harbin institute of technology
运动控制课程作业。
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学号。联系**。
任课教师。日期。
作业1： 阅读世界知名伺服驱动厂商的电机驱动器用户手册，分析其产品所设立的各种功能及其应用环境，完成不少于的分析报告。（推荐的部分厂商：
abb, siemens, lenze, keb, panasonic，fuji，yaskawa…….
伺服控制系统由：运动控制器、伺服控制器、pwm放大器、伺服电机、负载、反馈处理器等几部分构成。其中伺服控制器、pwm放大器、反馈处理器三部分功能由电机驱动器来完成。
伺服控制器可以采用fpga作为主控芯片，反馈处理器可以选择dsp来实现数据处理，pwm电路则实现了电机控制。伺服电机一般选用感应交流伺服电机、永磁交流伺服电机、直流伺服电机等，一般内含位置反馈装置如光电编码器、旋转变压器等。
典型伺服控制系统组成图。
一般伺服都有三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。 位置控制是通过发脉冲来控制的。
1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10v对应5nm的话，当外部模拟量设定为5v时电机轴输出为2.5nm；如果电机轴负载低于2.
5nm时电机正转，外部负载等于2.5nm时电机不转，大于2.5nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。
可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小， 也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。 应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。
2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。
应用领域如数控机床、印刷机械等等。
3、速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环 pid 控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。
我在网上查找到了abb acs100系列变频器，根据使用手册进行分析。
abb acs100系列变频器。
acs 100变频器用于 0.12 - 2.2 kw 鼠笼式电机的速度和转矩控制。
它具有体积小，重量轻，安装和使用方便等特点。其中无散热器型，结构更加轻巧，oem商可自由设计散热方式，适用于0.12—2.
2kw的普通鼠笼电机的速度控制。acs100调速性能稳定，过载能力强，低速力矩大，使用效果明显。它能够减少对电机和机械系统的冲击；可以根据生产过程的需要平滑调节电机转速；附加输入滤波器可以减少对电网的污染，三种预设定的操作方式可以灵活选择。
acs 100变频器简化的传动机构，数字化的技术和坚实的结构设计提高了传动系统的可靠性。在相当宽的频率范围内，不需要额外机械传动装置。内设的软启、软停功能使得机械和电气磨损最小。
acs 100变频器以其方便的安装方式，优异可靠的工作性能，灵活的配置和完善的保护功能受到用户的青睐。
acs 100变频器具有多种保护功能：
过流保护。过压保护。
欠压保护。过热保护。
输出接地保护。
输出短路保护。
输入缺相保护(3~)
欠压缓冲保护(500ms)
i/o 端子短路保护。
过流跳闸限幅110%
短时过流限幅150%
电机过载保护。
其中，电机过载保护是指：如果负载电流iout长时间超过acs 100额定电流inom，acs 100过热保护会自动跳闸，保护电机。跳闸时间取决于过载的严重程度(iout/inom)，输出频率和额定频率等。
该时间主要是针对“冷起动”而言。
acs 100变频器参数功能。
acs 100变频器通过设定不同的参数值实现不同的功能。
在acs 100-pan控制盘上按enter键，显示当前参数值。按住enter键，直到显示set字符，此时可以修改变频器的内部参数。另外，acs 100-pan控制盘还提供了恢复缺省值，从控制盘向传动装置拷贝参数(**)，从传动装置向控制盘拷贝参数(上传)，故障诊断显示，故障复位等功能。
实际值和状态参数——给定频率的设定；存储最后故障；显示acs 100散热器的温度。
电机参数和限制值——电机铭牌上标称的电机额定电压、额定频率、额定转速、额定电流；acs 100变频器提供给电机的最大电流、最大输出频率、最小输出频率；电机方向锁定以及电机噪音设定。
传动控制——停车方式控制（包括惯性停车和积分停车）；曲线选择（包括线性、快s型、缓s型和慢s型）；从0hz加速到最大频率所用的时间(0-fmax)设定；从最大频率减速到0hz所用的时间(fmax-0)设定；弱磁点以下的u/f 比线形设定（线性和平方型)——其中，线性适用于恒转矩应用，平方型适用于泵类和风机负载；ir补偿电压设定——在0-fnom间提供给电机的补偿电压；变频调制停止后的dc注入时间设定；制动调节器控制，分为过压调节无效和过压调节有效两种控制。
输入/输出——模拟输入量程的设定；模拟输入给定值的量程的设定；数字量输入的配置方式——分为abb标准型、3-线型和交变型，通过这一参数的设定，可得到如下表所示的功能。当选择了交变型后，如果di1和di2同时失电，变频器停止。
监控器——监控模拟输入；频率限制——用于热保护的频率限制；参数锁定设定——三种锁定方式：控制盘的star/stop和reverse键锁定，参数是只读的，不允许修改、不锁定和修改过的参数值不储存到永久存储器中；禁止起动控制设定——在下列过程中发出的起动命令无效：故障复位时，控制模式从远程切换到本地时；自动复位功能，可以用于自动复位欠压故障；报警显示设定，控制某些报警的显示。
acs 100变频器的故障诊断功能。
acs 100变频器可以由led 指示报警和故障。一旦acs 100变频器检测到故障发生，故障继电器动作，电机惯性停车，变频器等待复位。红色led 闪烁说明故障需要断电复位。
其它故障(红色led亮)可通过控制盘、di信号、串行通讯或断电复位。故障清除后，电机可以起动。acs 100变频器可以通过设置参数实现特定故障的自动复位。
控制盘上也可以**形式显示故障alxx 或报警信息flxx ，其中xx 为报警或故障**。
acs 100变频器以**形式显示的报警信息包括：
配置开关s1的位置，某些参数仅能在s1=0的配置下进行修改。
上传/ **参数错误。
正在运行，禁止操作。
在当前的控制方式下(本地/远程)，操作不允许。
reverse 按键无效。
start 按键无效，di配置是3-线型并且di2是断开的。
操作不允许。
过流保护。过压保护。
欠压保护。当参数208(dir lock)有效时，在远程控制模式下(rem)，试图反转。
acs 100以**形式显示的故障信息包括：
过流：可能是机械原因，加速/ 减速时间太短。
dc过压：输入电压过高，减速时间太短。
acs 100温度过高：环境温度过高，严重过载。
电流故障：短路或输出接地故障。
输出过载。dc欠压。
ai故障。电机温度过高。
在本地控制状态下，操作盘没有与变频器连接。
参数不匹配，确认ai的最小限制值(fmin)不大于ai的最大限制值(fmax)
dc回路脉动太大，检查电源输入。
硬件故障 模拟输入超出范围，检查 ai
串行通讯故障，控制盘与acs100连接故障。
另外，acs 100变频器具有ce标志，表明它符合欧洲低压标准和emc（电磁兼容性）规范的要求。emc规范定义了在欧共体范围内电气设备的抗干扰标准和辐射标准。
作业2： 以h桥直流电机驱动为例，分析pwm驱动下电机的四象限运行过程，说明pwm驱动下电动、再生制动或者电动、能耗制动的交替过程，解释泵升电压的概念以及在电机驱动器中如何处理泵升电压。（可参见陈伯时，尔桂花，秦继荣等人的教材，不少于）
1、h桥直流驱动电路分析。
双极式可逆pwm变换器主电路有多种形式，常用的是h桥式电路，如下图所示：
此时，电动机m两段电压uab的极性随着开关器件驱动电压极性的变化而变化。通过调节ug1和ug4两个输入控制信号的占空比可以调节uab 。而其中uab =ρus(其中ρ为输入控制信号的占空比)。
通过调节占空比可以实现对uab 的调节，从而对直流电机的转速进行控制。同理开始时vt1和vt4为低电平，vt2和vt3为高电平，则电机反转。通过高低电平的变化pwm电路实现了电机的旋转方向控制。
当加在ug1和ug4的控制信号的占空比大于50%时，电机处于电动机状态。当加在ug1和ug4的控制信号的占空比小于50%时，电机处于发电机状态。当加在ug1和ug4的控制信号的占空比等于50%时电机处于轻载状态。
四个电力晶体管分成两组，vt1和vt4为一组，vt2和vt3为另一组。同一组中两个电力晶体管的基极驱动电压波形相同，即ug1=ug4，vt1和vt4同时导通和关断；ug2=ug3，vt2和vt3同时导通和关断。ug1,ug4和ug2,ug3相位相反。
假设开始时占空比为正，即ug1,ug4 为正的时间比ug2,ug3为正的时间长，电机正转至某一稳定转速，这时电机的转动方向和它承受的电流从a流向b为正，电机工作在第一象限；如果这时我们改变占空比并使其为负，在改变的一瞬间，由于电机中电感的存在正向的平均电流不能突变，这一过程里vt2和vt3不能立即导通，而是经过二极管vd2和vd3续流使正向的平均电流降为零，然后vt2和vt3导通平均电流改变方向即从b流向a为负，由于机械惯性的存在电机在这个过程里仍然正向转动，而平均电流方向为负，所以电机工作在第二象限；当电机工作在第二象限时电机的转速逐渐降至为零，然后电机继续在反向电压和电流的作用下，电机反向转动至某一稳定转速，这时电机的转动方向和平均电流都为负，所以电机工作在第三象限；如果这时我们再改变占空比使其为正，在改变的一瞬间，由于电机中电感的存在反向的平均电流不能突变，这一过程里vt1和vt4不立即导通，而是经过二极管vd1和vd4续流使负向的平均电流降为零，然后vt1和vt4导通平均电流改变方向即从a流向b为正，由于机械惯性的存在电机在这个过程里仍然反向转动，而平均电流方向为正，所以电机工作在第四象限，电机转速逐渐降低至零然后正向转动电机的状态又回到第一象限。
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