AC-Servomotor-Steuerungsstrategie
Das Wechselstrom-Servomotormodell, das durch einen Permanentmagnet-Synchronmotor repräsentiert wird, ist ein stark gekoppeltes, zeitveränderliches nichtlineares System. Die Steuerungsstrategie ist komplex, daher hängt die Leistung des AC-Servosystems direkt von der verwendeten Steuerungsstrategie ab. Eine ausgezeichnete Steuerungsstrategie kann nicht nur den Mangel an Hardware-Design ausgleichen, sondern auch die Leistung des Systems weiter verbessern. Die Steuerungsstrategie spielt im AC-Servo eine entscheidende Rolle. Die Anforderungen an die Steuerungsstrategie des Hochleistungs-AC-Servosystems lassen sich wie folgt zusammenfassen: Das System verfügt nicht nur über ein schnelles dynamisches Verhalten und eine hohe dynamische und statische Präzision, sondern es ist auch unempfindlich gegen Parameteränderungen und Störungen.
Die Steuerstrategie eines repräsentativen Permanentmagnet-Synchronmotors weist die traditionelle Steuerstrategie auf, die durch die Steuerung des konstanten Spannungsverhältnisses mit offener Schleife (u / f = konstant), die klassische PID-Regelung, die feldorientierte Steuerung (Vektorsteuerung) und das direkte Drehmoment dargestellt wird . Steuerung, variable Struktursteuerung im Gleitmodus, adaptive Steuerung, Theorie der nichtlinearen Rückkopplungslinearisierung usw. repräsentieren moderne Steuerungsstrategien und intelligente Steuerung, die durch Fuzzy-Steuerung und neuronale Netzwerksteuerung dargestellt wird.
Traditionelle Steuerungsstrategie
(1) Konstantspannungsverhältnissteuerung
Die Regelung des Konstantspannungsfrequenzverhältnisses mit Kompensation des Statorspannungsabfalls stellt sicher, dass der Luftspaltfluss des Synchronmotors konstant ist, und die Einstellungsfrequenz wird vorgegeben, um die Drehzahl des Motors synchron zu ändern. Diese Steuerungsstrategie ist eine Steuerung mit offenem Regelkreis, die nur den Luftspaltfluss des Motors steuert, das Drehmoment nicht einstellen kann und zu Problemen wie Rotoroszillation und außerhalb des Schritts neigt. Da die Steuerung des Frequenzverhältnisses bei konstantem Spannungsverhältnis auf dem stationären Modell des Motors basiert, ist ihre dynamische Steuerungsleistung nicht hoch, und sie ist nicht für Servoantriebssteuerungsereignisse mit hohen Leistungsanforderungen geeignet.
Um eine gute dynamische Leistung zu erzielen, muss es auf dem dynamischen mathematischen Modell des Motors basieren. Das dynamische mathematische Modell des Wechselstrom-Permanentmagnet-Synchronmotors ist ein nichtlineares, stark gekoppeltes, zeitveränderliches multivariables System. Um eine gute Steuerungsleistung zu erhalten, ist eine Entkopplungssteuerung der Winkelgeschwindigkeit und des Stroms erforderlich, d. H. Vektorsteuerungstechnologie.
(2) Klassische PID-Kontrolle
Der PID-Regler verwendet die Proportional-, Integral- und Differentialfunktionen, um den Steuerfehler zur Steuerung des gesteuerten Objekts zu berechnen. Der PID-Regler ist derzeit der am häufigsten verwendete Regler. Es hat die Vorteile eines einfachen Aufbaus, einer guten Stabilität, eines zuverlässigen Betriebs und einer komfortablen Einstellung. Es war schon immer eine der wichtigsten Technologien der industriellen Steuerung und kann den meisten Servoanwendungen gerecht werden.
Es gibt jedoch immer noch Probleme im Drei-Schleifen-PID-Einstellmodus des klassischen AC-Servo-Synchronmotors. Zum Beispiel ist die Einstellung der Reglerparameter umständlich und der Fehler groß, und die Abhängigkeit vom Systemmodell und den Parametern ist stark. In einigen hochpräzisen Anwendungen ist es sehr schwierig, die Systemanforderungen zu erfüllen.
(3) Magnetfeldorientierungssteuerung (id = 0)
Die Vektorsteuerung baut auf dem genauen mathematischen Modell des gesteuerten Objekts auf, so dass die Steuerung des Wechselstrommotors durch die externe makroskopische Beherrschungszustandssteuerung zur Übergangssteuerung des elektromagnetischen Prozesses innerhalb des Motors gesteuert wird. Die Vektorsteuerung transformiert die nichtlineare Variable der komplexen Kopplung innerhalb des Wechselstrommotors in eine Gleichstromvariable (Strom, Flussverbindung, Spannung usw.), deren relatives Koordinatensystem durch Koordinatentransformation stationär ist, realisiert die ungefähre Entkopplungssteuerung und ermittelt die Nebenbedingung Bedingung, um eine bestimmte Bedingung zu erhalten Die optimale Steuerungsstrategie des Ziels, id = 0 control, ist eine spezifische Steuerungsstrategie der Vektorsteuerung. Die Querachsstromentkopplung des Permanentmagnet-Synchronmotors wird im Rotorkoordinatensystem realisiert. Aufgrund des Vorhandenseins eines geschlossenen Stromkreises mit id und iq Doppelstrom wird der Motor hergestellt. Der iq-Strom folgt dynamisch der Systemdrehmomentreferenz (te = ktiq, kt ist der Motordrehmomentkoeffizient), um die elektromagnetische Drehmomentsteuerung des Motors zu realisieren. Diese Steuerungsstrategie ermöglicht, dass das Motorsystem eine bessere Linearität des Ausgangsdrehmoments und ein maximales lineares Drehmoment aufweist. Da alle Ströme zur Erzeugung eines elektromagnetischen Drehmoments verwendet werden, kann gleichzeitig die Motorüberlastungsfähigkeit voll genutzt werden, um die Start- und Bremsgeschwindigkeit des Motors zu verbessern, und der Motor verfügt über eine hervorragende Start- und Bremsleistung.
Die Vektorsteuerungstechnologie hat mehr als 20 Jahre Forschung und Perfektion erlebt und ihre Leistung im Geschwindigkeitsregelsystem ist hervorragend. Unabhängig davon, ob es sich um eine niedrige Geschwindigkeit (Konstantdrehmoment-Steuermodus) oder eine hohe Geschwindigkeit (Konstantleistungs-Steuermodus) handelt, die Entstörungseigenschaften. Sowohl die Bremseigenschaften als auch die Charakteristik der stabilen Geschwindigkeit erfüllen oder übertreffen das Gleichstrom-Geschwindigkeitsregelungssystem. Das Vektorsteuerungsmodell und der Algorithmus sind jedoch komplizierter. Bei der Implementierung ist eine Koordinatentransformation erforderlich. Es ist schwierig, eine vollständige Entkopplung der Spannung und des Stroms des Motorsystems in den direkten und sich kreuzenden Achsen sicherzustellen, was die Dynamik und den Wirkungsgrad des Motorsystems beeinflusst.
