西门子驱动与控制基础.pdf

驱动与控制基础 2010 / 01 版 Motion Control Application 前 言 针对运动控制与伺服驱动器的基础应用，西门子（中国）运动 控制应用中心编写了全套共 3 本手册。分别为： • 应用基础手册 1 —— 驱动与控制基础 • 应用基础手册 2 —— SINAMICS S120 驱动器基础应用 • 应用基础手册 3 —— SIMOTION 运动控制器基础应用 该手册为全套手册的第一部分，介绍了运动控制、伺服系统、 电机、编码器、变频器、通用控制理论等基础知识。 本系列手册仅适用于西门子内部工程师交流学习及相关客户培 训之用。由于编者水平有限，手册中难免出现纰漏之处，恳请广大 同事能够不吝赐教。 SLC I DT MC APC Solution Team 2010-01 目 录 1 运动控制系统 1 1.1 运动控制系统概念 1 1.2 运动控制及其相关技术领域 1 1.3 运动控制系统及其组成 4 1.4 运动控制系统的转矩控制规律 5 1.5 静态性能指标 6 1.6 动态性能指标 8 1.7 PID 控制器 10 2 伺服系统 11 2.1 什么是伺服系统 11 2.2 伺服系统的类型 13 2.3 伺服系统的性能分析及调整 13 2.4 伺服系统与变频器的区别 15 3 系统的控制对象——电机 17 3.1 电机原理的基本定律 17 3.2 异步电机原理 20 3.3 同步电机原理 23 3.4 西门子同步伺服电机 27 3.4.1 1FK7 电机 27 3.4.2 1FT6 电机 30 3.4.3 1FT7 电机 33 3.4.4 1FW3 水冷扭矩电机 36 3.5 西门子异步伺服电机 39 3.5.1 1PH7 电机 39 3.5.2 1PL6 电机 42 3.5.3 1PH4 电机 43 4 系统的“眼睛”—— 编码器 44 4.1 编码器概述 44 4.2 旋转变压器 45 4.3 增量式编码器 46 4.4 绝对式编码器 50 5 系统的执行器——变频器 52 5.1 变频器概述 52 5.2 开关器件 57 5.3 交-直-交变换器 63 5.4 变频器的主要外围部件 64 5.5 变频器的散热问题 66 6 变频器的通用控制理论 68 6.1 传动系统的负载特性 68 6.2 V/F 控制原理分析 70 6.3 矢量控制原理 72 6.4 伺服控制原理 78 7 西门子 SINAMICS S120 高性能伺服驱动系统 79 7.1 SINAMICS S120 驱动器概述 79 7.2 SINAMICS S120 DC/AC 多轴驱动器 82 7.2.1 电源模块——基本型电源模块 BLM 84 7.2.2 电源模块——智能型电源模块 SLM 85 7.2.3 电源模块——主动性电源模块 ALM 87 7.2.4 电机模块——书本型 88 7.2.5 控制单元 CU320 90 7.2.6 编码器接口模块 91