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注塑机电液伺服系统技术与应用二

2021年08月18日 义乌市机械设备网

注塑机电液伺服系统技术与应用(二)

功率调速范围不够宽是永磁电机的一个局限。御能公司借鉴在电动汽车电机系统方面的经验,采用永磁-磁阻同步电机的结构,有效地突破了这一局限,可完全满足注塑机电液伺服应用的要求。

电机转子位置/速度传感器

为控制伺服电机的力矩和转速,需检测电机转子的位置和转速。大部分伺服电机采用光电编码器作为位置/速度传感器。光电编码盘的优点是结构简单,易获得较高精度,但由於其处理电路须与电机集成在一起,在电机温度高、震动大的环境下,再加上电磁乾扰,其电子电路往往不能正常工作,出现丢码,导致电机控制紊乱甚至损坏电机。

御能伺服系统采用满足电动汽车要求的高性能旋转变压器作为速度反馈部件,结构牢固,耐高温、抗震动、抗乾扰能力强,确保系统在注塑机的“恶劣”环境下稳定可靠的工作,且精度可达每转4096个脉冲。

伺服驱动控制器

伺服驱动器根据注塑机控制器(上位电脑)的压力和流量的指令,控制伺服电机的电流、力矩和转速。御能伺服驱动器包含伺服控制、整流/逆变功率、通讯接口和反馈检测等单元。整流/逆变功率单元采用先进的集成IGBT模组;伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等。采用高速数字信号处理器(DSP)作为驱动器的控制核心,实现各种复杂的控制算法,并输出脉宽调制(PWM)信号至逆变功率驱动电路,来改变逆变器输出功率,达到控制三相永磁同步交流伺服电机的目的。

油泵

作为注塑机主动力源,油泵与伺服系统的良好匹配对其整机性能及节能效果至关重要。目前适用於伺服系统的油泵有齿轮泵、柱塞泵和螺杆泵,特性各有不同,因此伺服系统要能适配各种油泵,并优化参数设置。御能伺服系统具备先进的负载参数辨识功能,可灵活优化适配各种油泵。

压力反馈部件——压力传感器

御能伺服系统采用压力闭环控制策略,即通过控制电机力矩与转速来调节注塑机油压并使之跟随压力命令值。油压信号通过压力传感器获得,其精度将决定注塑机压力的控制精度。御能可提供不同控制精度要求的压力传感器。

磁场定向控制技术

磁场定向控制(向量控制)基本原理是在三相永磁同步电机上模拟直流电动机转矩控制规律,在磁场定向座标上,将电流矢量分量分解成产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量,并使两分量互相垂直,彼此独立,然後分别进行调节。交流电机的矢量控制使转矩和磁通的控制实现了解耦,控制转矩时不影响磁通的大小,控制磁通时不影响转矩,使交流电机控制与直流电机控制一样方便,且可获得与直流调速系统相媲美的动态特性。

为了使电机始终维持最大输出转矩,系统需要获得电机转子的瞬时位置和转速,通过将可测量的定子变量经过座标变换,变换到转子坐标系中,从而形成电流闭环,动态地跟踪电流的变化,再使用速度传感器形成速度闭环,最终实现电流、转速双闭环,获得优异的系统稳定性、快速响应性及控制精度。这些复杂的运算需借助高速数字信号处理晶片DSP来实现。

磁场定向控制的另一个好处是,通过力矩电流分量和磁通电流分量的分别控制,最佳分配电机的铜损和铁损,从而获得最佳系统效率。

电液伺服系统控制原理与算法

注塑机电液伺服系统技术与应用二

图2 电液伺服控制系统方框图

结合图2及系统结构,对系统控制原理简单描述如下:即时接收来自注塑机电脑主控板的流量和压力给定信号;即时检测并反馈来自於油泵的压力和来自於电机的转速。

针对给定与反馈之间的误差,伺服驱动器的高速DSP运用各种控制算法,生成对伺服电机的控制信号,通过IGBT模块驱动伺服电机,实现对压力和转速的双闭环控制。(未完待续)

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