交流异步伺服控制器在数控摩擦焊机上的应用

　　摩擦焊机是利用被焊金属焊面在一定载荷下高速机械摩擦运动而产生工件间接触表面高温，从而相互连接，急停后被焊工件自然冷却而形成可靠焊接的一种新工艺。其特点是焊缝小、无须助焊剂和保护气体、高效、节能、加工一致性强。摩擦焊机可以焊接一般被认为是不可组合的金属材料，如铜和铝、铝和钢、钛和铜、合金钢和钽等的焊接，不产生气孔和焊渣。该工艺在航天、切削刀具、油田钻头特殊管对管、军工产品的焊接等领域都有着不可替代的作用。

　　研发数控摩擦焊机的技术瓶颈是在规定的时间内（≦0. 3 s）被焊接件之间焊接不能定位，国内目前采用的都是电机与主轴通过离合器脱离后对主轴用液压或气压刹车装置制动，这样定位是不可能，停转也是随机的。本研究将交流异步伺服控制器应用于摩擦焊机，使异步交流伺服控制器在焊机主轴选用上满足在0.2s 下定位的要求，使数控摩擦焊接成为可能。

1 交流异步伺服控制器的原理

　　本研究所用吉林世宝机电自动化有限公司生产的异步伺服控制器为矢量控制器，其工作原理为转差矢量控制。该系统采用的转速、电流双闭环、速度调节器ASR、电流调节器ACR、速度传感器PG 和电流传感器AT 均和直流系统相似。异步电动机在两相旋转坐标系中的矢量控制基本方程式为（各参数物理意义见图1 注释）：

图1交流异步伺服控制器结构框图

　　由角速度指令w*和-w的偏差信号将其送入速度调节器ASR，其输出即为-T_e指令，由矢量控制基本方程式，推出i_t1*和w*_S，i*tl和i*_ml经过MT到α 、β坐标系，再到2S/3S 系列坐标变换，即可得到三相电流指令i*_A、i*_B和i*_C。在电流调节部分，由电流指令和经霍尔电流传感器检测出的实时电流相比较的偏差送入电流调节器ACR，输出U*_A、U*_B+和U*_C，该信号与固定载频的三角波相比较，产生控制信号送给IGBT 逆变器的驱动电路。

　　在本控制器中，电流指令i_A、i_B和i_C均由电流的幅值及相位给定I*₁和θ*₁组成，前者通过电流调节器ACR 去控制定子电流的大小，后者则控制逆变器换相的触发时刻，以决定定子电流相位。定子电流相位是否得到及时控制，对于动态转矩的产生十分重要。由矢量控制方程式计算出的转差角频率给定信号w*_S与实测的角速度信号相加，得到定子角频率信号w₁，即旋转磁场的同步旋转角频率w₁= w*_S+ w，将w₁积分即得到同步旋转坐标相位角φ，也就是转子磁链定向角，再加上定子电流相角θ*_S，用来控制逆变器的换相。在调

　　速过程中，定子频率w1随转速w同步上升或下降，使实际加、减速与指令转速差很小，响应时间10 ms。