概述

失重式給料機由料斗、喂料器（單、雙軸螺旋喂料器）、稱重系統(tǒng)和調節(jié)器組成，在操作中，料斗、物料和喂料器共同連續(xù)地進行稱重。隨著物料送出后，測量真實的失重速率，并將它與所需要的失重速率（設定值）加以比較。失重式給料機（失重給料機）通過調解喂料器速率來自動修正偏離設定點的偏值。從而可以均勻準確地連續(xù)喂送物料。

目前給料機給料器主要采用交流伺服電機。但是隨著產品的升級，客戶要求伺服電機具有高速、高平穩(wěn)性、高過載能力、低成本、小體積等特點。為了適應這種市場需求，我們公司開發(fā)了一套新的低壓伺服電機驅動器系統(tǒng)。該系統(tǒng)由QS208020M驅動器和ACL06040B-2B伺服電機來組成，可以應用于失重式給料機系統(tǒng)中。

1．伺服電機ACL06040B-2B

給料機要求螺桿軸的電機具有較寬的轉速范圍，運行平穩(wěn)。計算表明，在一定降額的情況下，400W就具有足夠的余量。而且給料機系統(tǒng)中大部分具有60V開關電源，所以我們選擇了60V、400W、3000rpm作為永磁同步電機的額定參數。電機的定子采用4對極繞組，永磁體采用高性能的稀土永磁材料（Nd-FeB）。反饋元件采用2500線的增量式光電編碼器，電機的分辨率為10000脈沖/每圈。

電機參數見下表1

表1：ACL06040B-2B電機參數表

實際測量電機的特性曲線入下圖所示。測試方法是先設定電機的轉速為3000rpm，然后負載從0慢慢增加到0.64NM，測試電機的實際轉速。

圖1：ACL06040B-2B電機運頻特性

測試數據表明，在整個加載過程中，電機的轉速穩(wěn)定在3000±1rpm，因此其相對轉速變化率

其中

n0=空載時轉速

nl=滿負載時轉速。

從測試數據來看電機在整個轉速范圍內運行非常平穩(wěn)。通過對比測試發(fā)現(xiàn)，其平穩(wěn)性并不國外著名品牌的差，而且價格具有較大的優(yōu)勢。

2．交流伺服驅動器QS208020M

伺服的控制要求和步進電機或感應電機有較大的區(qū)別，它要求電機具有控制系統(tǒng)具有響應快、精度高、高轉速、轉矩脈動小等特點。目前FOC算法是較為成熟的算法之一，本驅動器采用基于TMS320F2801和FOC算法技術進行對電機動態(tài)解耦控制。

2.1磁場定向控制原理

伺服驅動器的控制原理圖如下：

1.轉子磁極位置檢測和速度計算模塊；

2.位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)控制器；

3.3S/2S,2S/2R,2R/2S坐標變換模塊；

4.SVPWM模塊；

5.三相逆變模塊。

QS208020M伺服驅動器通過電流采樣電阻或者霍爾電流傳感器檢測電機的相電流i_a、i_b，（其中ic可以由方程 i_a+i_b+i_c=0求得，因此實際應用中只需要采集兩相電流就足夠了）。所采樣到的相電流經過A/D轉換器轉化成數字量并送進DSP做處理。

通過Clarke變換和Park變換將電流i_a，i_b，i_c變換成旋轉坐標系中的直流分量i_d、i_q。i_d 、i_q作為電流負反饋送到電流調節(jié)器中進行處理。

給定位置θ_ref與位置反饋量θ_m的偏差經過位置調節(jié)器計算，其輸出作為參考轉速n_ref，n_ref與轉速反饋量n的偏差經過速度調節(jié)器、其輸出作為用于轉矩控制的q軸電流參考分量i_qref。以轉速反饋量n作為輸入的函數發(fā)生器，根據控制策略制定的"n-Ψ"曲線給出了用于產生磁場的d軸電流參考分量i_dref。i_dref和i_qref與電流反饋量i_q，i_d的偏差經過電流調節(jié)器，分別輸出Ο_dq旋轉坐標系的相電壓分量v_qref和v_dref。再經過Park逆變換轉換成Ο_αβ直角坐標系的定子相電壓矢量的分量v_aref和v_bref。

編碼器會反饋轉子的磁極位置信號UVW，可以通過UVW信號來確定轉子所在的扇區(qū)，就可以利用SVPWM模塊，產生三相PWM斬波，從而可以采用類似直流電機的方法進行控制交流伺服電機。

圖2：QS2伺服驅動器工作原理

QS2伺服驅動器。

本伺服驅動器采用了32位高性能的DSP芯片，采用先進的FOC技術。它具有高性能，高精度，體積小巧，使用方便等優(yōu)點。通過在給料機系統(tǒng)上測試表明，電機從靜止到加速到最高轉速，僅需要約10毫秒的時間。故在給料機這種高精度、高響應性的場合，能很好地滿足客戶需求。

1.給料機系統(tǒng)分析。

圖3：給料機工作原理

給料機的結構如上圖所示。顆粒通過漏斗往下進入螺桿軸。其中攪拌軸在工作時做攪拌用，可以增加顆粒物的流動性。顆粒從螺桿的螺紋間隙中，隨著這螺桿是旋轉不斷向前推薦。假設螺桿旋轉一圈，顆粒物前進的質量為Δm。因此螺桿軸輸出的物料的質量M=Δm*L，其中L是螺桿旋轉的圈數。由上述可知，控制電機所旋轉的圈數，就能控制顆粒物給料的質量。

本應用案例中，采用的是QS208020M+ACL06040B-2B電機，輸入方式采用模擬量輸入控制轉速，其具有響應快，控制精度高的特點，能很好的應用在給料機系統(tǒng)當中。

2.結論

給料機的螺桿軸對伺服性能要求體現(xiàn)在響應性和平穩(wěn)性和定位精度。本數字

伺服系統(tǒng)有響應快，轉矩脈動小，精度高的特點能很好的應用在給料系統(tǒng)中。

目前，QS208020M驅動器已經ACL06040B-2B電機已經大量的應用在給料機行業(yè)中。下圖為某公司的給料機系統(tǒng)，該系統(tǒng)就在行業(yè)處于領先地位，其用的就是本公司的產品。