servo motor AC jaki sterownik

[cnc3d]

Komutacja to podłączanie a komutator to podłączacz sterowany kątem wirnika. Jak w silniku prądu stałego kręci się wirnik to przy każdej zmianie sekcji komutatora następuje przełączenie na inną sekcję uzwojeń wirnika. Ale dopóki komutator znajduje się na danej szczotce to jest zasilany napięciem stałym. To samo się dzieje w BLDC ale przełączają tranzystory zamiast komutatora. W PMSM napięcie na uzwojeniach jest sinusoidą w funkcji kąta wirnika.
Jak podłączysz PMAC do sterownika BLDC to będzie wielka kicha. Co prawda będzie się kręcił, ale będzie się bardzo grzał, i pracował nierównomiernie. Jak podłączysz BLDC do sterownika PMAC to w zasadzie powinien działać w miarę normalnie, ale jego sprawność będzie trochę mniejsza. Zawdzięczamy to regulatorowi składowej magnesującej wektora pola, który potrafi dynamicznie zwiększać i zmniejszać strumień magnetyczny wirnika tak aby dawał sinusoidalny backEMF. Ale obawiam się że się nie da tego dalej tłumaczyć na skróty. Trzeba najpierw zrozumieć zasadę działania silnika i jego model matematyczny, a dopiero potem analizować co będzie jak zrobimy to czy tamto. Ale myślę że to wykracza poza ramy tego forum.


Niestety nie wolno mi podać gotowej recepty na sterownik.
A w sterowniki open source itp. nie wierzę, ponieważ prawie każdy na forum chciałby komercyjnie budować takie zabawki i jak wymyśli coś ciekawego to się akurat tym nie dzieli poniweaż ma nadzieję, że w przyszłości da mu to przewagę nad konkurencją. Wystarczy zobaczyć jak gorliwi dyskutanci innych wątków skąpo traktują open source -popatrzcie tylko na daty postów z tego działu!!! Problem w tym, że tacy powinni mieć inne forum "dla producentów i kandydatów na producentów maszyn cnc" i prawdopodobnie jedynymi tematami byłyby dyskusje o wyższości jednej maszyny nad drugą, wypowiadane przez niekompetentnych lub udających niekompetentnych użytkowników mających na celu jedynie oczerniania konkurencji.


Wydaje mi się, że największy współczynnik mocy do masy mają silniki turbinowe. Np. silnik do helikoptera ma 1000kM przy 50kg masy.
Ale pewnie nie o to chodziło. Generalnie silniki z magnesami na wirniku mają ten współczynnik wysoki. Ale tak naprawdę to nie typ silnika o tym decyduje ale maksymalne obroty. Jeśli silnik o danej wielkości mechanicznej będzie miał 2xwiększe obroty to moc wzrośnie również 2x. Wrzeciono 18.000 rmp (300Hz)o mocy 3.3kW gdyby miało być nawinięte do podłączenia do sieci 50Hz miało by 6 razy mniej mocy (0.55kW) i w związku z tym największa "gęstość mocy" mają silniki wysokoobrotowe.


Kiedyś mnichom też trudno było zaakceptować fakt że ziemia sie kręci wokół słońca
Ale, co do napięcia zasilającego sterownik silnika krokowego, to dlaczego nie razy 8 albo razy 12? Nikt z głoszących tą teorię nie jest w stanie podać matematycznej podstawy takich obliczeń. Jeśli byśmy wzięli doskonały silnik krokowy renomowanego producenta, który dołożył starań aby rezystancja uzwojeń była powiedzmy połowę mniejsza, to według twojej teorii wystarczyło by takiemu silnikowi połowę napięcia na sterowniku do uzyskania danych obrotów przy danym momencie. Okazało by się, że prawa fizyki nie istnieją ponieważ można uzyskać taką sama moc przy takim samym prądzie i różnych napięciach (oczywiście uwzględniając takie same pozostałe parametry). Jeśli byśmy zrobili uzwojenia np. z nadprzewodnika to rezystancja byłaby bliska 0 i co, wtedy do pracy silnika wystarczyło by napięci 10x0V??? Jest to oczywista bzdura i jeszcze raz powtarzam, podstawą do określenia napięcia zasilającego sterownik silnika powinna być wartość backEMF danego silnika. Jeśli zamierzasz promować teorię x10 tylko dlatego że jest to teoria uznana przez Ciebie za słuszną to twoja sprawa, ale teorie mają to do siebie, że trzeba je zweryfikować i wtedy często są obalane. Natomiast do zastosowań amatorskich to nie ma znaczenia ponieważ w sterowaniu silników krokowych jest wiele innych ograniczeń utrudniających wydobycie z krokowca maksymalnych osiągów. Jak dasz x20 też będzie działał.

[Adalber]

Fajne opracowanie cnc3d .
Dlaczego na silnikach krokowych nie podaje się Back EMF , bo nikt nie stosuje silnika krokowego jako np. wrzeciona.
Teoria napięcie zasilania sterownika = 10 * napięcie silnika jest prosta i wystarczająca do zastosowań amatorskich ,szczególnie gdy chcemy korzystać z tanich sterowników.
Czy można dać 100 albo 200 razy większe napięcie -oczywiście , izolacja wytrzyma szczególnie jeśli producent dołożył starań . Kolega jest bystry to se policzy czasy narastania prądu na uzwojeniach i wynikający z tego czas reakcji czopera ,wynikającą z tego częstotliwość oraz naskórkowość w uzwojeniach. Można jeszcze pokusić się o analizę harmonicznych i odkształcenia pola w stojanie . Ja nigdy bystrzacha z tego nie byłem ,ale chętnie poczytam.

[jarekk]

Mi wolno podać receptę na gotowy sterownik - na szczęscie producenci procesorów uzywanych do sterowania silnikami nie mają obiekcji i publikują przykładowe implementacje wraz z dokumentacją: http://www.freescale.com/files/dsp/doc/ ... umentation

Cytat z rozdziału 5:
"Field-oriented control is commonly called vector control. This control method will maintain
near-perpendicular stator flux and rotor flux by keeping the sum of stator fluxes constant. When the
control axis is coincident with the stator flux, the stator flux in the load angle can be calculated from the
stator current and the motor constants. When attempts are made to control this calculated stator flux at
the same magnitude as the permanent magnet flux, the error in the flux can be calculated from the stator
flux and the load angle. This makes it possible to construct a control system by feeding back the flux
phase current calculation to the stator voltages for the various axes of the Permanent Magnet
Synchronous Motor (PMSM), with the control axis coincident with the stator flux, producing a control
voltage command. This voltage command is applied to the PMSM at the described frequency. Although
the vector control method can achieve high performance and efficiency, it is based on the accuracy of
the motor constants’ values. The variation of motor internal resistance and inductance by temperature
can decrease the system’s performance and efficiency. To compensate for parameter variations,
complex parameter observation and control algorithms are needed to correct those errors. On other
hand, the field-oriented control method is often applied to PMSM motors with a sinusoidal back-EMF
waveform shape to achieve high torque performance and efficiency. Figure 5-1 shows a sensorless
PMSM vector control system.
The field-oriented controller is based on a current-controlled voltage source inverter structure. The
current control loops are arranged in the 2-phase synchronously rotating reference frame d-q aligned
with rotor flux, while the rotor position and speed detection operates in the 2-phase stationary reference
frame αβ.
During normal operations, the output of the speed regulator represents the q axis reference current, iq,
while the d axis reference current, id, is set to zero in order to maximize the torque-to-current ratio of the
PMSM. The outputs of the current regulators represent the reference voltages in the rotating reference
frame. A d-q to αβ transformation then yields the reference voltage values in the stator reference frame,
which are the inputs of a Space Vector Pulse Width Modulator (SVPWM).
Current feedback is obtained by measuring the 3-phase currents and the successive transformations to
the stator and rotor components, respectively. The stator current components are used inside the
observer, while the rotor current components are needed for current regulation. Standard PI controllers,
with limitation, are used for all regulators.
The combined Sliding Mode Observer (SMO) and low-pass filter provide the rotor position used for the
field orientation and the rotor speed feedback used for the speed control loop.

Brushless DC (BLDC) systems combine the positive attributes of AC and DC systems. In contrast to a
brush DC motor, motors conventionally used for a BLDC system are a type of permanent magnet AC
synchronous motors with a trapezoidal back-EMF waveform shape and electronic commutation replaces
the mechanical brushes in the DC motor. Although this control method will generate torque glitches
during phase commutation, it satisfies most applications in which rotor speed is the control target.
PMSM motors with a sinusoidal back-EMF waveform shape can also be used in a BLDC system. But the
phasor angle between stator flux and rotor flux are maintained between 60° electrical and 120°
electrical. Torque ripples will occur during operation, but average torque will remain constant, meeting
the requirements of most low-end applications.
The information from back-EMF zero crossing can be used to determine the rotor position for proper
commutation and to determine which power transistors to turn on to obtain maximum motor torque. The
cheapest and the most reliable method to sample back-EMF zero crossing information is to feed the
resistor network samples’ back-EMF signal into ADC inputs or GPIOs.
In sensored control structure, phases are commutated once every 60° electrical rotation of the rotor.
This implies that only six commutation signals are sufficient to drive a BLDC motor. Furthermore,
efficient control implies a synchronization between the phase Bemf and the phase supply so that the
Bemf crosses zero once during the non-fed 60° sector.
As only two currents flow in the stator windings at any one time, two phase currents are opposite and the
third phase is equal to zero. Knowing that the sum of the three stator currents is equal to zero
(star-wound stator), the anticipated instantaneous Bemf waveforms can be calculated. The sum of the
three stator terminal voltages is equal to three times the neutral point voltage (Vn). Each of the Bemfs
crosses zero twice per mechanical revolution, and as the Bemfs are numerically easy to compute,
thanks to the signal processing capability of the 56F8013, it is possible to get the six required items of
information regarding the commutation."

Ja zrozumiałem to w nastepujący sposób - faktycznie PMSM oraz BLDC mają pewne różnice w budowie (choć nie doszedłem jakie) które powodują, że Bemf ma nieco inny kształt (sinus versus trapez). W przypadku sterowania "sensorless" ( tak jak w tym papierze) ma to poważne konsekwencje, bo dla PMSM estymowane jest kątowe położenie rotora, dla BLDC zas tylko 60deg strefa komutacji. Przy takim podejsciu faktycznie zamiana pomiędzy silnikami (PMSM/BLDC) i sterowaniami bedzie nieoptymalna ( i bedzie tak jak kolega cnc3d opisywał).

Tyle że w naszym przypadku ( serwo) zawsze mamy enkoder/resolver, więc dobrze znamy położenie rotora. Dzięki temu mozna będzie w zasadzie zapomnieć o bemf i optymalnie sterować polem magnetycznym (niezależnie czy mamy PMSM czy BLDC). Z opisów Piotrjub'a zrozumiałem że jego sterownik BLDC włanie tak działa - bardzo chwalił stabilnosć napędu pracującego w takich warunkach. Dla takiego sterownika nie widzę już róznic w osiągach niezależnie czy podłączymy mu PMSM czy BLDC (tak jak opisuje to kolega Leoo) - jeżeli się mylę to czy możecie wskazać gdzie ?

[cnc3d]

W zasadzie kolega dobrze zrozumiał. Natomiast co do tego czy piotrjub steruje silnikiem w taki sposób to nie wiem, aby to określić musiał bym zobaczyć co najmniej schemat blokowy tego sterownika, albo jak, czym i gdzie mierzy prądy i napięcia w tym sterowniku.
A ponieważ istnieje alternatywna metoda sterowania -uproszczona w stosunku do metody opisanej w w/w cytacie, bez jakichś szczegółów konstrukcyjnych trudno powiedzieć.

[faniron]

Stałem się posiadaczem serw AC firmy Yaskawa. 400 Watowy silnik AC ma wielkość krokówki 1,89 Nm + enkoder. Serwo DC tej samej mocy firmy Elektro Craft waży prawie trzy razy więcej.

Największą różnicę widać gdy, serwa pracują np. z prędkością 0,5 obr/min. Serwo AC pracuje płynnie, a DC podobnie do krokówki. No ale maszyny nie pracują z takimi prędkościami, więc nie ma to znaczenia.

Zamontowałem na oś x serwo AC, a na pozostałych zostawiłem UHU z 200 Watowymi serwami DC. Praktycznie nie widzę różnicy w pracy napędów. To chyba dobra wiadomość dla posiadaczy UHU

[cnc3d]

Nie widzisz różnicy? Jeśli oceniać chcesz na "oko", to pewnie jej nie zobaczysz, nawet jak by była różnica wielokrotna. Podstawowe pytanie to jakimi kryteriami powinniście się posługiwać przy ocenie, który jest lepszy, a który gorszy. Trzeba sobie zadać pytanie, czy lepszy jest taki, który pracuje płynnie i ma duże uchyby, czy taki co ma małe uchyby ale szarpie i burczy? Dokładności statyczne to takie, które mierzymy podczas postoju napędu i tutaj różnic raczej niema -prawie wszystkie dociągną do zera. Ale co się dzieje w stanach dynamicznych? Czy ktoś z Was może określić jakie się pojawiają uchyby podczas wykonywania programu? A jeśli tak to jakie to są wartości, przy jakim enkoderze i jakim skoku śruby? Wiecie jakie są podstawowe różnice pomiędzy systemami amatorskimi, a profesjonalnymi? np. fanuc siemens itp.

[faniron]

Trochę nieszczęśliwie się wyraźiłem. Miałem na myśli to, że różnica między krokówkami , a serwami DC jest szokująca, natomiast między serwami DC i AC nie jest już taka łatwa do zauważenia.

Reasumując: gdybym miał w swoich maszynach krokówki, to na rzęsach bym stawał, aby zamienić je choćby na sewrwa DC. Natomiast jeżeli mam już serwa DC, to "wyrzeczenia" (czytaj: wydatki) na które bym się zdobył, by zamienić serwa DC na AC, nie były by już takie wielkie.

[Leoo]

Czy ktoś z Was może określić jakie się pojawiają uchyby podczas wykonywania programu? A jeśli tak to jakie to sa wartości, przy jakim enkoderze i jakim skoku śruby? Wiecie jakie są podstawowe różnice pomiędzy systemami amatorskimi, a profesjonalnymi? np. fanuc siemens itp.

Prosimy o wykład.

[paulg]

Witam.
Akurat tak się składa iż serwa AC Yaskawy są mi bardzo dobrze znane - no i porównanie ich do serw DC ... hmmm i to i to kręci - i maluchem się dojedzie - ale jednak
merc(em) tak jakby troszku inaczej
Wiadomym jest iż sterowanie nie jest tak proste , oryginalne serwopaki nie są może i najtańsze - ale gra jest warta świeczki , szczególnie jak komuś zależy na 100% efekcie
Pozdrawiam
P.S. - jak kolega podłączył STEP/DIR do serwopaka - moduł "terminal block cośtam " czy sama wtyczka ?? - szukam właśnie takich wtyczek

[cnc3d]

Różnica pomiędzy systemami sterowania amatorskimi i profesjonalnymi wykorzystującymi serwonwpędy polega na tym, że w tych profesjonalnych nikt nie steruje step/dir itp. Rozwiązanie takie jest za wolne i pojawiają się znaczne błędy dynamiczne. Dzieje się tak dlatego, że po wystąpieniu sygnału zakłucającego, najpierw pojawia się moment oporu, którego konsekwencją jest pojawienie sie uchybu prędkości, a to dopiero powoduje pojawienie się błędu pozycji. Oznacza to, że zanim się pojawi błąd pozycji, który regulator PID (uchybu pozycji) będzie się starał wyzerować, zmienne momentu i prędkości (będące kolejnymi pochodnymi pozycji) będą już na znacznym poziomie i czas potrzebny na nacałkowanie członu I regulatora PID, będzie powodował znaczne opóźnienia w osiągnięciu na wyjściu regulatora adekwatnego do pojawiającego sie uchybu sygnału wyjściowego, a to z kolei powoduje pojawianie sie chwilowych uchybów na poziomie często przekraczającym uchyby silników krokowych. Morał z tego taki, że nie zawsze jak ktoś to napisał "najgorszy serwonapęd będzie lepszy od najlepszego napędu krokowego. I choć w większości serwonapędów jest rzeczywiście lepiej, to źle dobrany i zestrojony serwonapęd może mieć mniejsze dokładności dynamiczne niż krokowiec, w którym za bardzo nie ma co regulować.

Pytanie tylko czy kogoś z was tak naprawdę interesuje tak głębokie analizowanie problemu.