12 Толстых О.А

НОВЫЕ РАЗРАБОТКИ ЛИНЕЙНОГО
СЕРВОПРИВОДА НА КАФЕДРЕ АЭП НИУ «МЭИ»
Толстых О.А.
к.т.н., с.н.с. НИУ «МЭИ». Кафедра АЭП
НИЛ Центр Прецизионной Мехатроники
Аннотация.
Рассмотрены
результаты
разработки
опытной
серии
«прямых»
линейных
электроприводов на базе линейных машин с пазовым якорем и цифровых блоков
управления. Описывается цифровая система управления электропривода и ее
некоторые ключевые узлы.
Содержание.
1) Линейные машины серии МСЛ…………………………………………… 3
2) Линейные сервоприводы серии ЭЛК…………………………............... 4-5
3) Структура системы управления линейного сервопривода………….. 6
4) Некоторые узлы системы управления …………………………………. 7-10
Введение.
 Разработки линейного сервопривода на кафедре АЭП НИУ МЭИ с 2011 г.
 Изготовлены и испытаны опытные образцы электроприводов мощностью 1 кВт, 4 кВт
и 8 кВт.
2
Линейные машины серии МСЛ
МСЛ-0,6-2,2-К
МСЛ-1,5-3-В
МСЛ-2-4,6-В
Секция магнитного пути
Линейная машина
МСЛ-0,6-2,2-К
МСЛ-1,5-3-В
МСЛ-2-4,6-В
Продолжительная сила, Н
Пиковая сила, Н
Продолжительный ток фазы (дейст.), A
Пиковый ток фазы, (действ.), A
Коэффициент силы, Н/A (ампл.)
Напряжение питания UDC, В
Номинальная скорость, м/с
Механическая мощность, кВт
Охлаждение
540
2100
3
12
89,3
300
1,9
1
Конвекционное
1160
2400
9,7
20
56,7
528
3,4
4
Водяное
1820
3360
19,5
36
44,2
528
4,6
8
Водяное
3
Сервоприводы серии ЭЛК
ЭЛК1
ЦСУ-380-12
Линейная машина
Ход линейной оси, мм
Максимальная
скорость, м/с
Точность (ISO 230-2), мкм
ЦСУ
ЭЛК4
ЭЛК1
ЭЛК4
ЭЛК8
МСЛ-0,6-2,2К
1000
МСЛ-1,5-3В
1000
МСЛ-2-4,6В
800
3
3
3
+/- 0,5
+/- 0,5
+/- 0,5
ЦСУ-380-12
ЦСУ-380-24
ЭЛК8
Особенности ЦСУ:
 продолжительный ток 12, 24 А
 цифровые контуры управления током, скоростью,
положением
 калиброванное управление с учетом ограничений
 встроенные защиты: I2T, короткое замыкание, перегрев
 интерфейсы работы с ЧПУ: +/- 10 В, A/B, CW/CCW, Step/Dir
 интерфейс настройки и управления
4
Компьютерный интерфейс пользователя «СЕРВОДРАЙВ»
Особенности:
 коррекция сигналов датчика перемещения
 «Автофазирование» двигателя
 автоматическая настройка контуров тока,
скорости, положения
 настройка параметров генератора
траектории
 встроенный язык программирования
циклов перемещения
 цифровой осциллограф
5
Структура системы управления линейного сервопривода
Контроллер привода
Вентильный двигатель
А*
Aff
V*
ГТ
Vff
*
-
Регулятор
положения
Векторная ШИМ
и инвертор
Tff*
Vff*
+
Регулятор
скорости
-
Наблюдатель
скорости
+ T1*
I*
ЗТ
I
Регулятор
тока
v*
Линейная СМПМ
с датчиком
перемещения

Преимущества:
 простота реализации
 известные методы расчета/настройки параметров регуляторов
6
Коррекция сигналов датчика перемещения
Контроллер привода
Вентильный двигатель
А*
Aff
V*
ГТ
Vff
*
-
Регулятор
положения
+
-
Векторная ШИМ
и инвертор
Tff*
Vff*
Регулятор
скорости
Наблюдатель
скорости
+ T1*
I*
ЗТ
I
Регулятор
тока
v*
Линейная СМПМ
с датчиком
перемещения

K
7
Компенсация зубцовой силы
Контроллер привода
Вентильный двигатель
А*
Aff
V*
ГТ
Vff
*
-
Регулятор
положения
+
-
Векторная ШИМ
и инвертор
Tff*
Vff*
Регулятор
скорости
Наблюдатель
скорости
+ T1*
K
I*
ЗТ
I
Регулятор
тока
v*
Линейная СМПМ
с датчиком
перемещения

K
8
Наблюдатель скорости
Контроллер привода
Вентильный двигатель
А*
Aff
V*
ГТ
Vff
*
-
Регулятор
положения
+
-
V
Векторная ШИМ
и инвертор
Tff*
Vff*
+ T1*
Регулятор
скорости
K
I*
ЗТ
I
Наблюдатель
скорости
Регулятор
тока
v*
Линейная СМПМ
с датчиком
перемещения

K
D(z)
T*
1
U(z)
θ
+
Y(z)
H(z)
E(z)
K2
(½)Kdc
+
YO(z)
K1
1
z-1
+
+
z+1
z(z-1)
2
z
V
V(z)
9
Программное управление положением, скоростью и силой
Контроллер привода
Вентильный двигатель
А*
Aff
V*
ГТ
Vff
*
-
Регулятор
положения
+
-
Векторная ШИМ
и инвертор
Tff*
Vff*
Регулятор
скорости
Наблюдатель
скорости
+ T1*
K
I*
ЗТ
I
Регулятор
тока
v*
Линейная СМПМ
с датчиком
перемещения

K
10
Заключение
 Изготовлены и испытаны опытные образцы электроприводов (линейных
осей) мощностью 1 кВт, 4 кВт и 8 кВт
 Пиковая сила линейных осей – от 2100 до 3360 Н
 Максимальная скорость линейной оси – 3 м/с
 Точность линейной оси (с оптическим датчиком перемещения) – +/- 0,5 мкм
 Изготовлены
и
испытаны
образцы
цифровых
сервоусилителей
с
продолжительным током 12 и 24 А
 Комплектные линейные электроприводы серии ЭЛК используются в
опытных образцах копировально-прошивных и проволочно-вырезных
станков ГИЦ МГТУ «СТАНКИН»
11
Спасибо за внимание
к.т.н., с.н.с.: Толстых Олег Александрович
Национальный исследовательский университет «МЭИ»
Кафедра АЭП
НИЛ Центр Прецизионной Мехатроники
Телефон: (495) 362-70-60
Е-mail: tolstix218@mail.ru
12