概述

失重式給料機(jī)由料斗、喂料器（單、雙軸螺旋喂料器）、稱重系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器組成，在操作中，料斗、物料和喂料器共同連續(xù)地進(jìn)行稱重。隨著物料送出后，測(cè)量真實(shí)的失重速率，并將它與所需要的失重速率（設(shè)定值）加以比較。失重式給料機(jī)（失重給料機(jī)）通過(guò)調(diào)解喂料器速率來(lái)自動(dòng)修正偏離設(shè)定點(diǎn)的偏值。從而可以均勻準(zhǔn)確地連續(xù)喂送物料。

目前給料機(jī)給料器主要采用交流伺服電機(jī)。但是隨著產(chǎn)品的升級(jí)，客戶要求伺服電機(jī)具有高速、高平穩(wěn)性、高過(guò)載能力、低成本、小體積等特點(diǎn)。為了適應(yīng)這種市場(chǎng)需求，我們公司開發(fā)了一套新的低壓伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)。該系統(tǒng)由QS208020M驅(qū)動(dòng)器和ACL06040B-2B伺服電機(jī)來(lái)組成，可以應(yīng)用于失重式給料機(jī)系統(tǒng)中。

1．伺服電機(jī)ACL06040B-2B

給料機(jī)要求螺桿軸的電機(jī)具有較寬的轉(zhuǎn)速范圍，運(yùn)行平穩(wěn)。計(jì)算表明，在一定降額的情況下，400W就具有足夠的余量。而且給料機(jī)系統(tǒng)中大部分具有60V開關(guān)電源，所以我們選擇了60V、400W、3000rpm作為永磁同步電機(jī)的額定參數(shù)。電機(jī)的定子采用4對(duì)極繞組，永磁體采用高性能的稀土永磁材料（Nd-FeB）。反饋元件采用2500線的增量式光電編碼器，電機(jī)的分辨率為10000脈沖/每圈。

電機(jī)參數(shù)見下表1

表1：ACL06040B-2B電機(jī)參數(shù)表

實(shí)際測(cè)量電機(jī)的特性曲線入下圖所示。測(cè)試方法是先設(shè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000rpm，然后負(fù)載從0慢慢增加到0.64NM，測(cè)試電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。

圖1：ACL06040B-2B電機(jī)運(yùn)頻特性

測(cè)試數(shù)據(jù)表明，在整個(gè)加載過(guò)程中，電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3000±1rpm，因此其相對(duì)轉(zhuǎn)速變化率

其中

n0=空載時(shí)轉(zhuǎn)速

nl=滿負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速。

從測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看電機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行非常平穩(wěn)。通過(guò)對(duì)比測(cè)試發(fā)現(xiàn)，其平穩(wěn)性并不國(guó)外著名品牌的差，而且價(jià)格具有較大的優(yōu)勢(shì)。

2．交流伺服驅(qū)動(dòng)器QS208020M

伺服的控制要求和步進(jìn)電機(jī)或感應(yīng)電機(jī)有較大的區(qū)別，它要求電機(jī)具有控制系統(tǒng)具有響應(yīng)快、精度高、高轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小等特點(diǎn)。目前FOC算法是較為成熟的算法之一，本驅(qū)動(dòng)器采用基于TMS320F2801和FOC算法技術(shù)進(jìn)行對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)解耦控制。

2.1磁場(chǎng)定向控制原理

伺服驅(qū)動(dòng)器的控制原理圖如下：

1.轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)和速度計(jì)算模塊；

2.位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)控制器；

3.3S/2S,2S/2R,2R/2S坐標(biāo)變換模塊；

4.SVPWM模塊；

5.三相逆變模塊。

QS208020M伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)電流采樣電阻或者霍爾電流傳感器檢測(cè)電機(jī)的相電流i_a、i_b，（其中ic可以由方程 i_a+i_b+i_c=0求得，因此實(shí)際應(yīng)用中只需要采集兩相電流就足夠了）。所采樣到的相電流經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字量并送進(jìn)DSP做處理。

通過(guò)Clarke變換和Park變換將電流i_a，i_b，i_c變換成旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流分量i_d、i_q。i_d 、i_q作為電流負(fù)反饋送到電流調(diào)節(jié)器中進(jìn)行處理。

給定位置θ_ref與位置反饋量θ_m的偏差經(jīng)過(guò)位置調(diào)節(jié)器計(jì)算，其輸出作為參考轉(zhuǎn)速n_ref，n_ref與轉(zhuǎn)速反饋量n的偏差經(jīng)過(guò)速度調(diào)節(jié)器、其輸出作為用于轉(zhuǎn)矩控制的q軸電流參考分量i_qref。以轉(zhuǎn)速反饋量n作為輸入的函數(shù)發(fā)生器，根據(jù)控制策略制定的"n-Ψ"曲線給出了用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的d軸電流參考分量i_dref。i_dref和i_qref與電流反饋量i_q，i_d的偏差經(jīng)過(guò)電流調(diào)節(jié)器，分別輸出Ο_dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的相電壓分量v_qref和v_dref。再經(jīng)過(guò)Park逆變換轉(zhuǎn)換成Ο_αβ直角坐標(biāo)系的定子相電壓矢量的分量v_aref和v_bref。

編碼器會(huì)反饋轉(zhuǎn)子的磁極位置信號(hào)UVW，可以通過(guò)UVW信號(hào)來(lái)確定轉(zhuǎn)子所在的扇區(qū)，就可以利用SVPWM模塊，產(chǎn)生三相PWM斬波，從而可以采用類似直流電機(jī)的方法進(jìn)行控制交流伺服電機(jī)。

圖2：QS2伺服驅(qū)動(dòng)器工作原理

QS2伺服驅(qū)動(dòng)器。

本伺服驅(qū)動(dòng)器采用了32位高性能的DSP芯片，采用先進(jìn)的FOC技術(shù)。它具有高性能，高精度，體積小巧，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)在給料機(jī)系統(tǒng)上測(cè)試表明，電機(jī)從靜止到加速到最高轉(zhuǎn)速，僅需要約10毫秒的時(shí)間。故在給料機(jī)這種高精度、高響應(yīng)性的場(chǎng)合，能很好地滿足客戶需求。

1.給料機(jī)系統(tǒng)分析。

圖3：給料機(jī)工作原理

給料機(jī)的結(jié)構(gòu)如上圖所示。顆粒通過(guò)漏斗往下進(jìn)入螺桿軸。其中攪拌軸在工作時(shí)做攪拌用，可以增加顆粒物的流動(dòng)性。顆粒從螺桿的螺紋間隙中，隨著這螺桿是旋轉(zhuǎn)不斷向前推薦。假設(shè)螺桿旋轉(zhuǎn)一圈，顆粒物前進(jìn)的質(zhì)量為Δm。因此螺桿軸輸出的物料的質(zhì)量M=Δm*L，其中L是螺桿旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。由上述可知，控制電機(jī)所旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，就能控制顆粒物給料的質(zhì)量。

本應(yīng)用案例中，采用的是QS208020M+ACL06040B-2B電機(jī)，輸入方式采用模擬量輸入控制轉(zhuǎn)速，其具有響應(yīng)快，控制精度高的特點(diǎn)，能很好的應(yīng)用在給料機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中。

2.結(jié)論

給料機(jī)的螺桿軸對(duì)伺服性能要求體現(xiàn)在響應(yīng)性和平穩(wěn)性和定位精度。本數(shù)字

伺服系統(tǒng)有響應(yīng)快，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，精度高的特點(diǎn)能很好的應(yīng)用在給料系統(tǒng)中。

目前，QS208020M驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)ACL06040B-2B電機(jī)已經(jīng)大量的應(yīng)用在給料機(jī)行業(yè)中。下圖為某公司的給料機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)就在行業(yè)處于領(lǐng)先地位，其用的就是本公司的產(chǎn)品。