1 引言
　　EV6000 變頻器作為艾默生CT新一代高性能變頻器，采用先進的控制策略實現(xiàn)了真正意義上的高精度磁通矢量轉(zhuǎn)矩控制，無論是有PG 運行還是無PG 運行,，均達到業(yè)界領先的控制水準,。同步電機驅(qū)動與異步電機驅(qū)動的一體化，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)動器,，滿足客戶應用的高性能化需求,。電主軸是數(shù)控機床的重要部件，傳統(tǒng)機床主軸是通過傳動裝置帶動主軸旋轉(zhuǎn)而工作的,。電主軸是電機內(nèi)裝式主軸單元的簡稱,。其主要特點是將電機置于主軸內(nèi)部，通過驅(qū)動電源直接驅(qū)動主軸進行工作,，實現(xiàn)了電機,、主軸的一體化功能，進行切削加工,。它具有結構緊湊,，機械效率高，噪聲低,，振動小,，精度高，運行平穩(wěn),，沒有沖擊的特點,，能夠使主軸軸承壽命得到延長。通過EV6000機床專用版本內(nèi)置的機床專用功能,，可以完成動態(tài)高精度同步跟蹤,，分度，準停,，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)動系統(tǒng)由主軸控制器,、主軸驅(qū)動單元、主軸電動機和檢測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,，但當主軸準停時則完成閉環(huán)位置控制。主軸驅(qū)動單元的位置控制與速度控制均由內(nèi)部的高速信號處理器及控制系統(tǒng)實現(xiàn),，其原理框圖如圖1所示,。圖中CNC系統(tǒng)向主軸驅(qū)動單元發(fā)出速度指令或位置指令,，驅(qū)動單元根據(jù)該指令執(zhí)行相應的速度與位置控制。與此同時,，CNC控制器也接收來自于主軸電機編碼器的分頻輸出（或終端傳感器的輸出信號）來對其指令進行校正,，當然，此信號也用于系統(tǒng)過程偏差的檢測,，如速度偏差過大等,。

圖1 電主軸驅(qū)動原理框圖（虛線為可選）
　　為方便起見，我們以一實際的電主軸系統(tǒng)為例進行描述,。在該系統(tǒng)中，CNC控制器采用的是臺灣LNCT520i主軸控制器,，驅(qū)動器使用EV6000高性能機床專用版本變頻器＋PGABS選件卡（帶分頻輸出的編碼器接口卡）,，電機使用的是山東某廠家的JSZD150A-8/3C電動馬達，出場配置2048RPM差分增量式編碼器,。整個系統(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PA+/PA-和PB+/PB-正交脈沖信號向EV6000發(fā)出速度和位置信號,，同時也包含著方向信號。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,，又接收來自電機的編碼器反饋信號，同時對編碼器信號進行分頻,，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)動器和電機的性能,。下面仔細介紹系統(tǒng)各個組件,。
　　（一）主軸電機：電機型號為JSZD150A-8/3C,，內(nèi)置2048RPM, 5V差分編碼器,。廠家給定的技術參數(shù)與曲線如下:
　　表一：電機廠家參數(shù)




圖3 功率與轉(zhuǎn)速關系曲線


圖4 力矩與轉(zhuǎn)速關系曲線

　　（二）EV6000變頻器＋PGABS測速卡
　　EV60－PGABS 測速卡是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,，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,，可接收上一級裝置的脈沖指令，用于速度或位置同步,。


　　其信號定義如下：


　　整個系統(tǒng)的接線可參考圖2,。EV6000變頻器本體只連接運行信號和復位信號,。
3 調(diào)試步驟與要點
　　無論是速度同步跟蹤還是零速鎖定，整個系統(tǒng)邏輯都非常簡單,，只需要將在F13組功能碼里將EV6000設置為伺服模式,，位置指令給定源選擇為擴展PG給定即可。因此調(diào)試主要工作是根據(jù)電機的特性曲線來調(diào)整變頻器相關參數(shù),，以獲得驅(qū)動系統(tǒng)的最佳性能,。為此，需要了解驅(qū)動器伺服模式的原理,。
　　在上述系統(tǒng)中,，電機特性是整個系統(tǒng)性能保證的基礎。為達到最好的控制效果,，需要對電機進行參數(shù)辨識,。可參考表一和圖3與圖4,，在功能組F80里依次輸入電機額定功率,，額定電壓，額定電流,，額定頻率,，額定轉(zhuǎn)速之后啟動電機旋轉(zhuǎn)自整定。因為主軸電機基本都是特種電機,，有時會發(fā)生自整定失敗,，此事需要對額定電壓，額定頻率和額定轉(zhuǎn)速三個參數(shù)進行調(diào)整,，直至整定通過,。整定通過之后，不妨在全速范圍內(nèi)讓電機空載運行,，確保系統(tǒng)無振動,，電機電流聲音正常。

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),。電機自整定通過后，主要的調(diào)試就是調(diào)整這三個參數(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參數(shù)，在現(xiàn)場無檢測儀器的情況下,，調(diào)整的依據(jù)可簡化如下：全速運行,，觀察電機有無振動或嘯叫,，如有，則需調(diào)整,，此種情況一般表明參數(shù)過強,。進行零速鎖定運行，觀察鎖定動作是否干凈利索,，鎖定是否有力,，可以逐步增加電流環(huán)PI直至感覺電機軸明顯振動，此時適當回調(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。接下來調(diào)整速度環(huán),，調(diào)整原理不進行論述,，可以觀察[F01.13]電機實測頻率是否穩(wěn)定，響應是否足夠快,。同時零速鎖定時鎖定力是否足夠大，不夠大則需調(diào)強PI,。如下圖所示,，為系統(tǒng)的階躍響應圖。

圖6：系統(tǒng)階躍響應圖
　　最后是調(diào)整位置環(huán),。位置環(huán)主要調(diào)整動態(tài)位置偏差,，一般的數(shù)控中心都有位置超差告警。在出場參數(shù)的基礎上,，一般需要強化位置環(huán)P參數(shù),。圖7是在一個正反轉(zhuǎn)過程中位置差的實際檢測結果?？梢钥闯稣麄€過程動態(tài)誤差不到25個脈沖（4倍頻后）,。

圖7 位置超差結果
　　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信號濾波等,。在這里我們給出上述應用的參數(shù)設置。


4. 結束語
　　EV6000作為艾默生CT新一代平臺型變頻器產(chǎn)品,，具備優(yōu)異的控制性能,。我們會將客戶的實際需求和通用型產(chǎn)品結合起來，推出針對行業(yè)性的客戶專機,，也會和大客戶緊密結合,，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（主軸準停）、F34（剛性攻絲）功能組,，只需要進行簡單的功能碼設置,，就可以進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，同時還可以進行一些簡單的位置控制,，動態(tài)位置精度可以控制的很好,，可控制在4個脈沖之內(nèi)，穩(wěn)態(tài)位置精度可控制在一個脈沖之內(nèi),。