伺服電機(jī)概述

之之轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中做執(zhí)行元件的一種補(bǔ)直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理每旋轉(zhuǎn)一定的角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖。通過對(duì)比發(fā)出和接受的脈沖可以實(shí)時(shí)控制監(jiān)控調(diào)整伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，形成了閉環(huán)，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理高性能，低齒槽效應(yīng)0形環(huán)鎖住后轉(zhuǎn)子l內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度(線數(shù))。伺服電機(jī)產(chǎn)品高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家如德國(guó)西門子、美國(guó)科爾摩根和日本松下及交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。伺服電機(jī)選型計(jì)算方法1、確認(rèn)轉(zhuǎn)速和編碼器分辨率。2、計(jì)算電機(jī)軸上負(fù)載力矩的折算和加減速力矩。3、計(jì)算負(fù)載慣量，慣量的匹配。4、再生電阻的計(jì)算和選擇。伺服電機(jī)安裝使用1、確保在安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)加到伺服電機(jī)軸上的徑向和軸向負(fù)載控制在每種型號(hào)的規(guī)定值以內(nèi)。2、在安裝一個(gè)剛性聯(lián)軸器時(shí)要格外小心，特別是過度的彎曲負(fù)載可能導(dǎo)致軸端和軸承的損壞或磨損。最好用柔性聯(lián)軸器，以便使徑向負(fù)載低于允許值。3、在安裝/拆卸耦合部件到伺服電機(jī)軸端時(shí)，不要用錘子直接敲打。4、竭力使軸端對(duì)齊到最佳狀態(tài)(對(duì)不好可能導(dǎo)致振動(dòng)或軸承損壞)。伺服電機(jī)慣量匹配在伺服系統(tǒng)選型和調(diào)配過程中，要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)換算到伺服電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，選擇合適的型號(hào)，調(diào)試時(shí)設(shè)置合適的慣量比參數(shù)。角加速度0影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，O越大，則由控制器發(fā)出指令到系統(tǒng)執(zhí)行完畢的時(shí)間越短，系統(tǒng)反應(yīng)越快。由于伺服電機(jī)選定后Ts的值不變，若0越大，則/越小。J大，還會(huì)使系統(tǒng)的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺服精度和響應(yīng)速度。機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應(yīng)盡量減小慣量。:J=Js+Jm,Js為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Jm為機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。要使的變化小，就要使M所占比例小。為了保隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。在控制方式上用脈沖串和方向信號(hào)實(shí)現(xiàn)。一般伺服都有三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式，位置控制方式。速度控制和轉(zhuǎn)矩控制都是用模擬量來控制的。位置控制是通過發(fā)脈沖來控制的。具體采用什么控制方式要根據(jù)客戶的要求，滿足何種運(yùn)動(dòng)功能來選擇。如果您對(duì)電機(jī)的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個(gè)恒轉(zhuǎn)矩，當(dāng)然是用轉(zhuǎn)矩模如果對(duì)位置和速度有一定的精度要求，而對(duì)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心，用轉(zhuǎn)矩模式不太方便，用速度或位置模式比較好。如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會(huì)好一點(diǎn)。如果本身要求不是很高，或者，基本沒有實(shí)時(shí)性的要求，用位置控制方式對(duì)上位控制器沒有很高的要求。就伺服驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)速度來看，轉(zhuǎn)矩模式運(yùn)算量最小，驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)最快；位置模式運(yùn)算量最大，驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)最慢。對(duì)運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)態(tài)性能有比較高的要求時(shí)，需要實(shí)時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整。那么如果控制器本身的運(yùn)算速度很慢(比如PLC,或低端運(yùn)動(dòng)控制器),就用位置方式控制。如果控制器運(yùn)算速度比較快，可以用速度方式，把位置環(huán)從驅(qū)動(dòng)器移到控制器上，減少驅(qū)動(dòng)器的工作量，提高效率(比如大部分中高端運(yùn)動(dòng)控制器);如果有更好的上位控制器，還可以用轉(zhuǎn)矩方式控制，把速度環(huán)也從驅(qū)動(dòng)器上移開，這一般只是高端專用控制器才能這么干，而且，這時(shí)完全不需要使用伺服電機(jī)。1、轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制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(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如10V對(duì)應(yīng)5Nm的話，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5V時(shí)電機(jī)軸輸出為2.5Nm:如果電機(jī)軸負(fù)載低于2.5Nm時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，外部負(fù)載等于2.5Nm時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)，大于2.5Nm時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)(通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生)。可以通過即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用主要在對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì)隨著纏繞半徑2、位置控制：位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過脈沖的個(gè)數(shù)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。由于位置模式可以對(duì)速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)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(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測(cè)位置信號(hào)，此時(shí)的電機(jī)軸端的編碼器只檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號(hào)就由直接的最終負(fù)載端的檢測(cè)裝置來提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過程中的誤差，增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位。從結(jié)構(gòu)上看，伺服控制器和變頻器器差不多，但對(duì)元器件的要求精度和可靠性更高。目前主流的伺服控制器均采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)作為控制核心，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路，IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路，在主回路中還加入對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動(dòng)單伺服