基于分布式运动控制的高性能伺服驱动

　　数字信号处理器(dsp)技术的发展，使伺服驱动变得越来越智能化。现场总线的发展也使基于分布式控制结构的控制设计更加灵活并且模块化。它节约了绕组成本并能简化机器构造。智能cd1p伺服驱动是一个独立信号的轴控制器，如图1包括:控制序列程序，轨迹计算器，位置、速度和电流伺服环，还有在同一个设备中的变压器。

　　图1　分布式运动控制系统智能伺服驱动

　　在主机控制和每一个伺服驱动之间的信息传输都是基于profibus dp的标准。用高复用性的模块化的方式可以方便建立复杂的多轴控制的应用。使用了总线设备，控制系统就可以方便的为新产品进行参数重设，而不需要对硬件做任何的更改。通过增加或者删除控制元件(伺服驱动，i/o模块等)来编辑这个进程，而不需要对主要控制系统进行编辑和改动。这个方案的灵活性有助于在自动化生产过程的长期竞争中生存:方便的在对产品缩减和技术生命周期的反馈中编辑改良机器。同时，数字化电流、速度和位置伺服环都包含在伺服驱动中，也改进了伺服性能。

　　伺服控制器设计

　　串级控制结构非常适合高性能的伺服驱动。其内部电流控制环控制电机转力矩，还影响外部速度和位置控制环的动态性能。

　　电流控制设计

　　无刷伺服驱动由一个在轴上安装了位置感应器的永磁同步电机(pmsm)构成。变压器通过脉宽调制器(pwm)实现恒定的直流电压到三相交流电压的转换。常值直流电压源由交流主电源整流而来。为了控制pmsm的转矩，需要控制定子电流幅值和定子电流相位值:电流幅值是与设定力矩成比例，电流相位与转子位置有关。控制定子电流，既可以通过定子坐标系，也能通过转子坐标系。当电流控制在定子坐标系中执行时，传统控制结构包括两到三个以设定电流波形的相位为基准的独立相位电流调节环。在转子参照系中的电流控制是基于pmsm数学模型的，如图2所示。

　　图2　pmsm数学模型

　　电流的直接值和正交分解值(id和iq)都能通过电流相位park变换计算得到。id和iq调节环赋值给直接和正交的电压值(vd和vq)。三相pwm命令通过vd和vq的值使用反park变换计算得到的。在转子坐标系的电流控制中，可以获得在整个速度范围中的良好扭矩性能。如图3所示。

　　(a)　电流控制方法的影响曲线 (b)　模型控制方法的影响曲线

　　图3　伺服驱动的转矩/速度曲线

　　因为在定子坐标系中，三相电流相位环以正弦波为基准，所以速度模式下定子控制性能的发展取决于环的带宽。但是，在转子坐标系中，park变换得到的id和iq是以直流变量为基准。由于这个原因，在转子坐标系中的电流控制更适合cd1p的伺服驱动。