伺服驅(qū)動器的工作原理

1、伺服驅(qū)動器得工作原理隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)得出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地 應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中為了適應(yīng)數(shù)字控制得發(fā)展趨勢，運動控制系 統(tǒng)中大多釆用全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機在控制方式上 用脈沖串與方向信號實現(xiàn)。A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。速度控制與轉(zhuǎn)矩控制都就是用模擬量來控制得。位置控制就是通過發(fā) 脈沖來控制得。具體釆用什么控制方式要根據(jù)客戶得要求，滿足何種 運動功能來選擇。A如果您對電機得速度、位置都沒有要求，只要輸 出一個恒轉(zhuǎn)矩，當然就是用轉(zhuǎn)矩模式。4如果對位置與速度有一定得 精度要求，而對實時轉(zhuǎn)矩不就是很關(guān)心，用轉(zhuǎn)矩模式不太方便，用速

2、 度或位置模式比較好。如果上位控制器有比較好得死循環(huán)控制功能, 用速度控制效果會好一點。如果本身要求不就是很高,或者，基本沒 有實時性得要求,用位置控制方式對上位控制器沒有很高得要求。就 伺服驅(qū)動器得響應(yīng)速度來瞧，轉(zhuǎn)矩模式運算量最小，驅(qū)動器對控制信 號得響應(yīng)最快;位置模式運算量最大，驅(qū)動器對控制信號得響應(yīng)最慢。 對運動中得動態(tài)性能有比較高得要求時,需要實時對電機進行調(diào)整.那么如果控制器本身得運算速度很慢（比如巴£,或低端運動控制 器），就用位置方式控制如果控制器運算速度比較快,可以用速度方 式，把位置環(huán)從驅(qū)動器移到控制器上，減少驅(qū)動器得工作量，提高效 率（比如大部分中高端運動控制器）

3、；如果有更好得上位控制器，還可以用轉(zhuǎn)矩方式控制，把速度環(huán)也從驅(qū)動器上移開，這一般只就是高 端專用控制器才能這么干，而且，這時完全不需要使用伺服電機詁換一 種說法就是：1、轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制方式就是通過外部模擬量得輸入或直接得地 址得賦值來設(shè)定電機軸對外得輸出轉(zhuǎn)矩得大小，具體表現(xiàn)為例如10V 對應(yīng)5Nm得話，當外部模擬量設(shè)定為5V時電機軸輸出為2、5Nm: 如果電機軸負載低于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)（通常在有重力負載情況下產(chǎn) 生）。可以通過實時得改變模擬量得設(shè)定來改變設(shè)定得力矩大小，也 可通過通訊方式改變對應(yīng)得地址得數(shù)值來實現(xiàn)。應(yīng)用主要在

4、對材質(zhì)得 受力有嚴格要求得纏繞與放卷得裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè) 備，轉(zhuǎn)矩得設(shè)定要根據(jù)纏繞得半徑得變化隨時更改以確保材質(zhì)得受力 不會隨著纏繞半徑得變化而改變。a 2、位置控制:位置控制模式一般 就是通過外部輸入得脈沖得頻率來確定轉(zhuǎn)動速度得大小,通過脈沖得 個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動得角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度與 位移進行賦值。由于位置模式可以對速度與位置都有很嚴格得控制, 所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機床、印刷機械等等。3、 速度模式:通過模擬量得輸入或脈沖得頻率都可以進行轉(zhuǎn)動速度得控 制，在有上位控制裝置得外環(huán)P ID控制時速度模式也可以進行定位, 但必須把電機得位置信號或

5、直接負載得位置信號給上位回饋以做運 算用。位置模式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號，此時得電機軸端 得編碼器只檢測電機轉(zhuǎn)速,位置信號就由直接得最終負載端得檢測裝 置來提供了，這樣得優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中得誤差，增加 了整個系統(tǒng)得定位精度。伺服得基本概念就是準確、精確、快速定位。變頻就是伺服控制得一 個必須得內(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)都閉合進行控制，這就是很大得區(qū) 別。除此外，伺服電機得構(gòu)造與普通電機就是有區(qū)別得，要滿足快速 響應(yīng)與準確定位?，F(xiàn)在市面上流通得交流伺服電機多為永磁同步交流 伺服，但這種電機受工藝限制，很難做到很大得功

6、率汁幾KW以上 得同步伺服價格及其昂貴,這樣在現(xiàn)場應(yīng)用允許得情況下多釆用交流 異步伺服，這時很多驅(qū)動器就就是高端變頻器，帶編碼器回饋死循環(huán) 控制所謂伺服就就是要滿足準確、精確、快速定位，只要滿足就不 存在伺服變頻之爭。一、兩者得共同點：交流伺服得技術(shù)本身就就是借鑒并應(yīng)用了變頻得技術(shù),在直流電機得 伺服控制得基礎(chǔ)上通過變頻得PWM方式模仿直流電機得控制方式 來實現(xiàn)得，也就就是說交流伺服電機必然有變頻得這一環(huán)節(jié)：變頻就 就是將工頻得50、60HZ得交流電先整流成直流電，然后通過可控 制門極得各類晶體管（IGBT, IGCT等）通過載波頻率與PWM調(diào)節(jié)逆 變?yōu)轭l率可調(diào)得波形類似于正余弦得脈動電，由于

7、頻率可調(diào)，所以交 流電機得速度就可調(diào)了5=6 Of/p , n轉(zhuǎn)速，f頻率，p極對數(shù)）4二、 談?wù)勛冾l器:4簡單得變頻器只能調(diào)節(jié)交流電機得速度,這時可以開環(huán) 也可以死循環(huán)要視控制方式與變頻器而定，這就就是傳統(tǒng)意義上得V / F控制方式。現(xiàn)在很多得變頻己經(jīng)通過數(shù)學模型得建立，將交流電 機得定子磁場UVW3相轉(zhuǎn)化為可以控制電機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩得兩個電流 得分量，現(xiàn)在大多數(shù)能進行力矩控制得著名品牌得變頻器都就是釆用 這樣方式控制力矩，UVW每相得輸出要加霍爾效應(yīng)得電流檢測裝置, 釆樣回饋后構(gòu)成死循環(huán)負反饋得電流環(huán)得PI D調(diào)節(jié);ABB得變頻又 提出與這樣方式不同得直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，具體請査閱有關(guān)數(shù)據(jù)這 樣

8、可以既控制電機得速度也可控制電機得力矩,而且速度得控制精度 優(yōu)于v/f控制，編碼器回饋也可加可不加，加得時候控制精度與響應(yīng) 特性要好很多。4三、談?wù)勊欧篴驅(qū)動器方面：伺服驅(qū)動器在發(fā)展了 變頻技術(shù)得前提下，在驅(qū)動器內(nèi)部得電流環(huán)，速度環(huán)與位置環(huán)（變頻 器沒有該環(huán)）都進行了比一般變頻更精確得控制技術(shù)與算法運算，在 功能上也比傳統(tǒng)得變頻強大很多,主要得一點可以進行精確得位置控 制通過上位控制器發(fā)送得脈沖序列來控制速度與位置（當然也有些 伺服內(nèi)部集成了控制單元或通過總線通訊得方式直接將位置與速度 等參數(shù)設(shè)定在驅(qū)動器里），驅(qū)動器內(nèi)部得算法與更快更精確得計算以 及性能更優(yōu)良得電壬器件使之更優(yōu)越于變頻器。a

9、電機方面:伺服電機 得材料、結(jié)構(gòu)與加工工藝要遠遠高于變頻器驅(qū)動得交流電機（一般交 流電機或恒力矩、恒功率等各類變頻電機），也就就是說當驅(qū)動器輸 出電流、電壓、頻率變化很快得電源時,伺服電機就能根據(jù)電源變化 產(chǎn)生響應(yīng)得動作變化，響應(yīng)特性與抗超載能力遠遠高于變頻器驅(qū)動得 交流電機，電機方面得嚴重差異也就是兩者性能不同得根本。就就是 說不就是變頻器輸出不了變化那么快得電源信號，而就是電機本身就反應(yīng)不了，所以在變頻得內(nèi)部算法設(shè)定時為了保護電機做了相應(yīng)得超載設(shè)定。當然即使不設(shè)定變頻器得輸出能力還就是有限得，有些性能優(yōu)良得變頻器就可以直接驅(qū)動伺服電機! ！四、談?wù)劷涣麟姍C： 交流電機一般分為同步與異步電機

10、4 1、交流同步電機：就就是轉(zhuǎn)子 就是由永磁材料構(gòu)成，所以轉(zhuǎn)動后，隨著電機得定子旋轉(zhuǎn)磁場得變化, 轉(zhuǎn)子也做響應(yīng)頻率得速度變化，而且轉(zhuǎn)子速度二定子速度，所以稱“同 步”。42、交流異步電機:轉(zhuǎn)子由感應(yīng)線圈與材料構(gòu)成。轉(zhuǎn)動后，定子 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，磁場切割定子得感應(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)磁場得變化，但轉(zhuǎn)子 得磁場變化永遠小于定子得變化,一旦等于就沒有變化得磁場切割轉(zhuǎn) 子得感應(yīng)線圈，轉(zhuǎn)子線圈中也就沒有了感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子磁場消失，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。所以在交流異步 電機里有個關(guān)鍵得參數(shù)就是轉(zhuǎn)差率就就是轉(zhuǎn)子與定子得速度差得比 率。3、對應(yīng)交流同步與異步電機變頻器就有相映得同步變頻器與異步變 頻器，伺服