Fizika upravljanja: Istraživanje arhitekture AC servo pogona

The AC servo pogon je sofjastjacjaranja djao energetske elektronjake kojja predstavlja trijumf teorije kontrole primijenjene na elektrotehniku. Da bismo razumjeli njegove sposobnosti visokih performansi, bitno je pogledati dalje od njegove funkcionalne uloge i ispitati je unutarnja arhitektura — komponente i procesi koji omogućuju precizno gibanje.

Unutarnja arhitektura: tri glavna podsustava

An AC servo pogon općenito se sastoji od tri primarna funkcionalna stupnja koji pretvaraju dolaznu izmjeničnu struju u precizno kontroliranu izmjeničnu struju za motor, na temelju povratnih signala:

1. Stupanj pretvorbe snage (ispravljač):

   • Dolazna jednofazna ili trofazna izmjenična struja prvo se pretvara u visokonaponski istosmjerni (istosmjerni) napon, koji se obično izglađuje pomoću Kondenzatorska baterija istosmjernog međukruga .

   • Energija pohranjena u ovoj istosmjernoj sabirnici tada je dostupna za sljedeći stupanj.

   • Napomena: Pogon također može sadržavati kočioni otpornik ili regenerativni krug za raspršivanje ili ponovno korištenje viška energije generirane tijekom usporavanja motora.

2. Stupanj inverzije snage (inverter):

   • Ovo je glavni odjeljak za prebacivanje napajanja, koji se obično sastoji od niza Bipolarni tranzistori s izoliranim vratima (IGBT) .

   • Upravljačka ploča koristi Modulacija širine pulsa (PWM) tehnike za brzo prebacivanje IGBT-ova, pretvarajući istosmjerni napon natrag u trofazni AC valni oblik.

   • Najvažnije je da pogon kontrolira frekvencija, magnituda i faza ovog izlaznog AC valnog oblika s iznimno visokom rezolucijom za precizno upravljanje brzinom i momentom motora.

3. Faza kontrole i obrade (mozak):

   • To uključuje mikroprocesor ili Digitalni procesor signala (DSP) koji izvršava kontrolne petlje.

   • Obrađuje dolazne naredbe položaja/brzine i koristi povratnu informaciju u stvarnom vremenu od enkodera ili rezolvera motora.

   • Zatim pokreće PID regulacijske petlje i Kontrola usmjerena na polje (FOC) algoritmi za izračunavanje točnih PWM signala paljenja potrebnih za inverterski stupanj kako bi se eliminirala svaka pogreška između naredbe i stvarnog položaja motora.

Kritična uloga kontrole usmjerene na polje (FOC)

Vrhunska izvedba AC servo pogon u usporedbi sa standardnim VFD-om svodi se na njegovu upotrebu od Kontrola usmjerena na polje (FOC) , koji se ponekad naziva i vektorska kontrola.

• Problem: Upravljanje AC motorom je složeno jer su okretni moment i tok povezani (međuovisni).

• FOC rješenje: DSP u pogonu matematički transformira trofazne izmjenične struje motora ( $i_a,i_b,i_c$ ) iz fizičkog referentnog okvira statora u rotirajući dvoosni referentni okvir istosmjerne struje ( $i_d,i_q$ ).

  • The struja d-osi ( $i_d$ ) kontrolira magnetski tok (ili polje).

  • The struja q-osi ( $i_q$ ) kontrolira okretni moment .

• Prednost: Odvajanjem fluksa i okretnog momenta, pogon može precizno i brzo upravljati okretnim momentom, dajući motoru visok dinamički odziv sličan onom kod istosmjernog motora visokih performansi. Ovo je bitno za brzo ubrzanje i precizno pozicioniranje koji definiraju servo sustav.

Razmatranja ocjene snage

Prilikom odabira AC servo pogon , njegovo nazivna snaga kritičan je i mora se uskladiti s motorom i zahtjevima primjene. Ova ocjena definira sposobnost pogona da podnese traženo:

• Kontinuirana struja: Struja koju pogon može sigurno opskrbiti tijekom kontinuiranog rada (stacionarno stanje).

• Vršna struja: Maksimalna struja koju pogon može isporučiti za kratko vrijeme (npr., tijekom brzog ubrzanja), što određuje dinamički odgovor sustava.

Sofisticirana arhitektura na AC servo pogon je ono što mu omogućuje pouzdano isporučivanje visokih vršnih struja za dinamičko kretanje uz održavanje iznimno precizne kontrole nad položajem, brzinom i momentom, što ga čini nezamjenjivim u naprednoj automatizaciji.