摘要：丹佛斯FC300驅(qū)動(dòng)器是高性能的伺服驅(qū)動(dòng)器，加裝各種編碼器選件卡以后可以驅(qū)動(dòng)各種伺服永磁同步電機(jī)。本文就丹佛斯FC302驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)帶HIPERFACE編碼器反饋的伺服永磁同步電機(jī)的應(yīng)用加以詳細(xì)論述。
關(guān)鍵詞：伺服永磁同步電機(jī) HIPERFACE
引言：隨著生產(chǎn)速度和精度的提高，越來(lái)越多的設(shè)備需要使用伺服驅(qū)動(dòng)。丹佛斯公司針對(duì)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)了高性能的FC302系列伺服驅(qū)動(dòng)器，適用于各種伺服永磁同步電機(jī)。伺服永磁同步電機(jī)有各種位置反饋裝置，常見(jiàn)的有旋轉(zhuǎn)變壓器，EnDat絕對(duì)位置編碼器，SSI絕對(duì)位置編碼器等。Hiperface編碼器也是一種常見(jiàn)的高精度編碼器，但是國(guó)內(nèi)目前使用較少，因此需要對(duì)其具體應(yīng)用方法作詳細(xì)介紹。
一、 HIPERFACE編碼器工作原理
HIPERFACE編碼器是一種串行絕對(duì)位置和正余弦模擬量信號(hào)混合編碼器，內(nèi)部原理框圖見(jiàn)圖1
圖1，HIPERFACE編碼器內(nèi)部邏輯框圖
編碼器有每轉(zhuǎn)2n周期的正、余弦模擬量信號(hào)輸出，又有RS485通訊絕對(duì)位置數(shù)字量信號(hào)輸出。正、余弦模擬量信號(hào)送入編碼器選件卡以后，又被分為兩路。一路經(jīng)比較器整形以后變成A、B相增量脈沖信號(hào)，送入計(jì)數(shù)器，如同普通的增量編碼器;另一路放大后送入A/D轉(zhuǎn)換器，作絕對(duì)位置解碼用，如同普通的旋轉(zhuǎn)變壓器。RS485串行通信接口默認(rèn)通信速率為9600Bd。
HIPERFACE編碼器同時(shí)解決了轉(zhuǎn)速、永磁同步電機(jī)換向位置檢測(cè)和高精度角度位置的檢測(cè)的問(wèn)題。上電初始，驅(qū)動(dòng)器先通過(guò)RS485串行接口讀出當(dāng)前的絕對(duì)角度位置;然后根據(jù)增量脈沖信號(hào)獲取當(dāng)前位置;高精度的正、余弦模擬量信號(hào)能提供極高精度的位置信息;而與此同時(shí)，信號(hào)頻率即使在很高的轉(zhuǎn)速下依然保持在相對(duì)較低的水平，因而能傳輸較遠(yuǎn)的距離。
二、接線(xiàn)：
丹佛斯編碼器選件卡MCB102支持長(zhǎng)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)增量形編碼器、EnDat絕對(duì)位置編碼器、SSI絕對(duì)位置編碼器和HIPERFACE接口編碼器。當(dāng)接HIPERFACE接口編碼器時(shí)，接線(xiàn)圖如圖2所示。
圖2，HIPERFACE編碼器接線(xiàn)圖
三、 驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置：
以下以FC302驅(qū)動(dòng)施耐德伺服永磁同步電機(jī)BSH1002M11F2A(SKS360 HIPERFACE編碼器反饋)為例，說(shuō)明驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置辦法。FC302驅(qū)動(dòng)器加裝了MCB102編碼器反饋選件卡和MCO305運(yùn)動(dòng)控制選件卡。
1. 控制方式和電機(jī)選擇：
2. 永磁同步電機(jī)的電機(jī)參數(shù)：
永磁同步電機(jī)參數(shù)除了電機(jī)額定電流、額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)矩、電機(jī)極數(shù)、定子電阻之外，還有自己的特有參數(shù)：1000rpm時(shí)感應(yīng)電勢(shì)和d軸電感。
查閱電機(jī)說(shuō)明書(shū)，得到電機(jī)參數(shù)表1：
380V驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部直流電壓約530V，考慮20%欲量，應(yīng)選擇400Vdc選此組電機(jī)額定參數(shù)，因此得到電機(jī)額定電流2.30A、額定轉(zhuǎn)速2000rpm、額定轉(zhuǎn)矩5.20Nm和電機(jī)極數(shù)8極。
電機(jī)參數(shù)表2：
查電機(jī)參數(shù)表2得到電機(jī)1000rpm時(shí)感應(yīng)電勢(shì)146V;R20U-V為8.6Ω，換算為丹佛斯的“定子電阻”，需要除2;LdU-V為43.20mH，換算為丹佛斯的d軸電感需要除 。
變頻器內(nèi)電機(jī)參數(shù)設(shè)置如下：
3. 編碼器參數(shù)：
查閱編碼器說(shuō)明書(shū)，得到編碼器參數(shù)表：
四、 轉(zhuǎn)子磁極位置偏差校準(zhǔn)辦法:
永磁同步電機(jī)的矢量控制需要知道電機(jī)轉(zhuǎn)子的確切角度位置，由于廠(chǎng)家安裝的原因，絕對(duì)編碼器反饋的位置與電機(jī)轉(zhuǎn)子的零位存在相位差，所以需要通過(guò)調(diào)試測(cè)得此相位差。丹佛斯FC302驅(qū)動(dòng)器測(cè)試此相位差的具體調(diào)試步驟如下：
五、 位置控制方法：
丹佛斯運(yùn)動(dòng)控制卡MCO305具有多種運(yùn)動(dòng)控制功能，可以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)或相對(duì)位置定位，角度或速度同步控制，電子凸輪控制等功能。MCO305本體有兩個(gè)編碼器輸入接口，支持增量或SSI多圈絕對(duì)位置編碼器。其中一個(gè)接主機(jī)編碼器信號(hào)，另一個(gè)接本機(jī)編碼器信號(hào)。當(dāng)本機(jī)編碼器信號(hào)來(lái)自選件卡MCB102時(shí)，需要設(shè)置以下參數(shù)：
六、 運(yùn)行效果：
電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)電流只有約0.06A，定位響應(yīng)很快，完全滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。
參考文獻(xiàn)[1] FC300 Design Guide. MG33BC02. Danfoss
[2] MCO305 Design Guide. MG33L502. Danfoss
[3] BSH Servo Motor manual. V2.00. 2010.06. Schneider Electric
[4] SKS36 SKM36 Data Sheet. 2010.10. SICK STEGMANN
