1 引言
　　EV6000 變頻器作為艾默生CT新一代高性能變頻器,，采用先進(jìn)的控制策略實(shí)現(xiàn)了真正意義上的高精度磁通矢量轉(zhuǎn)矩控制,，無(wú)論是有PG 運(yùn)行還是無(wú)PG 運(yùn)行，均達(dá)到業(yè)界領(lǐng)先的控制水準(zhǔn),。同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)與異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的一體化，轉(zhuǎn)矩控制,、速度控制,、位置控制的一體化，使得EV6000 成為業(yè)界少有的具有優(yōu)異控制性能的一體化驅(qū)動(dòng)器,，滿足客戶應(yīng)用的高性能化需求,。電主軸是數(shù)控機(jī)床的重要部件，傳統(tǒng)機(jī)床主軸是通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)而工作的,。電主軸是電機(jī)內(nèi)裝式主軸單元的簡(jiǎn)稱。其主要特點(diǎn)是將電機(jī)置于主軸內(nèi)部,，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電源直接驅(qū)動(dòng)主軸進(jìn)行工作,，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)、主軸的一體化功能,，進(jìn)行切削加工,。它具有結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)械效率高,，噪聲低,，振動(dòng)小，精度高,，運(yùn)行平穩(wěn),，沒(méi)有沖擊的特點(diǎn)，能夠使主軸軸承壽命得到延長(zhǎng),。通過(guò)EV6000機(jī)床專用版本內(nèi)置的機(jī)床專用功能,，可以完成動(dòng)態(tài)高精度同步跟蹤，分度,，準(zhǔn)停,，零速鎖定等功能。其優(yōu)異的性能,，豐富的功能完全能夠滿足數(shù)控加工中心主軸控制的工藝和精度要求,。
2 伺服電主軸系統(tǒng)原理
　　交流伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由主軸控制器、主軸驅(qū)動(dòng)單元,、主軸電動(dòng)機(jī)和檢測(cè)主軸速度與位置的編碼器４部分組成,，主要完成閉環(huán)速度控制，但當(dāng)主軸準(zhǔn)停時(shí)則完成閉環(huán)位置控制,。主軸驅(qū)動(dòng)單元的位置控制與速度控制均由內(nèi)部的高速信號(hào)處理器及控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),，其原理框圖如圖1所示。圖中CNC系統(tǒng)向主軸驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出速度指令或位置指令,，驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)該指令執(zhí)行相應(yīng)的速度與位置控制,。與此同時(shí),，CNC控制器也接收來(lái)自于主軸電機(jī)編碼器的分頻輸出（或終端傳感器的輸出信號(hào)）來(lái)對(duì)其指令進(jìn)行校正，當(dāng)然,，此信號(hào)也用于系統(tǒng)過(guò)程偏差的檢測(cè),，如速度偏差過(guò)大等。

圖1 電主軸驅(qū)動(dòng)原理框圖（虛線為可選）
　　為方便起見(jiàn),，我們以一實(shí)際的電主軸系統(tǒng)為例進(jìn)行描述,。在該系統(tǒng)中，CNC控制器采用的是臺(tái)灣LNCT520i主軸控制器,，驅(qū)動(dòng)器使用EV6000高性能機(jī)床專用版本變頻器＋PGABS選件卡（帶分頻輸出的編碼器接口卡）,，電機(jī)使用的是山東某廠家的JSZD150A-8/3C電動(dòng)馬達(dá)，出場(chǎng)配置2048RPM差分增量式編碼器,。整個(gè)系統(tǒng)接線框圖如圖2：

圖2：電主軸系統(tǒng)接線框圖
　　LNCT520i主軸控制器通過(guò)PA+/PA-和PB+/PB-正交脈沖信號(hào)向EV6000發(fā)出速度和位置信號(hào),，同時(shí)也包含著方向信號(hào)。EV6000配置有PGABS編碼器選件卡,，該卡既接收主軸控制器脈沖給定,，又接收來(lái)自電機(jī)的編碼器反饋信號(hào)，同時(shí)對(duì)編碼器信號(hào)進(jìn)行分頻,，反饋到主軸控制器,。EV6000工作在伺服模式。系統(tǒng)的性能主要決定于驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的性能,。下面仔細(xì)介紹系統(tǒng)各個(gè)組件,。
　　（一）主軸電機(jī)：電機(jī)型號(hào)為JSZD150A-8/3C,，內(nèi)置2048RPM, 5V差分編碼器,。廠家給定的技術(shù)參數(shù)與曲線如下:
　　表一：電機(jī)廠家參數(shù)




圖3 功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線


圖4 力矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線

　　（二）EV6000變頻器＋PGABS測(cè)速卡
　　EV60－PGABS 測(cè)速卡是EV6000 系列變頻器的選件,，提供如下功能：1．編碼器接口PG1,，支持差分ABZ、UVW 信號(hào),，作為速度或位置反饋,。2．PG1 的脈沖分頻輸出，可用于速度或位置同步,。3．脈沖指令接口PG2,，可接收上一級(jí)裝置的脈沖指令，用于速度或位置同步,。


　　其信號(hào)定義如下：


　　整個(gè)系統(tǒng)的接線可參考圖2,。EV6000變頻器本體只連接運(yùn)行信號(hào)和復(fù)位信號(hào)。
3 調(diào)試步驟與要點(diǎn)
　　無(wú)論是速度同步跟蹤還是零速鎖定,，整個(gè)系統(tǒng)邏輯都非常簡(jiǎn)單,，只需要將在F13組功能碼里將EV6000設(shè)置為伺服模式,，位置指令給定源選擇為擴(kuò)展PG給定即可。因此調(diào)試主要工作是根據(jù)電機(jī)的特性曲線來(lái)調(diào)整變頻器相關(guān)參數(shù),，以獲得驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最佳性能,。為此，需要了解驅(qū)動(dòng)器伺服模式的原理,。
　　在上述系統(tǒng)中,，電機(jī)特性是整個(gè)系統(tǒng)性能保證的基礎(chǔ)。為達(dá)到最好的控制效果,，需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí),。可參考表一和圖3與圖4,，在功能組F80里依次輸入電機(jī)額定功率,，額定電壓，額定電流,，額定頻率，額定轉(zhuǎn)速之后啟動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)自整定,。因?yàn)橹鬏S電機(jī)基本都是特種電機(jī),，有時(shí)會(huì)發(fā)生自整定失敗，此事需要對(duì)額定電壓,，額定頻率和額定轉(zhuǎn)速三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,，直至整定通過(guò)。整定通過(guò)之后,，不妨在全速范圍內(nèi)讓電機(jī)空載運(yùn)行,，確保系統(tǒng)無(wú)振動(dòng)，電機(jī)電流聲音正常,。

圖5：EV6000伺服模式的原理框圖
　　從圖5中,，系統(tǒng)還有三個(gè)控制環(huán)路。最里面的是電流環(huán),，其次是速度環(huán),，最外是位置環(huán)。電機(jī)自整定通過(guò)后,，主要的調(diào)試就是調(diào)整這三個(gè)參數(shù)的PI參數(shù),。首先是電流環(huán)，該參數(shù)一般采用變頻器默認(rèn)參數(shù),，在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)檢測(cè)儀器的情況下,，調(diào)整的依據(jù)可簡(jiǎn)化如下：全速運(yùn)行，觀察電機(jī)有無(wú)振動(dòng)或嘯叫,，如有,，則需調(diào)整,，此種情況一般表明參數(shù)過(guò)強(qiáng)。進(jìn)行零速鎖定運(yùn)行,，觀察鎖定動(dòng)作是否干凈利索,，鎖定是否有力，可以逐步增加電流環(huán)PI直至感覺(jué)電機(jī)軸明顯振動(dòng),，此時(shí)適當(dāng)回調(diào)PI至一合適值,，順便也可以觀察輸出電流是否穩(wěn)定。電流環(huán)參數(shù)位于F09組,。接下來(lái)調(diào)整速度環(huán),，調(diào)整原理不進(jìn)行論述，可以觀察[F01.13]電機(jī)實(shí)測(cè)頻率是否穩(wěn)定,，響應(yīng)是否足夠快,。同時(shí)零速鎖定時(shí)鎖定力是否足夠大，不夠大則需調(diào)強(qiáng)PI,。如下圖所示,，為系統(tǒng)的階躍響應(yīng)圖。

圖6：系統(tǒng)階躍響應(yīng)圖
　　最后是調(diào)整位置環(huán),。位置環(huán)主要調(diào)整動(dòng)態(tài)位置偏差,，一般的數(shù)控中心都有位置超差告警。在出場(chǎng)參數(shù)的基礎(chǔ)上,，一般需要強(qiáng)化位置環(huán)P參數(shù),。圖7是在一個(gè)正反轉(zhuǎn)過(guò)程中位置差的實(shí)際檢測(cè)結(jié)果?？梢钥闯稣麄€(gè)過(guò)程動(dòng)態(tài)誤差不到25個(gè)脈沖（4倍頻后）,。

圖7 位置超差結(jié)果
　　此外，影響性能可能需要調(diào)整的參數(shù)還包括[F09.01]載波頻率,，[F63.08]PG信號(hào)濾波等,。在這里我們給出上述應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置。


4. 結(jié)束語(yǔ)
　　EV6000作為艾默生CT新一代平臺(tái)型變頻器產(chǎn)品,，具備優(yōu)異的控制性能,。我們會(huì)將客戶的實(shí)際需求和通用型產(chǎn)品結(jié)合起來(lái)，推出針對(duì)行業(yè)性的客戶專機(jī),，也會(huì)和大客戶緊密結(jié)合,，推出一些定制產(chǎn)品，目前都已取得一定
成效,。就電主軸而言,，變頻器內(nèi)置了專用的F13（伺服控制）、F33（主軸準(zhǔn)停）,、F34（剛性攻絲）功能組,，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的功能碼設(shè)置,，就可以進(jìn)行高精度的速度跟蹤，零速鎖定,，分度等功能,，方便了用戶的使用，同時(shí)還可以進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的位置控制,，動(dòng)態(tài)位置精度可以控制的很好,，可控制在4個(gè)脈沖之內(nèi)，穩(wěn)態(tài)位置精度可控制在一個(gè)脈沖之內(nèi),。