【摘 要】
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伺服系统是工业自动化的重要组成部分,是自动化行业中实现精确定位、精准运动的必要途径。伺服驱动器是伺服系统中的核心部件,发挥着实现功率变换、驱动伺服电机工作的关键作用。针对伺服驱动行业,小型化和集成化是将来技术发展的趋势,微小型伺服驱动器产品已广泛应用于高端工业、工业机器人、国防军工等关键领域。然而我国在超高功率密度伺服驱动器领域仍处于研发阶段,本文对智能微小型伺服驱动器设计中的关键技术展开研究。本
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伺服系统是工业自动化的重要组成部分,是自动化行业中实现精确定位、精准运动的必要途径。伺服驱动器是伺服系统中的核心部件,发挥着实现功率变换、驱动伺服电机工作的关键作用。针对伺服驱动行业,小型化和集成化是将来技术发展的趋势,微小型伺服驱动器产品已广泛应用于高端工业、工业机器人、国防军工等关键领域。然而我国在超高功率密度伺服驱动器领域仍处于研发阶段,本文对智能微小型伺服驱动器设计中的关键技术展开研究。本文的主要研究内容如下:1.高功率密度伺服驱动器的硬件设计。通过采用非隔离供电架构、下桥臂三电阻采样方案、自举式栅极驱动方案、分板设计与立体式板卡布局实现了小型伺服驱动器的高功率密度设计。对伺服驱动器的功率电路、驱动电路、采样电路等模块电路的元件选型、参数计算以及系统结构设计进行了详细介绍。2.提出了一种基于多点采样的下桥臂三电阻电流重构方法。针对传统三电阻采样方法在实际应用中存在的问题,设计了一种多点采样方法,通过提高采样频率以及数据处理的方式提升恶劣工况下的电流采样效果。3.设计实现了基于热网络模型的功率器件在线结温监测。通过双脉冲测试以及电热耦合模型仿真建立了功率器件的损耗模型;借助有限元仿真软件提取了系统中热网络参数,建立了实际物理模型的等效热网络模型,并提出了一种多点热源简化建模方法实现了复杂模型的简化,最终将在线结温监测算法移植到控制器内实现。基于以上设计,研制了一台额定功率4k W的小型伺服驱动器样机。通过实验测试验证了所提出的多点采样电流重构方法和在线结温监测算法的有效性。针对小型伺服驱动器样机的开关损耗占比较大,严重影响整机效率的问题,通过采用五段式SVM调制实现了开关损耗的优化,显著提升了整机效率。
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