LDesign and Research设计与研究
西门子840DsI的同步电动机转矩控制在搅拌摩擦
焊中实现轴向力的恒定控制
蔡智亮张华德
（上海航天设备制造总厂，上海200245）
摘要：搅拌摩擦焊在焊接中轴向压力采用人工干预的方法使得整个过程缺乏有效的压力监控。因此采用
数控系统来控制同步电动机的转矩来实现轴向力的闭环控制。经过客户验证，取得显著效果。
关键词：840Dsl；电机转矩：同步动作
中图分类号：TP23
文献标识码：A
DOI:10.19287/j.cnki.10052402.2016.06.013
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CAI ZhiliangZHANG Huade
(Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer,Shanghai 200245,CHN)
Abstract: Using methods of manual intervention on axial pressure in FSW makes the entire process lack of effective
pressure monitoring. Therefore, this article uses CNC system to control the torque of synchronous motors to achieve closed loop control of the axial force. Significant effects have been achieved through customers' verification.
Keywords :840Dsl; motor torque; synchronized actions
随着搅拌摩擦焊装备技术的逐渐普及，焊接轴向力的控制已成为在焊接生产中的一个重要技术指标。原先基于位移控制的开环状态，需要人工对整个过程进行现场干预的状态使得整个生产效率低下，焊接质量缺乏有效的控制。因此对搅拌摩擦焊焊接过程的轴向压力进行检测并加以控制，对保证焊接过程稳定性及焊接质量具有重要的意义。
本文采用一种通过读取西门子1FK系列同步电动机的扭矩并通过换算公式来得出搅拌头轴向力，通过力和位置的对应关系来实现焊接轴向力的稳定控制。该项目为了获得良好的实时控制故采用840Dsl 数控系统，其中1FK系列同步电动机转矩波动为 2.5%（1FT系列的为1%），选用NCU720.3+S120的形式其最快单轴采样周期为31.25us，整个系统插补周期可达125μus。控制模式采用西门子数控提供的运动同步动作，运算周期以插补节拍的方式来实时完成。
1控制系统构成与控制原理 1.1主要硬件配置
本项目控制系统采用的是西门子数控中高端的 840Dsl数控系统，该系统属于PC嵌人NC式结构形式制意技事s如发
2016年第6期
万方数据
这一类型的系统结构复杂、功能强大，有些开放功能需要选购。该数控系统主要由操作单元、驱动系统、控制单元及输入输出单元组成。操作单元包括了机床控制面板（MCP）和操作面板（OP），主要实现数控系统的编程和操作。驱动系统包括了电源模块、各个轴的驱动器和电动机，其中电源模块采用馈能制动方式，该配置称为调节型电源模块（ActiveLineModule缩写为 ALM)；主轴电动机采用1PH7系列的异步电动机，进给电动机采用1FK系列的永磁同步电动机。控制单元称为NCU，用于插补运算的处理并通过DRIVE-CLIQ接口与各个驱动器及操作面板进行数据交换。输入输出单元采用PP72/48模块为72路数字输人48 路数字输出，通过PROFIBUS-DP连接远程I/O模块 ET200M。项目中采用的1FK系列的永磁同步电动机其转矩波动小，控制精度高，在数控系统中可以通过高速的动态响应来调整焊接轴向的位置从而实现焊接轴
向力的控制。 1.2控制原理
该项目通过读取轴向伺服电动机在焊接过程中的扭矩来获得一条较为准确的受力曲线，再根据试验数据得出一段可修正的焊接控制区域范围。
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