: 运动控制/自动化    作者:Frank J. Bartos  发表时间:2005-11-08
modrive 611U专门使用FOC来控制永磁同步电机。这些伺服驱动器使用的高脉冲频率达到10kHz,不需要阻尼就可以控制振荡力矩。根据Siemens的报告,这些驱动器满足了要求极短周期,得到最高动态响应和精度的应用系统。
  Emerson Control Techniques(ECT)多年前也将FOC运用在了无刷伺服系统中。当时将FOC引入了Unidrive,一种可以用在多种电机类型上的所谓“万能”驱动器。(ECT将FOC算法应用于感应电机的时间实际上更长。)ECT美国公司工业驱动器产品经理Alex Harvey说:“FOC已经被嵌入到我们的伺服驱动器中,但是并没有专门发展它。”
  他还提到反馈装置是另一个会影响到FOC能否成功应用在无刷伺服系统的重要因素。UnidriveSP是 Unidrive家族的新成员,支持增值型绝对值编码器、解码器和新的SinCos 反馈。“对于高性能的应用系统来说,广泛应用了可提供超过500,000条等势线/旋转反馈的绝对值装置,” Harvey说。
  另一个支持磁场定向控制的系统
,Delta Tau Data Systems公司10年前就改进了用于无刷伺服电机(和感应电机)的算法,其中包括数字闭环电流。“我们将电流相位测试量从‘定子坐标系’转换到‘旋转场坐标系’,可以得到直流量,”工程研究副总裁Curtis Wilson解释说,“这样可以消除交流电流回路所带来的高频问题。”
  这些算法仍然能够满足大部分Delta Tau Data Systems用户的要求,Wilson引用了最近为一些专门用户所作的创新,比如感应电机向量控制中的“弱化磁场”技术允许伺服电机的力矩/速度曲线发生显著变化。他还提到了在启动同步伺服电机方面所取得的新成就,它需要一个绝对相位基准。过去,在启动电机调整相位时需要使用一个昂贵的绝对值传感器或实际的电机运动。Wilson 补充说,“现在我们只需要用一种励磁技术,利用铁芯的磁性饱和性质来建立相位基准,这种方法不需要电机运动。”
  Rockwell Automation认为磁场定向控制是无刷电机伺服驱动器的主要部分。使用FOC的样品中有低功耗伺服系统,比如Ultra3000--有22KW(30hp)最大输出的单轴230/460 V驱动器--最近引入了230/460 V 输入,额定输出为7.5KW的multiaxis Kinetix 6000 驱动器,到2004年底额定输出可达22KW。即使如此,在标准说明书里没有FOC的相关说明,只有其他的性能特点说明,比如,数字接口、脉宽、高执行反馈的选择以及软件。
  Rockwell Automation标准驱动器产品经理Corey Morton提到了FOC算法应用于交流感应电机的其他经验。他指出额定功率在0.37~250KW的PowerFlex 700S交流驱动器,被用于控制感应电机和无刷电机。在该驱动器的说明书中提到了FOC,但是你必须耐心寻找。Morton还提到了FOC算法的进步还包括不再需要传感器,在PowerFlex 700S中用到的控制模式。
  Baldor 电气公司将不同的控制方式用于无刷同步电机,以满足不同的应用需求。它的FlexDriveII 和MintDriveII两种控制器使用FOC算法满足了高性能伺服定位的要求,即获得力矩与调整速率。
  伺服产品经理John Mazurkiewicz,只看到了FOC和正弦变换在交流无刷同步电机应用中的微小差别。“通过FOC,运用解耦电流和力矩的方法可以建立电机的数学模型。这样就可以独立地监测和控制电机的每个部分” ,Mazurkiewicz说,“正弦变换正确地解耦了电流和力矩”,他补充说,因为减小电动势减弱磁场,FOC发挥了更高旋转速率的优势(超出了提供的总线电压范围)。


图2 :FOC允许PI控制器在转子d-q坐标系工作,与正弦电机电流、电压变化隔离,以在高、低速下获得同样良好的性能。

 ; ; ; ; ; ; ; ;控制板与芯片
  “磁场定向控制是交流机器(包括感应电机和永磁电机)获得线性力矩调节的唯一方式”,International Rectifier(IR)公司数字控制IC设计中心的工程总监Toshio Takahashi评论道。IR公司致力于FOC的发展。它认为FOC是新设计产品的核心技术,甚至取代了现有的某











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