西门子驱动控制之矢量控制二

西家传动

01

  驱动概述

1.1

引言

       在前一篇中介绍了电机电磁转矩计算公式及电机机械运动方程。在本篇推文中，我们将给大家介绍驱动系统的电机及转矩的控制，实现不同应用下对于驱动系统的性能指标的要求。

       驱动系统的基本控制框图如下：



图1-1驱动系统的控制框图

根据电机的机械运动方程（请参考“上一篇推文 ”可点击蓝字直接跳转）：



很显然，负载性质（TL，Tf），机械结构及特性（Tf，GD2），直接影响到驱动系统性能指标。

02

  负载性质

2.1

负载类型

负载特性是通过驱动系统的T-n曲线进行描述的。





图2-1 典型负载特性

2.2

负载周期

      有关负载周期的定义，请参考IEC60034-1，其中典型负载周期介绍如下：



图2-2 典型负载周期



03

转动惯量

3.1

典型传动链结构

典型传动结构主要包括



图3-1 传动链典型结构

3.2

典型机械设备转动惯量
对于电机轴端的转动惯量为整个传动链所有旋转刚体的转动惯量之和，计算公式：


其中

对应公式（1）中的GD2。对于图3-1中，主要包括电机转动惯量

及折算到电机侧的机械转动惯量

。最终公式（1）中的总转动惯量：


为大家提供传动链中典型机械设备转动惯量

计算公式，便于进行系统动态特性评估，设备选型及调试提供参考。



    图3-2 实心圆柱体



图3-3 空心圆柱体



图3-4 长方体圆柱体



图3-4 质点或空心薄壁

对于具有齿轮箱/皮带等机械连接方式，折算的公式如下：



图3-5  具有齿轮箱/皮带耦合下的转动惯量折算

其中：


是刚体材料的密度；


是齿轮箱/皮带变比。

04

驱动系统性能指标

       驱动系统的性能评估，主要从两个角度：稳态及动态来进行。



图4-1 针对典型二阶传动系统在阶跃激励下的时间响应

具体请参考推文（《Sinamics  S120驱动异步电机电气保证值》)可点击蓝字直接跳转

05

  结束语

在本推文中，我们了解了影响驱动系统性能的负载及机械惯量等因素，显然无论是通过速度闭环，还是通过负荷观测，惯量/摩擦补偿等前馈控制，都要实现电机输出的电磁转矩精确、快速、稳定地跟随负载的能力，来保证系统的控制性能。
      在上一篇推文中介绍的电机电磁转矩统一公式给我们打开了解决交流电机实现类似他励直流电机电磁转矩特性的希望。在下一篇推文中，我们将对比他励直流，解析如何实现交流电机的电磁转矩的控制。敬请期待！

06

  参考文献

【1】SINAMICS – Low Voltage Engineering Manual

【2】SINAMICS S120 - List Manual

【3】SINAMICS S120 – Function Manual

【4】SINAMICS S120 – Commissioning Manual

【5】ABC of Motors

【6】ABC of Drives

【7】ABC of Mechanical Engineering

【8】IEC 61800