伺服驅(qū)動器的工作原理

1、伺服驅(qū)動器的工作原理    隨著全數(shù)字式溝通伺服系統(tǒng)的消滅，溝通伺服電機也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字把握系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字把握的進展趨勢，運動把握系統(tǒng)中大多接受全數(shù)字式溝通伺服電機作為執(zhí)行電動機。在把握方式上用脈沖串和方向信號實現(xiàn)。一般伺服都有三種把握方式：速度把握方式，轉(zhuǎn)矩把握方式，位置把握方式 。速度把握和轉(zhuǎn)矩把握都是用模擬量來把握的。位置把握是通過發(fā)脈沖來把握的。具體接受什么把握方式要依據(jù)客戶的要求，滿足何種運動功能來選擇。假如您對電機的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個恒轉(zhuǎn)矩，當然是用轉(zhuǎn)矩模式。假如對位置和速度有肯定的精度要求，而對實時轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)懷，用轉(zhuǎn)矩模

2、式不太便利，用速度或位置模式比較好。假如上位把握器有比較好的死循環(huán)把握功能，用速度把握效果會好一點。假如本身要求不是很高，或者，基本沒有實時性的要求，用位置把握方式對上位把握器沒有很高的要求。就伺服驅(qū)動器的響應(yīng)速度來看，轉(zhuǎn)矩模式運算量最小，驅(qū)動器對把握信號的響應(yīng)最快；位置模式運算量最大，驅(qū)動器對把握信號的響應(yīng)最慢。對運動中的動態(tài)性能有比較高的要求時，需要實時對電機進行調(diào)整。那么假如把握器本身的運算速度很慢（比如PLC，或低端運動把握器），就用位置方式把握。假如把握器運算速度比較快，可以用速度方式，把位置環(huán)從驅(qū)動器移到把握器上，削減驅(qū)動器的工作量，提高效率（比如大部分中高端運動把握器）；假如有更

3、好的上位把握器，還可以用轉(zhuǎn)矩方式把握，把速度環(huán)也從驅(qū)動器上移開，這一般只是高端專用把握器才能這么干，而且，這時完全不需要使用伺服電機。換一種說法是：1、轉(zhuǎn)矩把握：轉(zhuǎn)矩把握方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如10V對應(yīng)5Nm的話，當外部模擬量設(shè)定為5V時電機軸輸出為2.5Nm:假如電機軸負載低于2.5Nm時電機正轉(zhuǎn)，外部負載等于2.5Nm時電機不轉(zhuǎn)，大于2.5Nm時電機反轉(zhuǎn)（通常在有重力負載狀況下產(chǎn)生）。可以通過實時的轉(zhuǎn)變模擬量的設(shè)定來轉(zhuǎn)變設(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式轉(zhuǎn)變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。應(yīng)用主要在對材質(zhì)的受力有嚴格要求的纏繞和放

4、卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要依據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而轉(zhuǎn)變。2、位置把握：位置把握模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的把握，所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機床、印刷機械等等。3、速度模式：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉(zhuǎn)動速度的把握，在有上位把握裝置的外環(huán)PID把握時速度模式也可以進行定位，但必需把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位回饋以做運算用。位置模式也支持直接負

5、載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉(zhuǎn)速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來供應(yīng)了，這樣的優(yōu)點在于可以削減中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統(tǒng)的定位精度。伺服的基本概念是精確、精確、快速定位。變頻是伺服把握的一個必需的內(nèi)部環(huán)節(jié)，伺服驅(qū)動器中同樣存在變頻（要進行無級調(diào)速）。但伺服將電流環(huán)速度環(huán)或者位置環(huán)都閉合進行把握，這是很大的區(qū)分。除此外，伺服電機的構(gòu)造與一般電機是有區(qū)分的，要滿足快速響應(yīng)和精確定位?，F(xiàn)在市面上流通的溝通伺服電機多為永磁同步溝通伺服，但這種電機受工藝限制，很難做到很大的功率，十幾KW以上的同步伺服價格及其昂貴，這樣在現(xiàn)場應(yīng)用允許的狀況下多接受溝通異步伺服，

6、這時很多驅(qū)動器就是高端變頻器，帶編碼器回饋死循環(huán)把握。所謂伺服就是要滿足精確、精確、快速定位，只要滿足就不存在伺服變頻之爭。一、兩者的共同點：溝通伺服的技術(shù)本身就是借鑒并應(yīng)用了變頻的技術(shù)，在直流電機的伺服把握的基礎(chǔ)上通過變頻的PWM方式仿照直流電機的把握方式來實現(xiàn)的，也就是說溝通伺服電機必定有變頻的這一環(huán)節(jié)：變頻就是將工頻的50、60HZ的溝通電先整流成直流電，然后通過可把握門極的各類晶體管（IGBT，IGCT等）通過載波頻率和PWM調(diào)整逆變?yōu)轭l率可調(diào)的波形類似于正余弦的脈動電，由于頻率可調(diào)，所以溝通電機的速度就可調(diào)了（n=60f/p ，n轉(zhuǎn)速，f頻率， p極對數(shù)）二、談?wù)勛冾l器：簡潔的變頻器

7、只能調(diào)整溝通電機的速度，這時可以開環(huán)也可以死循環(huán)要視把握方式和變頻器而定，這就是傳統(tǒng)意義上的V/F把握方式。現(xiàn)在很多的變頻已經(jīng)通過數(shù)學(xué)模型的建立，將溝通電機的定子磁場UVW3相轉(zhuǎn)化為可以把握電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的兩個電流的重量，現(xiàn)在大多數(shù)能進行力矩把握的有名品牌的變頻器都是接受這樣方式把握力矩，UVW每相的輸出要加霍爾效應(yīng)的電流檢測裝置，采樣回饋后構(gòu)成死循環(huán)負反饋的電流環(huán)的PID調(diào)整；ABB的變頻又提出和這樣方式不同的直接轉(zhuǎn)矩把握技術(shù)，具體請查閱有關(guān)數(shù)據(jù)。這樣可以既把握電機的速度也可把握電機的力矩，而且速度的把握精度優(yōu)于v/f把握，編碼器回饋也可加可不加，加的時候把握精度和響應(yīng)特性要好很多。三、談?wù)?/p>

8、伺服：驅(qū)動器方面：伺服驅(qū)動器在進展了變頻技術(shù)的前提下，在驅(qū)動器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)（變頻器沒有該環(huán)）都進行了比一般變頻更精確的把握技術(shù)和算法運算，在功能上也比傳統(tǒng)的變頻強大很多，主要的一點可以進行精確的位置把握。通過上位把握器發(fā)送的脈沖序列來把握速度和位置（當然也有些伺服內(nèi)部集成了把握單元或通過總線通訊的方式直接將位置和速度等參數(shù)設(shè)定在驅(qū)動器里），驅(qū)動器內(nèi)部的算法和更快更精確的計算以及性能更優(yōu)良的電子器件使之更優(yōu)越于變頻器。電機方面：伺服電機的材料、結(jié)構(gòu)和加工工藝要遠遠高于變頻器驅(qū)動的溝通電機（一般溝通電機或恒力矩、恒功率等各類變頻電機），也就是說當驅(qū)動器輸出電流、電壓、頻率變化很快的

9、電源時，伺服電機就能依據(jù)電源變化產(chǎn)生響應(yīng)的動作變化，響應(yīng)特性和抗超載力量遠遠高于變頻器驅(qū)動的溝通電機，電機方面的嚴峻差異也是兩者性能不同的根本。就是說不是變頻器輸出不了變化那么快的電源信號，而是電機本身就反應(yīng)不了，所以在變頻的內(nèi)部算法設(shè)定時為了愛護電機做了相應(yīng)的超載設(shè)定。當然即使不設(shè)定變頻器的輸出力量還是有限的，有些性能優(yōu)良的變頻器就可以直接驅(qū)動伺服電機！四、談?wù)劀贤姍C：溝通電機一般分為同步和異步電機1、溝通同步電機：就是轉(zhuǎn)子是由永磁材料構(gòu)成，所以轉(zhuǎn)動后，隨著電機的定子旋轉(zhuǎn)磁場的變化，轉(zhuǎn)子也做響應(yīng)頻率的速度變化，而且轉(zhuǎn)子速度=定子速度，所以稱“同步”。2、溝通異步電機：轉(zhuǎn)子由感應(yīng)線圈和材料構(gòu)成。轉(zhuǎn)動后，定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，磁場切割定子的感應(yīng)線圈，轉(zhuǎn)子線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，進而轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)磁場，感應(yīng)磁場追隨定子旋轉(zhuǎn)磁場的變化，但轉(zhuǎn)子的磁場變化永久小于定子的變化，一旦等于就沒有變化的磁場切割轉(zhuǎn)子的感應(yīng)線圈，轉(zhuǎn)子線圈中也就沒有了感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子磁場消逝，轉(zhuǎn)子失速又與定子產(chǎn)生速度差又重新獲得感應(yīng)電流。所以在溝通異步電機里有個關(guān)鍵的參數(shù)是轉(zhuǎn)差率就是轉(zhuǎn)子與定子的速度差的比率。3、對應(yīng)溝通同步和異步電機變頻器就有相映的同步變頻器和異步變頻器，伺服電機也有溝