莱姆电流传感器在数字伺服驱动器中的应用及全数字伺服电流环设计(08-100)

　　引言

　　伺服技术是跟踪与定位控制技术，是机电一体化技术的重要组成部分，它广泛地应用于数控机床、工业机器人等自动化装备中。随着现代工业生产规模的不断扩大，各个行业对电伺服系统的需求日益增大，并对其性能提出了更高的要求。因此研究、制造高性能、高可靠性的伺服驱动系统是工业先进国家竞相努力的目标，有着十分重要的现实意义。

　　目前数字伺服驱动器基本被日本、欧美等国家垄断。我国每年需要从国外进口大量的此类设备用于CNC数控机床等行业，进口驱动器价格高，维修服务不便。我国具有自主知识产权的全数字式伺服驱动器约于90年代开始规模化生产制造。华中数控HSV系列全数字交流伺服电机驱动单元具有良好的性能。我公司自主开发的全数字交流伺服系统调速比为1:5000。高端产品往往要采用国外的交流伺服系统，主要是国产伺服驱动控制器在高速和高精等控制特性方面，与日本的FANUC、三菱、松下、富士以及德国的西门子等国外先进产品相比，还存在着显著差距。

　　数字伺服系统的控制策略

　　数字伺服系统一般是由三个闭环来完成. 其原理如图1所示，第一层是位置环、第二层是速度环、第三层是电流环;其中位置、速度都是外环，而电流环则是系统内的内环，它的构成是由核心硬件以及关键解算软件组成的，全数字伺服系统是数控机床的核心传动部分，也是技术难度最大的部分，其最主要的特点就是高速、高精、功能丰富多样。电流环是伺服系统的核心控制环，而保证速度精度以及力矩平稳性的最关键就是数字伺服中的电流环的设计，所以一个系统性能是否优秀与电流环的设计息息相关。

　　图1 永磁同步电机伺服系统的基本框图

　　永磁同步电机矢量控制系统框图如图2所示.从图2可知，永磁同步电机矢量控制系统主要由下面几部分组成：1)转子磁极位置检测和速度计算模块;2)速度，电流调节器;3)坐标变换模块;4)SVPWM模块;5)整流和逆变模块;6)电压/电流采样模块。其控制过程如下：速度指令信号与检测到的转子速度信号相比较，经速度控制器的调节，输出指令信号，作q轴电流控制器给定信号，d轴电流控制器的给定信号为0。电流采样得到的三相定子电流通过Clark变换化为坐标系两相电流，通过Park变换后，化为d-q旋转坐标系的电流值，分别是d轴和q轴电流调节器的反馈输入。d轴和q轴电流的给定和反馈之间的偏差分别输入到d轴和q轴的电流控制器，经过控制器的调节后输出电压，再经过Park逆变换分别化为α-β坐标系轴电压，调制SVPWM模块输出六路PWM，驱动IGBT产生频率和幅值可变的三相正弦电流输入电机。

　　图2 永磁同步电机矢量控制系统框图