1、概述

SINAMICS S120是西門子的一款高端驅(qū)動器，設(shè)計用于機械和設(shè)備工程的復雜應(yīng)用，以及廣泛的運動控制任務(wù)。產(chǎn)品組合涵蓋的功率范圍廣，控制方式豐富，可用于各種驅(qū)動任務(wù)：

1）過程工業(yè)中的簡單泵類和風機應(yīng)用

2）離心機、壓力機、擠壓機、升降機、傳送帶和運輸設(shè)備等單軸驅(qū)動

3）紡織機、薄膜機和造紙機以及軋鋼設(shè)備的多軸驅(qū)動系統(tǒng)

4）機床、包裝和印刷設(shè)備使用的高動態(tài)伺服驅(qū)動裝置

SINAMICS S120驅(qū)動器的各種控制方式是整個變頻器功能的核心。其負責電機的各種物理指標的連續(xù)控制，比如電流、扭矩、轉(zhuǎn)速，位置等。控制方式工作的效果越好，則相關(guān)設(shè)備工作運行的速度越快和精度越高，從而對生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率產(chǎn)生顯著影響。

2、S120驅(qū)動器控制方式

S120驅(qū)動器的控制方式從電機的內(nèi)部計算方式上，可以分為：

1）開環(huán)控制：V/F控制

2）閉環(huán)控制：矢量控制（無編碼器矢量控制SLVC / 帶編碼器矢量控制VC）

3）閉環(huán)控制：伺服控制

可以針對不同的應(yīng)用，選擇S120的不同控制方式。本文為大家介紹一下這些控制方式及其特點，供大家參考。

3、S120驅(qū)動器控制方式及特點

3.1 V/F控制方式

V/F特性曲線控制是異步電機最簡單的控制方式，該控制方式為開環(huán)，不具備速度反饋的控制，適合動態(tài)特性要求較低的場合，V/F控制方式適用于以下應(yīng)用：

1）動態(tài)性能、速度控制范圍和精度要求較低的應(yīng)用

2）成組控制的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，即多個電機連接到一個電機模塊進行控制

3）調(diào)試過程盡可能簡單快、速的場合，并且需要減少參數(shù)的復雜性的情況

在 V/F控制中，電壓幅值 V 被指定為實際電機頻率 f 的函數(shù)，該函數(shù)可以按不同的特性曲線類型定義，即V/F控制中的特征曲線是可調(diào)的。最常見的特征曲線類型是具有恒定扭矩的線性特征曲線或泵和風扇的拋物線特征曲線。

在低速情況下，S120提供電壓提升功能，以避免電機在 0 V 時可能無法產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的現(xiàn)象。并且S120集成了轉(zhuǎn)差補償功能，可使異步電機的轉(zhuǎn)速實際基本保持在轉(zhuǎn)速給定上，不受負載變化的影響。

3.2 矢量控制

矢量控制的名稱來源于：電機可以基于其等效電路圖中的數(shù)據(jù)建立一個電機模型，電機的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流，并分別加以控制。這樣就可以將異步電機等效為直流電機來控制，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動態(tài)性能。在矢量模式下，電機的速度和扭矩可以精確的控制，具有非常好的性能。

電機數(shù)據(jù)越準確，模型計算工作則更加精確。因此矢量模式的重點是電機模型的精確計算或者說是電機參數(shù)的最準確的辨別。參數(shù)準確才可以通過這種控制方式在精度和控制質(zhì)量方面達到最佳結(jié)果。在矢量控制中，控制的精度和質(zhì)量優(yōu)先于控制的動態(tài)特性。

矢量控制有2個版本 -無編碼器矢量控制（SLVC）和帶編碼器的矢量控制（VC）。

帶編碼器矢量控制的特點：

1）最佳的速度精度、扭矩精度和扭矩紋波

2）轉(zhuǎn)速可在閉環(huán)中降至 0 Hz（靜止狀態(tài)）

3）可在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持恒定轉(zhuǎn)矩

4）相對于不帶編碼器的轉(zhuǎn)速控制，帶編碼器矢量控制由于直接測量轉(zhuǎn)速并且作用于電流矢量的觀測，驅(qū)動的動態(tài)特性顯著提升

5）非DRIVE-CliQ電機通常需要進行參數(shù)靜態(tài)以及動態(tài)辨識

6）適用于速度調(diào)節(jié)、負荷平衡、轉(zhuǎn)矩控制等場合

3.3 無編碼器矢量控制

在'無編碼器矢量控制'中，控制中的變量'速度'的實際值不是直接測量的，而是通過實際控制變量以及其他輔助變量計算出來的。因此，無傳感器矢量控制 （SLVC） 也稱為頻率控制，因為實際速度是根據(jù)電機中的實際頻率和從電壓和電流測量的電流模型等方式計算得來的。

在控制精度和動力特性方面，SLVC不如使用編碼器的矢量控制。

用于模型計算的電流和電壓等變量受干擾等因素的影響，需要使用軟件中的濾波算法進行處理，在轉(zhuǎn)矩控制方面會存在不足，并且對計算時間和實際值的準確性有影響，因此也會影響動態(tài)效果。

并且由于低速下模型無法足夠精確地得到相關(guān)的物理信息，因此在低頻范圍內(nèi)矢量控制會從閉環(huán)切換為開環(huán)。

3.4 伺服控制

伺服控制同樣基于電機的等效電路圖的數(shù)據(jù)，即通過矢量模型控制連接到伺服控制模式下的電機。因此伺服控制也是矢量控制，區(qū)別在于伺服控制中會對矢量模型進行優(yōu)化，在減少對控制精度和質(zhì)量影響的前提下，提高計算的速度，以達到高動態(tài)響應(yīng)的目標。

永磁同步電機應(yīng)優(yōu)先選擇伺服控制模式。

伺服控制模式的應(yīng)用場合和特點為：

1）適合具有高動態(tài)運行控制特性的應(yīng)用

2）適合具有高轉(zhuǎn)速精度和轉(zhuǎn)矩精度的應(yīng)用（伺服同步電機帶編碼器）

3）適合與PLC的等時同步模式配合，實現(xiàn)動態(tài)伺服控制功能

4）可以達到非常高的輸出頻率，計算周期短

5）可以通過一鍵優(yōu)化的方式進行速度和位置控制器的優(yōu)化

6）適用于準確、快速定位，以及有位置同步等場合

審核編輯：湯梓紅