摘  要： 永磁交流伺服系統以其卓越的性能越來越廣泛地應用到機器人、數控等領域，本文對其驅動器的功能實現做了簡單的描述，其中包括整流部分的整流過程、逆變部分的脈寬調制（PWM）技術的實現、控制單元相應的算法等三個部分。

 

關鍵詞： DSP 整流 逆變 PWM 矢量控制

 

1 引言

 

隨著現代電機技術、現代電力電子技術、微電子技術、永磁材料技術、交流可調速技術及控制技術等支撐技術的快速發展，使得永磁交流伺服技術有著長足的發展。永磁交流伺服系統的性能日漸提高，價格趨于合理，使得永磁交流伺服系統取代直流伺服系統尤其是在高精度、高性能要求的伺服驅動領域成了現代電伺服驅動系統的一個發展趨勢。永磁交流伺服系統具有以下等優點：（1）電動機無電刷和換向器，工作可靠，維護和保養簡單；（2）定子繞組散熱快；(3)慣量小，易提高系統的快速性；（4）適應于高速大力矩工作狀態；（5）相同功率下，體積和重量較小，廣泛的應用于機床、機械設備、搬運機構、印刷設備、裝配機器人、加工機械、高速卷繞機、紡織機械等場合，滿足了傳動領域的發展需求。

 

永磁交流伺服系統的驅動器經歷了模擬式、模式混合式的發展后，目前已經進入了全數字的時代。全數字伺服驅動器不僅克服了模擬式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等確定，還充分發揮了數字控制在控制精度上的優勢和控制方法的靈活，使伺服驅動器不僅結構簡單，而且性能更加的可靠。現在，高性能的伺服系統，大多數采用永磁交流伺服系統其中包括永磁同步交流伺服電動機和全數字交流永磁同步伺服驅動器兩部分。伺服驅動器有兩部分組成：驅動器硬件和控制算法。控制算法是決定交流伺服系統性能好壞的關鍵技術之一，是國外交流伺服技術封鎖的主要部分，也是在技術壟斷的核心。

 

2 交流永磁伺服系統的基本結構

 

交流永磁同步伺服驅動器主要有伺服控制單元、功率驅動單元、通訊接口單元、伺服電動機及相應的反饋檢測器件組成，其結構組成如圖1所示。其中伺服控制單元包括位置控制器、速度控制器、轉矩和電流控制器等等。我們的交流永磁同步驅動器其集先進的控制技術和控制策略為一體，使其非常適用于高精度、高性能要求的伺服驅動領域，還體現了強大的智能化、柔性化是傳統的驅動系統所不可比擬的。

 

目前主流的伺服驅動器均采用數字信號處理器（DSP）作為控制核心，其優點是可以實現比較復雜的控制算法，事項數字化、網絡化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設計的驅動電路,IPM內部集成了驅動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主回路中還加入軟啟動電路,以減小啟動過程對驅動器的沖擊。

 

 

圖1 交流永磁同步伺服驅動器結構

 

伺服驅動器大體可以劃分為功能比較獨立的功率板和控制板兩個模塊。如圖2所示功率板（驅動板）是強電部，分其中包括兩個單元，一是功率驅動單元IPM用于電機的驅動，二是開關電源單元為整個系統提供數字和模擬電源。

 

控制板是弱電部分，是電機的控制核心也是伺服驅動器技術核心控制算法的運行載體。控制板通過相應的算法輸出PWM信號，作為驅動電路的驅動信號，來改逆變器的輸出功率，以達到控制三相永磁式同步交流伺服電機的目的。

 

 

圖2  功率板

 

3 功率驅動單元

 

功率驅動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應的直流電。經過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅動三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元（AC-DC）主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。