Avec le développement rapide de la technologie des moteurs modernes, de la technologie de l'électronique de puissance moderne, de la technologie de la microélectronique, de la technologie des matériaux à aimants permanents, de la technologie de régulation de la vitesse réglable en courant alternatif et de la technologie de contrôle, la technologie d'asservissement en courant alternatif à aimants permanents connaît un grand développement. Les performances du système d'asservissement à courant alternatif à aimant permanent s'améliorent de jour en jour, et le prix a tendance à être raisonnable, ce qui fait que le système d'asservissement à courant alternatif à aimant permanent remplace le système d'asservissement à courant continu, en particulier dans le domaine de la haute précision, les exigences de haute performance du servomoteur sont devenues une tendance de développement du système de servocommande électrique moderne.
Le système d'asservissement AC à aimant permanent présente les avantages suivants :
Moteur sans balai ni collecteur, travail fiable, entretien et maintenance simples ;
Dissipation thermique rapide de l'enroulement du stator ;
Petite inertie, facile à améliorer la rapidité du système ;
Approprié à l'état fonctionnant à grande vitesse et à grand couple ;
Sous la même puissance, volume et poids plus petits, largement utilisés dans les machines-outils, les équipements mécaniques, les mécanismes de manutention, les équipements d'impression, les robots d'assemblage, les machines de traitement, les bobineuses à grande vitesse, les machines textiles et autres occasions, pour répondre aux besoins de développement du champ de transmission.
Après le développement du mode analogique et hybride, le pilote du système d'asservissement AC à aimant permanent est entré dans l'ère numérique. Le servo-entraînement numérique complet surmonte non seulement la grande dispersion, la dérive nulle, la faible fiabilité et d'autres déterminations du servo analogique, mais donne également un jeu complet aux avantages du contrôle numérique dans la précision de contrôle et la méthode de contrôle flexible, ce qui rend le servo-entraînement non seulement simple structure, mais aussi des performances plus fiables. Maintenant, le système d'asservissement haute performance, la plupart du système d'asservissement à courant alternatif à aimant permanent, y compris le servomoteur à courant alternatif synchrone à aimant permanent et le servomoteur synchrone à aimant permanent à courant alternatif entièrement numérique en deux parties.
Le servo variateur se compose de deux parties : le matériel du variateur et l'algorithme de contrôle. L'algorithme de contrôle est l'une des technologies clés pour déterminer les performances du système d'asservissement AC, qui est la partie principale du blocus de la technologie servo AC étrangère et le cœur du monopole technologique.
La structure de base du système d'asservissement à aimant permanent AC
Le servomoteur synchrone à aimant permanent AC est principalement composé d'une unité de servocommande, d'une unité d'entraînement de puissance, d'une unité d'interface de communication, d'un servomoteur et d'un dispositif de détection de rétroaction correspondant. Sa structure est illustrée à la figure 1. L'unité de servocommande comprend un contrôleur de position, un contrôleur de vitesse, un contrôleur de couple et de courant, etc. Notre pilote synchrone à aimant permanent AC intègre une technologie de contrôle avancée et une stratégie de contrôle, de sorte qu'il est très adapté aux exigences de haute précision et de haute performance du domaine de la servocommande, mais reflète également l'intelligence puissante, la flexibilité est incomparable au système d'entraînement traditionnel.
À l'heure actuelle, le servomoteur grand public adopte un processeur de signal numérique (dsp) comme noyau de contrôle. Son avantage est qu'il peut réaliser un algorithme de contrôle plus complexe et que les questions sont numérisées, mises en réseau et intelligentes. Les dispositifs d'alimentation utilisent généralement le module d'alimentation intelligent (ipm) comme conception de base du circuit d'entraînement, le circuit d'entraînement intégré interne ipm, et ont un circuit de protection contre les surtensions, les surintensités, les surchauffes, les sous-tensions et autres détections de défauts, dans le circuit principal également ajouté circuit de démarrage progressif , afin de réduire l'impact du processus de démarrage sur le conducteur.
Le servomoteur peut être divisé en deux modules, la carte d'alimentation et la carte de contrôle. Comme le montre la figure 2, la plaque de puissance (plaque d'entraînement) est un département électrique fort, qui comprend deux unités. L'un est l'unité d'entraînement de puissance ipm utilisée pour entraîner le moteur, et l'autre est l'unité d'alimentation à découpage pour fournir une alimentation numérique et analogique à l'ensemble du système.
La carte de commande est la partie de courant faible, le noyau de commande du moteur et le support de fonctionnement de l'algorithme de commande de base de la technologie de servocommande. La carte de commande émet un signal pwm via l'algorithme correspondant, qui est utilisé comme signal de commande du circuit de commande pour modifier la puissance de sortie de l'onduleur, afin d'atteindre l'objectif de contrôler le servomoteur AC synchrone à aimant permanent triphasé.
Unité d'entraînement de puissance
L'unité d'entraînement de puissance redresse d'abord l'alimentation triphasée ou secteur d'entrée à travers le circuit redresseur triphasé en pont complet pour obtenir le courant continu correspondant. Le servomoteur CA synchrone à aimant permanent triphasé est entraîné par le convertisseur de fréquence de tension pwm sinusoïdal triphasé après un bon redressement. L'ensemble du processus de l'unité d'entraînement de puissance peut être simplement décrit comme un processus ac-dc-ac. Le circuit topologique principal de l'ac-dc est le circuit redresseur triphasé à pont complet non contrôlé.
La partie onduleur (dc-ac) adopte le module d'alimentation intelligent (ipm) qui intègre le circuit d'entraînement, le circuit de protection et l'interrupteur d'alimentation. La topologie principale est le schéma de principe du circuit de l'onduleur triphasé illustré à la figure 3. En utilisant la technique de modulation de largeur d'impulsion (pwm), la modulation de largeur d'impulsion (PWM) modifie la fréquence de la forme d'onde de sortie de l'onduleur en modifiant l'alternance sur -temps d'arrêt du transistor de puissance et modifie le rapport de temps marche-arrêt du transistor à chaque demi-cycle. C'est-à-dire en modifiant la largeur d'impulsion pour modifier la valeur auxiliaire de la tension de sortie de l'onduleur afin d'atteindre l'objectif de régulation de puissance.
vt1 ~ vt6 sur la figure 3 sont six tubes interrupteurs de puissance, s1, s2 et s3 représentent respectivement trois bras de pont. L'état de commutation de chaque bras de pont est spécifié comme suit : lorsque le tube de commutation du bras de pont supérieur est à l'état "on" (le tube de commutation du bras de pont inférieur doit être à l'état "off" à ce moment), l'état du commutateur est 1 ; Lorsque le tube de commutation du bras de pont inférieur est à l'état "on" (alors le tube de commutation du bras de pont inférieur doit être à l'état "off"), l'état de l'interrupteur est 0. Les trois bras de pont n'ont que deux états de "0" et "1", donc s1, s2 et s3 forment huit modes de tube de commutation de 000, 001, 010, 011, 100, 101 et 111 , parmi lesquels les modes de commutation 000 et 111 rendent la tension de sortie de l'onduleur nulle, ce mode de commutation est donc appelé état zéro. La tension de ligne de sortie est uab, ubc et uca, et la tension de phase est ua, ub et uc, où udc est la tension d'alimentation CC. L'analyse du tableau ci-joint peut être obtenue selon ce qui précède.
Unité de contrôle
L'unité de contrôle est au cœur de l'ensemble du système d'asservissement AC, réalisant le contrôle de la position du système, le contrôle de la vitesse, le couple et le contrôleur de courant. Le processeur de signal numérique (dsp) a non seulement une capacité de traitement de données rapide, mais intègre également un ASIC riche pour le contrôle du moteur, tel qu'un convertisseur a/d, un générateur pwm, un circuit de compteur de synchronisation, un circuit de communication asynchrone, un émetteur-récepteur de bus et une statique programmable à grande vitesse RAM et mémoire programme de grande capacité. Le servomoteur réalise le contrôle vectoriel (vc) en adoptant le principe de contrôle de l'orientation du champ magnétique (foc) et de la transformation des coordonnées, et contrôle le moteur en combinant le mode de contrôle de modulation de largeur d'impulsion sinusoïdale (spwm). La commande vectorielle d'un moteur synchrone à aimants permanents commande généralement le courant ou la tension du stator en détectant ou en estimant la position et l'amplitude du flux rotorique du moteur. De cette manière, le couple du moteur est uniquement lié au flux et au courant, ce qui est similaire à la méthode de contrôle du moteur à courant continu et peut obtenir des performances de contrôle élevées. Pour les moteurs synchrones à aimants permanents, la position de flux du rotor est la même que la position mécanique du rotor. De cette manière, la position du flux du rotor du moteur peut être connue en détectant la position réelle du rotor, de sorte que la commande vectorielle du moteur synchrone à aimants permanents est simplifiée par rapport à celle du moteur asynchrone.
Servomoteur AC à aimant permanent contrôlé par servomoteur (pmsm)
Lorsque le servomoteur contrôle le servomoteur à aimant permanent AC, il peut fonctionner respectivement en mode de contrôle de courant (couple), de vitesse et de position. Le schéma fonctionnel de la structure de commande du système est illustré à la figure 4. Étant donné que le servomoteur à aimant permanent AC (pmsm) utilise une excitation à aimant permanent, son champ magnétique peut être considéré comme constant. Dans le même temps, la vitesse du moteur du servomoteur à aimant permanent AC est une vitesse synchrone, c'est-à-dire que sa révolution est nulle. Ces conditions réduisent considérablement la complexité du modèle mathématique du servomoteur CA entraînant le servomoteur à aimant permanent CA. Comme on peut le voir sur la figure 4, le système est basé sur la mesure de la rétroaction du courant biphasé (ia, ib) du moteur et de la position du moteur. En combinant le courant de phase mesuré (ia, ib) avec les informations de position, les composantes id et iq ont été obtenues par le changement de coordonnées (du système de coordonnées a, b, c au système de coordonnées du rotor d, q), puis entrés dans leurs régulateurs actuels respectifs. La sortie du régulateur de courant passe par le changement de coordonnées inverse (du système de coordonnées d, q au système de coordonnées a, b, c) pour obtenir l'instruction de tension triphasée. La puce de contrôle, via l'instruction de tension triphasée, après inversion et retard, reçoit 6 ondes pwm en sortie vers le dispositif d'alimentation pour contrôler le fonctionnement du moteur. Dans le système sous différents modes d'entrée d'instruction, instruction et rétroaction via le régulateur de contrôle correspondant, obtenez le niveau suivant d'instruction de référence. Dans la boucle de courant, la composante de courant de couple (iq) des axes d, q est la sortie ou externe donnée par le régulateur de contrôle de vitesse. En général, la composante de flux est nulle (id=0), mais lorsque la vitesse est supérieure à la valeur limite, une valeur de vitesse plus élevée peut être obtenue par affaiblissement magnétique (id "0").
La transformation du système de coordonnées a, b, c en système de coordonnées d, q est réalisée par la transformation de clarke et park ; La transformation de dq en coordonnées a, b, c est réalisée avec la transformation contravariante de Clark et Parker.