ゼネラルサーボドライブ

CNC工作業界での長年の経験を活用したTonghangは、一般的な-目的ACサーボドライブの合理的な制御アルゴリズムアーキテクチャを設計しました。ソフトウェアエンジニアリングのオブジェクト-指向のプログラミングコンセプトを組み込むことにより、顧客の要件を満たすサーボドライブソリューションを設計できます。

CNC工作機械アプリケーションでは、AC -ベースのモータードライブ制御システムが主流の市場動向になり、最も顕著なアプリケーションは工作機械飼料シャフトとスピンドルドライブシステムです。使用される主なアクチュエーターには、単純なCNC旋盤でのスピンドルドライブ用の誘導変数-周波数モーター、フィードシャフトドライブコントロール用の永続的な磁石同期ACサーボモーター、および非同期スピンドルサーボモーター、中間のスピンドルドライブ用のスピンドルサーボモーターが{3} - {これらのドライブシステムコントローラーは、一般的な-目的インバーター、ACサーボドライブ、および非同期スピンドルに対応していますゼネラルサーボドライブ、 それぞれ。

現在、ほとんどの工作機械アプリケーションは、これらのドライブシステムの少なくとも2つを同時に利用しており、より複雑なマシンが3つすべてを必要としています。現在のACサーボドライブ市場では、多くの中国のサーボドライブシステムメーカーは、多くの場合、ドライブコントローラーの種類を1種類しか提供していないか、さまざまな製品ラインで異なるコントローラーを提供しています。これにより、選択、設計、およびアプリケーションにおける工作機械ユーザーにとって、重要なワークロードと難易度が発生し、不必要な廃棄物につながります。 3種類のドライブ制御をすべて統合するコントローラーは国際的に利用できますが、比較的高価で、工作機械の製造コストが妨げられています。したがって、Tonghangは、複数のドライブ制御システムを統合するユニバーサルサーボシステムを独立して研究および設計し、中国のこのギャップを埋めました。

構造とハードウェアの設計

シングル{-タイプの専用サーボドライブ製品を開発し、3つのドライブシステムのハードウェアアーキテクチャを分析する以前の経験を組み合わせて、一般的な-目的インバーター、同期サーボドライブのハードウェアの違い、および非同期ドライブが最小限であり、2つはリターンであることが明らかになります。以下は、3つすべてが共有する一般的な-目的サーボドライブハードウェアプラットフォームの主要なコンポーネントを簡単に分析および説明します。

ハードウェアアーキテクチャ

ユニバーサルACサーボシステムは、一般的なDCバス電源を備えたモジュラー設計を採用しています。モーターインバーターモジュールと電源モジュールの2つの主要なコンポーネントで構成されています。

この一般的なDCバスアーキテクチャは、統一された電力整流モジュールによって実装された集中電源修正と監視を利用しています。各サーボインバーターモジュールは、並列接続を介してDCバスから電力を引きます。この集中化されたアプローチは、サーボハードウェアアーキテクチャを簡素化し、システムの信頼性を向上させ、集中電源の設計、管理、監視を通じてコストを削減します。このソリューションは現在、シーメンスを含むCNCシステムメーカーによって広く採用されています。

以下は、コントローラーとパワーステージで構成されるモーターインバーターモジュールの基本的なハードウェアアーキテクチャです。コントローラーは、高-パフォーマンスデジタル信号プロセッサ（DSP）に基づいていますが、パワーステージは主に高度に統合されたインテリジェントパワーモジュール（IPM）です。ハードウェア設計は、すべての制御機能がソフトウェアに実装されているため、シンプルさを求めて努力しています。光エンコーダーまたはリゾルバーは位置フィードバックセンサーとして使用され、ホール効果要素は2つのフェーズで実際の電流を検出する電流フィードバックセンサーとして使用されます。さらに、DCバス電圧はリアルタイムで監視され、出力電圧を動的に調整し、再生ブレーキを使用して、モーターの4つの-象限動作を実現します。すべての検出信号は、アナログ-から-デジタルコンバーターを介してDSPに供給されます。その後、高{-パフォーマンス制御アルゴリズムを使用して統合および計算されます。最終的に、SVPWM出力ユニットは、電源モジュールのゲートドライブ信号をIPMに送信し、モーターモーションコントロールを達成します。

コア制御デバイス

32 -ビットDSP（TMS320F2812）は、サーボコントロールユニットのコアコンポーネントとして機能します。 TMS320F2812は、低{-パワーデザインと最大150 MHzのシステムクロック周波数を備えています。 32x32 -ビットハードウェア乗数、改善されたハーバードアーキテクチャ、独立プログラムおよびデータアクセスバス、統一されたメモリアドレス指定モードが組み込まれ、4 MX16 -ビットメモリをサポートします。また、2つの専用モーター制御周辺機器（イベントマネージャー、EVA、およびEVB）を統合して、制御システムのハードウェアアーキテクチャを簡素化します。 16 -ビット固定-ポイント形式を使用したシステムと比較して、32 {-}ビット-ポイント形式は、デジタル量子化誤差の効果を大幅に削減または排除します。実際のシステムでは、16ビット固定点形式により、32ビット固定点形式は、デジタル量子化エラーの効果を大幅に削減または排除します。 16ビット固定点フォーマットの量子化誤差は大きく、数値計算で擬似薄そうで鳴り、鳴り、システムの振動とノイズを引き起こす可能性があります。さらに、システムのサンプリング周波数が増加すると、16ビットワードの長さの制限により、システム変数と係数の解像度が減少し、システム制御性能が低下します。ただし、32ビットの固定点形式を使用すると、これらの現象が大幅に削減または排除され、サンプリング周波数が高くなり、システム制御性能を向上させるためのシステム帯域幅が増加します。

主電源回路

優れたメインパワー回路設計は、高-パフォーマンスACサーボドライブを作成するための重要な基盤です。主電源回路は、統合された位相-シフト（IPM）回路で構成され、電源デバイスを制御ロジック、ドライブ、保護、および検出回路と統合します。主に、信号増幅、電力増幅、およびさまざまな保護機能（過電流、短い-回路、過剰拡張、および低電圧保護を含む）を実行します。この回路は、高電圧と高電流によって特徴付けられます。電子および電気の原則に基づいた設計要件を満たすことに加えて、電磁互換性（EMC）設計にも高い注意が必要であり、コンポーネントのレイアウトと配線に厳格な需要を置きます。特に、高-パワーデザインの場合、メインパワーサーキットの標準以下のEMC設計は、多くの場合、製品プロトタイプデバッグフェーズ中に発生する不可解な問題の根本原因です。

現在の検出回路

電流制御はサーボ制御のコアコントロールリンクであり、高{-精度電流サンプリングテクノロジーは、この高-精度電流制御の基本的な保証です。現在のループのパフォーマンスを向上させるには、センサーが重要です。 Tonghangは、電気電流センサーの有名なグローバルメーカーから閉じた-ループ電流センサーを使用します。これらのセンサーは、広い帯域幅、優れた全体的な精度、短い応答時間、低温ドリフト、優れた線形性、および低挿入損失を提供します。 16 -ビット-精度、高{-帯域幅の広告コンバーターは、正確な電流検出を確保するためにアナログ- to-digitalコンバーターとして使用されます。

信頼性設計

信頼性は、ACサーボドライブによって保証されなければならない基本的なインジケータ要件です。電磁互換性と信頼性の設計は、次の側面から達成されます。

（1）電気構造の設計における強力で弱い電流クロスオーバーを避けます。 Busbar High -電圧電源回路、モーターハイ-電圧駆動回路、および弱い電流システム制御回路は、クロスオーバーと混合なしに互いに分離されているため、レイアウトが最適化されます。

（2）PCBボードレベルの強力および弱い電流分離。回路基板の電圧レベルの分布は、設計段階で完全に考慮されるため、強力な電流部品が分離され、異なる領域で配線されます。 PMブリッジアームの特別な電源特性の場合、溝を切断するために溝を使用して、ボード設計中に宇宙で隔離し、クリープ距離が完全に考慮されます。

（3）IPMハードウェアとソフトウェア複数の保護。 IPMアラーム信号はサーボドライブのハードウェア設計に完全に適用され、アラーム信号はシステム内の2つの主要なコアチップ、DSPと独立して開発された専用チップに送信されます。高い-速度REAL -時間処理機能があり、50 ns以内のモーター制御信号をブロックできます。 DSPは、コアアルゴリズムとして、信号を受信した後、それに応じて処理することもできます。二重保護により、サーボドライブは、さまざまな理由によって引き起こされた短絡に遭遇し、ハードウェア回路が損傷しないようにしても、通常の操作中にリアルタイムで保護できます。

（4）専用チップの統合により、システム接続と構造設計が簡素化されます。 （5）埋め込まれたソフトウェアの信頼性設計。マルチ-レベルのソフトウェアドッグ、例外処理、障害処理、完全な電力保護中断、冗長コード設計などを使用して、ソフトウェアの信頼性を向上させます。

（6）厳格なデバイススクリーニング。コンポーネントサプライヤーの評価に注意を払い、評判と信頼性の高い品質を持つサプライヤーの選択に注意を払ってください。主要なコンポーネントの場合、コストが高く、価格が高くても、それらを使用することを主張します。サプライヤーを変更すると、監査プロセスが厳格になり、原材料の調達と供給が保証されます。 （7）効率的な熱設計システム。空気-冷却ラジエーターの場合、周囲の空気との熱交換が必要です。ヒートシンクの材料と空気組成が決定された後、熱伝導率は固定値です。シャーシ内のスペースは限られています。したがって、熱散逸効果を改善するために、一般的なACサーボシステムのラジエーターはファンとラジエーターの刃を外側に配置し、ヒートシンクと空気の間の接触面積を大幅に増加させ、優れた熱散逸効果を達成します。実際のアプリケーションでは、工作機械の電気キャビネットの設計と併せて、-から-から- -タイプの設置を採用して、電気キャビネットの背面に閉じたエアダクトを形成します。これにより、熱放射スペースを大幅に削減し、風の抵抗を減らし、循環空気が生成された熱をリアルタイムで奪うことができます。

ユニバーサルACサーボ制御アルゴリズムアーキテクチャ

実際のアプリケーションでは、制御性能の観点からV/Fコントロールとベクトル制御の間の大きなギャップを考慮して、前者は基本的に後者に置き換えることができます。したがって、一般的なACサーボドライブには、主に3つの部分を含むV/Fアルゴリズムモジュールは含まれていません。

（1）サーボコントローラー。

（2）デカップリングコントローラー。

（3）電流制御SVPWMコンバーター。

現在のコントロールループは、固定2 {-軸座標系のデジタル電流制御を使用し、現在のループ帯域幅を増やすためにバック- EMF補償戦略を組み込みます。デカップリング制御ループは、間接的なフィードフォワードローターフィールド-指向制御戦略を採用しています。サーボ制御ループには、速度（および位置）コントローラーが含まれます。

サーボコントローラーは、速度コントローラーとポジションコントローラーで構成されています。ポジションループは、サーボパラメーター構成を介してアプリケーション要件に基づいて有効にするか、無効にすることができます。その目的は、補償器を介した位置エラー信号に基づいて適切な速度コマンドを生成し、最終的に位置エラーを排除することです。

速度コントローラーは、比例{-積分コントローラー（PI）または積分{-比例コントローラー（IP）を使用します。ポジションコントローラーは、比例コントローラーを使用します。

AC永久磁石の同期サーボモーターのデカップリングコントローラーには、初期ローター角計算および推定ユニット、同期電気角計算機、および同期モーターフィールド-弱毒コントローラーが含まれます。

AC非同期モーターのデカップリングコントローラーには、励起フラックス発生器、ローターフラックスオブザーバー、非同期モーターフィールド-の弱体化コントローラーが含まれます。

Zhejiang（Hangzhou）Tonghang E - Drive Technology Co.、Ltd。、サーボドライブの生産の長年の経験を活用して、ドライブハードウェア構造と制御アルゴリズムの両方の観点から、ユニバーサルドライブの設計は実行可能であり便利であると判断しました。さらに、標準化された合理的なソフトウェア設計アーキテクチャと組み合わせることで、優れたユニバーサルドライブ製品を設計することは確実であり、工作機械飼料とスピンドルシステムのハードウェア、設計、および人件費を大幅に削減します。これはまた、開発者がプロ​​ジェクトの開発とメンテナンスコストを削減し、人的資源の無駄を避けるのに役立ちます。