Servomotoren sind ein wichtiger Bestandteil moderner Bewegungssteuerung und werden häufig in Automatisierungsanlagen wie Industrierobotern und CNC-Bearbeitungszentren eingesetzt. Insbesondere Servomotoren zur Ansteuerung von permanentmagneterregten Synchronmotoren haben sich zu einem Forschungsschwerpunkt im In- und Ausland entwickelt. Strom-, Drehzahl- und Drei-Positionen-Regelalgorithmen auf Basis der Vektorregelung finden breite Anwendung bei der Entwicklung von AC-Servomotoren. Die Frage, ob die Drehzahlregelung im Algorithmus sinnvoll ist, spielt eine entscheidende Rolle für das gesamte Servoregelungssystem, insbesondere für dessen Regelgenauigkeit.
Der Arbeitsprozess des Servoantriebs
Servomotoren nutzen alle einen digitalen Signalprozessor (DSP) als Steuerungskern, der komplexere Steuerungsalgorithmen, Digitalisierung, Vernetzung und intelligente Funktionen ermöglicht. Leistungselektronik basiert üblicherweise auf einer Antriebsschaltung mit intelligenten Leistungsmodulen (IPM). Die IPM-Integration umfasst eine Steuerschaltung sowie Erkennungs- und Schutzschaltungen gegen Überspannung, Überstrom, Überhitzung und Unterspannung. Zusätzlich ist eine Sanftanlaufschaltung in den Hauptstromkreis integriert, um den Einfluss des Anlaufvorgangs auf den Antrieb zu minimieren.
Zunächst gleichrichtet die Steuereinheit die dreiphasige Eingangsspannung bzw. die Netzspannung mittels eines dreiphasigen Brückengleichrichters, um den entsprechenden Gleichstrom zu erzeugen. Nach der Gleichrichtung wird der AC-Servomotor von einem dreiphasigen Sinus-PWM-Spannungsumrichter angesteuert. Der gesamte Prozess der Antriebseinheit kann vereinfacht als AC-DC-AC-Prozess betrachtet werden. Die Hauptschaltung des Gleichrichters (AC-DC) ist ein ungeregelter dreiphasiger Brückengleichrichter. Hochwertige Servomotoren verfügen üblicherweise über drei Regelungsmethoden: Positionsregelung, Drehmomentregelung und Drehzahlregelung.
Positionsregelung: Im Positionsregelungsmodus wird die Drehzahl üblicherweise über die Frequenz extern zugeführter Impulse und der Drehwinkel über die Anzahl der Impulse bestimmt. Einige Servos können Drehzahl und Position auch direkt über die Kommunikation steuern. Dank der präzisen Regelung von Drehzahl und Position wird diese Methode häufig in Positioniergeräten eingesetzt.
Drehmomentregelung: Die Drehmomentregelung erfolgt durch die Einstellung des externen Ausgangsdrehmoments der Motorwelle über einen externen Analogeingang oder eine direkte Adresszuweisung. Das eingestellte Drehmoment kann durch Ändern des Analogeingangs direkt angepasst werden. Die Drehmomenteinstellung muss stets entsprechend der Änderung des Wicklungsradius angepasst werden, um sicherzustellen, dass sich die Materialkraft mit der Änderung des Wicklungsradius nicht ändert.
Im Drehzahlmodus kann die Drehzahl über analoge Eingänge oder die Pulsfrequenz gesteuert werden. Bei einem übergeordneten Regler mit PID-Außenregelkreis kann der Drehzahlmodus auch zur Positionierung genutzt werden. Hierfür ist jedoch das Motorpositionssignal oder ein direktes Lastpositionssignal erforderlich, das zur Positionsberechnung an den übergeordneten Regler zurückgegeben wird. Der Positionsmodus unterstützt auch die direkte Lastpositionierung mittels des vom Außenregelkreis erfassten Signals. In diesem Fall erfasst der Encoder am Ende der Motorwelle lediglich die Motordrehzahl, während das Positionssignal vom direkten Erfassungsgerät am Lastende ausgegeben wird. Dadurch werden Zwischenschritte reduziert und die Positioniergenauigkeit des Gesamtsystems erhöht.
Wenn keine Anforderungen an Drehzahl und Position des Motors gestellt werden, soll einfach ein konstantes Drehmoment ausgegeben werden; hierfür ist selbstverständlich der Drehmomentmodus zu verwenden.
Wenn Sie eine gewisse Genauigkeitsanforderung an Position und Geschwindigkeit haben, aber nicht so sehr auf das Drehmoment in Echtzeit Wert legen, ist der Drehmomentmodus nicht praktikabel; in diesem Fall ist es besser, den Geschwindigkeits- oder Positionsmodus zu verwenden.
Verfügt der übergeordnete Regler über eine bessere Regelungsfunktion, verbessert sich die Drehzahlregelung. Sind die Anforderungen nicht sehr hoch oder besteht im Wesentlichen keine Echtzeitanforderung, wird die Positionsregelung eingesetzt.
Das oben Beschriebene ist der Arbeitsablauf des Servoantriebs. Für weitere Informationen zu professionellen Servoantrieben wenden Sie sich bitte an Ouke. Ouke ist ein spezialisierter Anbieter von Fanuc-Servomotoren, Siemens-Servoantrieben, Mitsubishi-Servomotoren, Fanuc-Servomotor-Encodern, Fanuc-Leiterplatten usw.
