变频器在自动车床上的伺服定位方案

       3、主轴变频定位系统原理

       本方案整体控制框图见下图2。变频器采用不控整流方式从三相电网取电，由三相逆变全桥通过空间矢量调制（SVPWM）、闭环矢量控制（Field orientation control）实时控制主轴电机；通过传动机构，将转速信号反馈到变频器控制单元，反馈的转速信号通过分频卡换算为角度信号，与设定的角度做差，经过PID单元运算（加速过程PID,稳态过程PID）得到下一拍主轴电机控制转速指令（具有转矩限幅功能）， 从而实现主轴转速、定位角度的实时精确控制。

图2 主轴变频定位系统原理框图

       4、调试步骤及参数设定：

       系统中涉及到PID运算，在设置比例增益P值、积分时间I值、微分时间D值时要按以下原则设置：转速比例增益P值越大响应越快，但系统稳定性变差，过大的增益可导致转速震荡；积分时间常数I值越小响应越快，转速超调越大，稳定性越差。该参数与系统惯量成正比，惯量较大时，该参数应当设置较大数值。

       参数组中转速比例增益1在主轴加速过程中有效，数值较比例增益2大，用于提高响应速度；比例增益2用于稳态过程PI调整，为了增加系统的稳定性，该参数数值较小。加速过程中两组PI参数可以通过滞环或连续切换方式，自动切换。

       3、调试中出现的问题与解决方法：

       （1）电机运行时出现震动及噪音

       该现象原因：过大的增益比例P值有可能使转速震荡，从而稳速精度下降，甚至使系统不稳定；反之，加速过程缓慢，系统响应速度降低。载波频率主要影响运行中的音频噪声和热效应：载波频率值较小，虽然提高了变频器可带最大负载量，但产生的噪音将同样会增大。

       解决方法：调整适当的PID增益（F8.1.21和F8.1.25）；增大载波频率。

       （2）定位精度不高，定位时间长

       该现象原因：过小的位置环增益，导致了系统响应速度减慢，在工况频繁变化的情况下定位精度下降。

       解决方法：增大位置环PID的增益(Fb.2.21)。

四、实验结果分析

       南方某数控机床厂采用该变频定位方案过程后，达到交流主轴伺服驱动的性能，在一台电机功率为2.2KW的自动车床上进行试运行，实验结果如下：

结论：

       通过实际的生产运用，将本方案应用于自动车床，实现了一次装夹，节省了外部按钮及中间继电器，且加工效率也提高近20%，提高了生产效率，降低了生产成本，充分的发挥经济型数控车床的优越性；经过长期应用，本方案运行稳定、响应迅速、定位精度高，与专用的交流主轴驱动系统相比更适合应用于经济型自动车床领域。