注塑机电液伺服系统技术与应用

发布日期:[09-11-28 20:36:36] 浏览人次:[]

自动控制系统中将输出量以一定准确度跟随输入量变化而变化的系统称为伺服系统,稳定性好、精度高、响应快是对它的基本要求。具体到注塑机,电液伺服系统实现被控制油泵的输出流量和压力快速、准确地跟随上位机给定信号的变化,适应注塑工艺对压力、速度、时间的要求。

按所用的驱动电机来分,伺服系统可分为直流和交流伺服系统,後者又可分为感应电动机伺服系统和永磁同步电动机交流伺服系统。直流电机的励磁回路和电枢回路相互独立,独立地调节两个磁场中的一个来进行调速,控制性能优异,但它采用机械换向装置,碳刷易磨损,运行时易起火花。转子采用永磁材料的同步伺服电机比非同步感应交流伺服电机应用更为广泛,主要是因为永磁材料性能不断提高,价格下降,相对於非同步电机而言,控制较简单,易达到高性能控制要求,因此,近年来永磁伺服电机的交流伺服系统发展势头非常迅猛,注塑机电液伺服系统的出现和发展正是顺应了这一时代潮流。

电液伺服系统的构成

下面以御能注塑机电液伺服系统为例,简单介绍电液伺服系统的构成。如图1所示,御能注塑机电液伺服系统主要由永磁同步伺服电机、电机转子位置/速度传感器、伺服驱动控制器、与伺服电机同轴连接的油泵,以及检测系统油压的压力传感器等关键部件组成。
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图1 御能注塑机电液伺服系统的基本结构。
交流永磁同步电机

永磁同步电动机特点是:结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高。和感应非同步电动机相比,它由於没有转子电流,转子损耗很小;它不需要无功励磁电流,功率因数高,定子电流和定子损耗减小,因此,永磁电机总体效率比感应电机高5%-10%。此外,永磁电机的最大输出力矩与转子惯量的比值可比感应电机大很多,因此永磁电机动态性能优越,适於用作高精度、高动态性能的伺服控制电机。

功率调速范围不够宽是永磁电机的一个局限。御能公司借鉴在电动汽车电机系统方面的经验,采用永磁-磁阻同步电机的结构,有效地突破了这一局限,可完全满足注塑机电液伺服应用的要求。

电机转子位置/速度传感器

为控制伺服电机的力矩和转速,需检测电机转子的位置和转速。大部分伺服电机采用光电编码器作为位置/速度传感器。光电编码盘的优点是结构简单,易获得较高精度,但由於其处理电路须与电机集成在一起,在电机温度高、震动大的环境下,再加上电磁乾扰,其电子电路往往不能正常工作,出现丢码,导致电机控制紊乱甚至损坏电机。

御能伺服系统采用满足电动汽车要求的高性能旋转变压器作为速度反馈部件,结构牢固,耐高温、抗震动、抗乾扰能力强,确保系统在注塑机的“恶劣”环境下稳定可靠的工作,且精度可达每转4096个脉冲。

伺服驱动控制器

伺服驱动器根据注塑机控制器(上位电脑)的压力和流量的指令,控制伺服电机的电流、力矩和转速。御能伺服驱动器包含伺服控制、整流/逆变功率、通讯接口和反馈检测等单元。整流/逆变功率单元采用先进的集成IGBT模组;伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等。采用高速数字信号处理器(DSP)作为驱动器的控制核心,实现各种复杂的控制算法,并输出脉宽调制(PWM)信号至逆变功率驱动电路,来改变逆变器输出功率,达到控制三相永磁同步交流伺服电机的目的。

油泵

作为注塑机主动力源,油泵与伺服系统的良好匹配对其整机性能及节能效果至关重要。目前适用於伺服系统的油泵有齿轮泵、柱塞泵和螺杆泵,特性各有不同,因此伺服系统要能适配各种油泵,并优化参数设置。御能伺服系统具备先进的负载参数辨识功能,可灵活优化适配各种油泵。

压力反馈部件——压力传感器

御能伺服系统采用压力闭环控制策略,即通过控制电机力矩与转速来调节注塑机油压并使之跟随压力命令值。油压信号通过压力传感器获得,其精度将决定
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