電機(jī)控制與調(diào)速技術(shù)課件 項(xiàng)目三 伺服電動(dòng)機(jī)控制與調(diào)速技術(shù)

項(xiàng)目三

伺服電動(dòng)機(jī)控制與調(diào)速技術(shù)電機(jī)控制與調(diào)速控制電機(jī)是在普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其基本原理與普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)并無本質(zhì)區(qū)別。普通電機(jī)的主要任務(wù)是完成能量的轉(zhuǎn)換，對它們的要求主要著重于提高效率等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及啟動(dòng)和調(diào)速等性能?？刂齐姍C(jī)的主要任務(wù)是完成控制信號的傳遞和轉(zhuǎn)換。【相關(guān)知識和技能】【項(xiàng)目工作場景】控制電機(jī)主要用于自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中，著重于特性的精度和對控制信號的快速響應(yīng)等?！八欧到y(tǒng)”是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照控制信號的要求而動(dòng)作，即控制信號到來之前，被控對象是靜止不動(dòng)的；接收到控制信號后，被控對象則按要求動(dòng)作；控制信號消失之后，被控對象應(yīng)自行停止。伺服系統(tǒng)是具有反饋的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。它由檢測部分、誤差放大部分、執(zhí)行部分及被控對象組成。伺服系統(tǒng)按照伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)的不同可分為電氣式、液壓式和氣動(dòng)式三種。電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)電氣信號可分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)兩大類。交流伺服系統(tǒng)又有感應(yīng)電機(jī)伺服系統(tǒng)和永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)兩種。“伺服電動(dòng)機(jī)”也稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，將電信號轉(zhuǎn)換為軸上的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，以帶動(dòng)控制對象。伺服電動(dòng)機(jī)分為：1.交流伺服電動(dòng)機(jī)；2.直流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)伺服電機(jī)在自控制系統(tǒng)中的典型應(yīng)用如下：伺服電機(jī)與普通電機(jī)相比具有如下特點(diǎn)：(1)調(diào)速范圍寬廣。伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著控制電壓改變，能在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。(2)轉(zhuǎn)子的慣性小，即能實(shí)現(xiàn)迅速啟動(dòng)、停轉(zhuǎn)。(3)控制功率小，過載能力強(qiáng)，可靠性好。目錄CONTENTS任務(wù)一、直流伺服電動(dòng)機(jī)控制與調(diào)速技術(shù)任務(wù)二、交流伺服電動(dòng)機(jī)控制與調(diào)速技術(shù)任務(wù)三、PLC實(shí)現(xiàn)交流伺服電機(jī)調(diào)速應(yīng)用實(shí)例任務(wù)一直流伺服電動(dòng)機(jī)控制與調(diào)速技術(shù)目錄CONTENTS【任務(wù)目標(biāo)】1.了解直流伺服電動(dòng)機(jī)的組成結(jié)構(gòu)與工作原理。2.了解直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式和控制特性?！局R準(zhǔn)備】一、直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

直流伺服電機(jī)按定子磁場產(chǎn)生方式可分為永磁式和他勵(lì)式兩類。1.直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)定子結(jié)構(gòu)簡圖電樞鐵心和繞組塑料換向器（1）定子定子磁極磁場由定子的磁極產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生磁場的方式，直流伺服電動(dòng)機(jī)可分為永磁式和他激式。永磁式磁極由永磁材料制成，他激式磁極由沖壓硅鋼片疊壓而成，外繞線圈通以直流電流便產(chǎn)生恒定磁場。定子的磁路結(jié)構(gòu)（2）轉(zhuǎn)子（又稱為電樞）由硅鋼片疊壓而成，表面嵌有線圈，通以直流電時(shí)，在定子磁場作用下產(chǎn)生帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。電樞鐵心和繞組電樞鐵心沖片（3）電刷與換向片為使所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩保持恒定方向，轉(zhuǎn)子能沿固定方向均勻的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，電刷與外加直流電源相接，換向片與電樞導(dǎo)體相接。

換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無論怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。換向片將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的交流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變。直流伺服電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.直流伺服電機(jī)的工作原理

轉(zhuǎn)矩的方向?qū)⑹罐D(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)以后，夾角的變化將使轉(zhuǎn)矩的大小及方向都發(fā)生變化，這將使電機(jī)轉(zhuǎn)子來回?cái)[動(dòng)。定子磁勢和轉(zhuǎn)子磁勢相互垂直，則能得到最大轉(zhuǎn)矩。直流伺服電機(jī)工作原理示意圖（1）直流伺服電機(jī)工作原理示意圖（2）

電樞有5個(gè)線圈，每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁勢矢量相加得到合成磁勢。如圖所示，合成磁勢的方向依然隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而改變。這僅使電機(jī)力矩更大一些，力矩的大小及方向改變的問題依然存在。假如我們在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，能通過電流換向，始終保證電樞幾何中性面以上的全部繞組端子為電流流進(jìn)，下面的繞組端子為電流流出，就能保證轉(zhuǎn)子合成磁勢的方向不變，且與定子磁勢垂直。由于換向環(huán)和電刷的作用，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，每一個(gè)經(jīng)過電刷的繞組，其電流的方向都被自動(dòng)改變，轉(zhuǎn)子的合成磁勢維持方向不變，如圖所示。這樣就保證了在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)定子磁勢和轉(zhuǎn)子磁勢總是相互垂直。直流伺服電機(jī)工作原理示意圖傳統(tǒng)直流伺服電機(jī)和直流電機(jī)工作原理、結(jié)構(gòu)和基本特征沒有原則區(qū)別，但是在結(jié)構(gòu)和性能上做了一些改進(jìn)，具有如下特點(diǎn)：（1）采用細(xì)長的電樞以便降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，其慣量大約是普通直流電動(dòng)機(jī)的1/3～1/2。（2）具有優(yōu)良的換向性能，在大的峰值電流沖擊之下仍能確保良好的換向條件，因此具有大的瞬時(shí)電流和瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩。（3）機(jī)械強(qiáng)度高，能夠承受住巨大的加速度造成的沖擊力作用。（4）電刷一般都安放在幾何中型面上，以確保正反轉(zhuǎn)特性對稱。二、直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式和運(yùn)行特性1.直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式一種是電樞控制，把控制信號作為電樞電壓來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；另一種是磁場控制，把控制信號加在勵(lì)磁繞組上，通過控制磁通來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。（1）電樞控制

勵(lì)磁磁通保持不變，改變電樞繞組的控制電壓。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，升高電樞電壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就升高；反之轉(zhuǎn)速就降低。電樞電壓等于零時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)。電樞電壓改變極性時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。電樞控制原理圖電機(jī)的轉(zhuǎn)速n的計(jì)算公式式中：n—轉(zhuǎn)速（r/min）；

Ua—電樞電壓（V）；

Ia—電樞電流（A）；

Ra—電樞回路總電阻（

）；

—?jiǎng)?lì)磁磁通（Wb）；

Ce—由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢常數(shù)。（2）磁場控制電樞繞組電壓保持不變，改變勵(lì)磁回路的電壓。若電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，當(dāng)升高勵(lì)磁電壓時(shí)，勵(lì)磁電流增加，主磁通增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速就降低；反之，轉(zhuǎn)速升高。改變勵(lì)磁電壓的極性，電機(jī)轉(zhuǎn)向隨之改變。2.直流伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性（1）機(jī)械特性n0--理想空載轉(zhuǎn)速TK--堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩--直線斜率①n0、Te、k的物理意義理想空載轉(zhuǎn)速n0：n0是電磁轉(zhuǎn)矩Te=0時(shí)的轉(zhuǎn)速，由于電機(jī)空載時(shí)Te=T0，電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速低于理想空載轉(zhuǎn)速。堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Tk：Tk是轉(zhuǎn)速n=0時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩。機(jī)械特性的斜率k：斜率k前面的負(fù)號表示直線是下傾的。斜率k的大小直接表示了電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩變化所引起的轉(zhuǎn)速變化程度②電樞電壓對機(jī)械特性的影響不同控制電壓時(shí)的機(jī)械特性對應(yīng)于不同的電樞電壓可以得到一組相互平行的機(jī)械特性曲線。直流伺服電動(dòng)機(jī)由放大器供電時(shí)，放大器可以等效為一個(gè)電動(dòng)勢源與其內(nèi)阻串聯(lián)放大器等效電路（2）調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速與電樞電壓之間的函數(shù)關(guān)系。Ua0–始動(dòng)電壓K1–特性斜率直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性①Ua0和k1的物理意義Ua0是電動(dòng)機(jī)處在準(zhǔn)備動(dòng)而又未動(dòng)臨界狀態(tài)時(shí)的控制電壓。控制電壓從0到Ua0一段范圍內(nèi)，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，故把此區(qū)域稱為電動(dòng)機(jī)的死區(qū)。斜率k1：K1是由電機(jī)本身參數(shù)決定的常數(shù)，與負(fù)載無關(guān)。②總阻轉(zhuǎn)矩對調(diào)節(jié)特性的影響總阻轉(zhuǎn)矩Ts變化時(shí)，，斜率k1保持不變。因此對應(yīng)于不同的總阻轉(zhuǎn)矩可以得到一組相互平行的調(diào)節(jié)特性。，（3）直流伺服電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很低時(shí)，轉(zhuǎn)速就不均勻，出現(xiàn)時(shí)快、時(shí)慢，甚至?xí)簳r(shí)停一下的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為直流伺服電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性。電樞齒槽的影響；電刷接觸壓降的影響；電刷和換向器之間摩擦的影響；②解決的措施①低速運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定的原因穩(wěn)速控制電路：使轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。直流力矩電動(dòng)機(jī):低速穩(wěn)定性好?！救蝿?wù)實(shí)施】確認(rèn)直流伺服電動(dòng)機(jī)特性參數(shù)1.查看電動(dòng)機(jī)銘牌，完成下表：表3-1直流伺服電動(dòng)機(jī)特性參數(shù)

電動(dòng)機(jī)1電動(dòng)機(jī)2電動(dòng)機(jī)型號

額定功率

額定電樞電壓

額定電樞電流

額定轉(zhuǎn)速

額定轉(zhuǎn)矩

勵(lì)磁方式

2.結(jié)合實(shí)際接線，畫出直流伺服電動(dòng)機(jī)控制接線圖?！救蝿?wù)總結(jié)】1.直流伺服電機(jī)的組成2.驅(qū)動(dòng)原理3.分類4.常見用途任務(wù)二交流伺服電動(dòng)機(jī)控制與調(diào)速技術(shù)目錄CONTENTS【任務(wù)目標(biāo)】1.了解交流伺服電動(dòng)機(jī)的組成結(jié)構(gòu)與工作原理。2.了解交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式和控制特性?！局R準(zhǔn)備】一、交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1.交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)一種為籠型轉(zhuǎn)子，這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如同普通籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣，但是為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而做成細(xì)而長。1-定子繞組；2-定子鐵心；3-籠型轉(zhuǎn)子另一種為非磁性空心杯轉(zhuǎn)子，這種結(jié)構(gòu)電動(dòng)機(jī)中除了和一般感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣的定子外，還有一個(gè)內(nèi)定子，內(nèi)定子鐵心中不放繞組，僅作為磁路的一部分，以減小主磁通磁路的磁阻。1-機(jī)殼；2-外定子；3-杯形轉(zhuǎn)子；2-內(nèi)定子；5端蓋2.交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理

交流伺服電動(dòng)機(jī)就是一臺兩相交流異步電機(jī)。它的定子上裝有空間互差90

的兩個(gè)繞組：勵(lì)磁繞組和控制繞組。交流伺服電動(dòng)機(jī)原理圖

工作原理，勵(lì)磁繞組串聯(lián)電容C，是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個(gè)繞組的電流相位差接近90

，從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場?？刂齐妷篣2與電源電壓U頻率相同，相位相同或反相。交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與單相異步電動(dòng)機(jī)有相似之處。勵(lì)磁繞組固定接在電源上，當(dāng)控制電壓為零時(shí)，電機(jī)無啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)。若控制繞組有信號電壓，一般情況下，兩相繞組中電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢是不對稱的，則電動(dòng)機(jī)內(nèi)部便建立起橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。一個(gè)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場分解為兩個(gè)速度相等、轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，但它們大小不等，因此轉(zhuǎn)子上兩個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩也大小不等，方向相反，合成轉(zhuǎn)矩不為零，這樣轉(zhuǎn)子就不再保持靜止?fàn)顟B(tài)，而隨著正轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來。兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，當(dāng)控制信號電壓U消失時(shí)，根據(jù)單相異步電動(dòng)機(jī)工作原理，電動(dòng)機(jī)將繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱之“自轉(zhuǎn)”。自轉(zhuǎn)現(xiàn)象破壞了伺服性。

克服這一現(xiàn)象方法是把伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻設(shè)計(jì)得足夠大。轉(zhuǎn)子電阻足夠大時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在脈振脈振磁場的作用下的合成電磁轉(zhuǎn)矩始終為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此可以消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。二、交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式和運(yùn)行特性1.交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式（1）幅值控制交流伺服電動(dòng)機(jī)幅值控制原理圖

調(diào)節(jié)控制電壓的大小來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，而控制電壓UK與勵(lì)磁電壓Uf之間的相位角保持90°電角度，通常UK滯后于Uf。當(dāng)控制電壓UK=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，即n=0。（2）相位控制

調(diào)節(jié)控制電壓的相位（即調(diào)節(jié)控制電壓與勵(lì)磁電壓之間的相位角β）來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，而控制電壓的幅值保持不變，當(dāng)β=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。（3）幅值—相位控制（或稱電容移相控制）幅值一相位控制原理圖將勵(lì)磁繞組上仍外施勵(lì)磁電壓Uf=U1-Uca，控制繞組上仍外施控制電壓UK，而UK的相位始終與U1同相。當(dāng)調(diào)節(jié)控制電壓UK的幅值來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，使勵(lì)磁繞組的電流If也發(fā)生變化，致使勵(lì)磁繞組的電壓Uf及電容C上的電壓Uca也隨之改變。這就是說，電壓UK及Uf的大小及它們之間的相位角β也都隨之改變。所以這是一種幅值和相位的復(fù)合控制方式。若控制電壓UK=0，電動(dòng)機(jī)就停轉(zhuǎn)。2.交流伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性（1）機(jī)械特性幅值控制相位控制幅值—相位控制從機(jī)械特性看出，不論哪種控制方式，控制電信號越小，機(jī)械特性就越下移，理想空載轉(zhuǎn)速也隨之減小。（2）調(diào)節(jié)特性幅值控制相位控制幅值—相位控制調(diào)節(jié)特性是指電磁轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，轉(zhuǎn)速隨控制電壓大小變化的關(guān)系。①機(jī)械特性②體積、質(zhì)量和效率③“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象④結(jié)構(gòu)⑤放大器裝置【任務(wù)實(shí)施】一、工具、儀表及電氣元件1.工具:測試筆、螺釘旋具、斜口鉗、尖嘴鉗、剝線鉗、電工刀等。2.儀表:MF47型萬用表、5050型兆歐表。3.器材：松下MHMD022P1U永磁同步交流伺服電機(jī)，MADDT1207003全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)裝置。二、實(shí)踐操作（一）松下伺服電機(jī)簡介1.松下伺服電機(jī)的型號及面板MHMD022P1U的含義：MHMD表示電機(jī)類型為大慣量，02表示電機(jī)的額定功率為200W，2表示電壓規(guī)格為200V，P表示編碼器為增量式編碼器，脈沖數(shù)為2500p/r，分辨率10000，輸出信號線數(shù)為5根線。MADDT1207003的含義：MADDT表示松下A4系列A型驅(qū)動(dòng)器，T1表示最大瞬時(shí)輸出電流為10A，2表示電源電壓規(guī)格為單相200V，07表示電流監(jiān)測器額定電流為7.5A，003表示脈沖控制專用。伺服驅(qū)動(dòng)器的面板圖2．接線：X1：電源輸入接口，AC220V電源連接到L1、L3主電源端子，同時(shí)連接到控制電源端子L1C、L2C上。X2：電機(jī)接口和外置再生放電電阻器接口。U、V、W端子用于連接電機(jī)。必須注意，電源電壓務(wù)必按照驅(qū)動(dòng)器銘牌上的指示，必須保證驅(qū)動(dòng)器上的U、V、W、E接線端子與電機(jī)主回路接線端子按規(guī)定的次序一一對應(yīng)。RB1、RB2、RB3端子是外接放電電阻，MADDT1207003的規(guī)格為100?/10W，YL-158G沒有使用外接放電電阻。X6：連接到電機(jī)編碼器信號接口，連接電纜應(yīng)選用帶有屏蔽層的雙絞電纜，屏蔽層應(yīng)接到電機(jī)側(cè)的接地端子上，并且應(yīng)確保將編碼器電纜屏蔽層連接到插頭的外殼（FG）上。X5：I/O控制信號端口，其部分引腳信號定義與選擇的控制模式有關(guān)，不同模式下的接線請參考《松下A系列伺服電機(jī)手冊》。（1）參數(shù)設(shè)置方式操作說明：MADDT1207003伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)共有128個(gè)，Pr00-Pr7F，可以在驅(qū)動(dòng)器上的面板上進(jìn)行設(shè)置。按鍵說明激活條件功能

在模式顯示時(shí)有效在以下5種模式之間切換：1）監(jiān)視器模式；2)參數(shù)設(shè)置模式；3）EEPROM寫入模式；4）自動(dòng)調(diào)整模式；5）輔助功能模式。

一直有效用來在模式顯示和執(zhí)行顯示之間切換

僅對小數(shù)點(diǎn)閃爍的哪一位數(shù)據(jù)位有效改變個(gè)模式里的顯示內(nèi)容、更改參數(shù)、選擇參數(shù)或執(zhí)行選中的操作

把移動(dòng)的小數(shù)點(diǎn)移動(dòng)到更高位數(shù)（2）面板操作說明：1）參數(shù)設(shè)置，先按“Set”鍵，再按“Mode”鍵選擇到“Pr00”后，按向上、下或向左的方向鍵選擇通用參數(shù)的項(xiàng)目，按“Set”鍵進(jìn)入。然后按向上、下或向左的方向鍵調(diào)整參數(shù)，調(diào)整完后，按“S”鍵返回。選擇其它項(xiàng)再調(diào)整。2）參數(shù)保存，按“M”鍵選擇到“EE-SET”后按“Set”鍵確認(rèn)，出現(xiàn)“EEP-”，然后按向上鍵3秒鐘，出現(xiàn)“FINISH”或“reset”，然后重新上電即保存。3）手動(dòng)JOG運(yùn)行，按“Mode”鍵選擇到“AF-ACL”，然后按向上、下鍵選擇到“AF-JOG”按“Set”鍵一次，顯示“JOG-”，然后按向上鍵3秒顯示“ready”，再按向左鍵3秒出現(xiàn)“sur-on”鎖緊軸，按向上、下鍵，點(diǎn)擊正反轉(zhuǎn)。注意先將S-ON斷開。【任務(wù)總結(jié)】1.交流伺服系統(tǒng)與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能比較。

2.步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用場合。3.在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。任務(wù)二PLC實(shí)現(xiàn)交流伺服電機(jī)調(diào)速應(yīng)用實(shí)例目錄CONTENTS【任務(wù)目標(biāo)】1.了解什么是交流伺服；2.學(xué)會交流伺服電機(jī)的使用方法；3.了解并熟悉交流伺服的應(yīng)用?！局R準(zhǔn)備】一、交流伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)交流伺服系統(tǒng)是由控制器、被控對象、反饋測量裝置等部分組成。控制器一般采用PLC，放大器為伺服驅(qū)動(dòng)器，電動(dòng)機(jī)為伺服電機(jī)。二、交流伺服系統(tǒng)的基本原理伺服系統(tǒng)的輸出變量通常是機(jī)械或位置的運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)的任務(wù)是使輸出變量的某種狀態(tài)能夠自動(dòng)、連續(xù)、精確地復(fù)現(xiàn)輸入指令信號的變化規(guī)律。（一）伺服驅(qū)動(dòng)器交流永磁伺服驅(qū)動(dòng)器主要由伺服控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、通訊接口單元、伺服電動(dòng)機(jī)及相應(yīng)的反饋檢測器件組成，其中伺服控制單元包括位置控制器、速度控制器和電流控制器等等。伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，其優(yōu)點(diǎn)是可以實(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。功率器件通常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、欠壓等故障檢測保護(hù)電路。伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖伺服驅(qū)動(dòng)器可以劃分為兩個(gè)模塊：功率板和控制板。功率板（驅(qū)動(dòng)板）是強(qiáng)電部分，包括兩個(gè)單元，一是功率驅(qū)動(dòng)單元IPM用于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，二是開關(guān)電源單元為整個(gè)系統(tǒng)提供數(shù)字和模擬電源?？刂瓢迨侨蹼姴糠?，是電機(jī)的控制核心也是伺服驅(qū)動(dòng)器技術(shù)核心控制算法的運(yùn)行載體?？刂瓢逋ㄟ^相應(yīng)的算法輸出PWM信號，作為驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號，來改逆變器的輸出功率，以達(dá)到控制三相永磁式同步交流伺服電機(jī)的目的。1.功率驅(qū)動(dòng)單元功率驅(qū)動(dòng)單元的工作過程就是AC-DC-AC的過程。整流單元（AC-DC）主要的拓?fù)潆娐肥菃蜗嗳珮虿豢卣麟娐?。逆變部分（DC-AC）采用的功率器件集驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路和功率開關(guān)于一體的智能功率模塊（IPM）。伺服系統(tǒng)主電路圖2.SVPWM（SpaceVectorPWM）技術(shù)SVPWM（SpaceVectorPWM）技術(shù)就是通過控制逆變器功率器件的開關(guān)模式及導(dǎo)通時(shí)間，產(chǎn)生有效電壓矢量來逼近圓形磁場軌跡的一種方法。3.控制單元控制單元是整個(gè)交流伺服系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩和電流控制。所采用的數(shù)字信號處理器(DSP)，除了具有快速的數(shù)據(jù)處理能力外，還集成了豐富的，用于電機(jī)控制的專用集成電路，如A/D轉(zhuǎn)換器、PWM發(fā)生器、定時(shí)計(jì)數(shù)器電路、異步通訊電路、CAN總線收發(fā)器以及高速可編程靜態(tài)RAM和大容量的程序存儲器等。4.交流永磁伺服電機(jī)磁場的定向控制磁場定向控制技術(shù)也稱矢量控制技術(shù)。通過坐標(biāo)變換，把交流電機(jī)中交流電流的控制，變換成類似于直流電機(jī)中直流電流的控制，實(shí)現(xiàn)了力矩的控制，可以獲得和直流電機(jī)相似的高動(dòng)態(tài)性能。設(shè)想建立一個(gè)以電源角頻率旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d、q）。磁場定向控制的基本思路：從靜止坐標(biāo)系（a，b，c）上看，合成定子電流矢量在空間以

電源角頻率旋轉(zhuǎn)從而形成旋轉(zhuǎn)磁場，是時(shí)變的。三、交流伺服系統(tǒng)所用的傳感器1.電流傳感器電流檢測可采用霍爾電流傳感器實(shí)現(xiàn)。工作原理主要是霍爾效應(yīng)霍爾傳感器檢測的電流經(jīng)放大電路處理后，送到DSP內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器變換為數(shù)字量。霍爾電流傳感器2.位置傳感器置檢測的傳感器主要有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁性編碼器、光電編碼器。增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90o，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。光電編碼器原理示意圖四、伺服系統(tǒng)與PLC的連接PLC作為伺服系統(tǒng)指令機(jī)構(gòu)時(shí)，伺服系統(tǒng)一般工作在位置閉環(huán)模式下。PLC的選型：伺服系統(tǒng)位置工作模式時(shí)，通過PLC內(nèi)部的計(jì)數(shù)器輸出脈沖，控制脈沖數(shù)量即可控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，通過PLC內(nèi)部的中斷機(jī)制，周期性輸出脈沖，可以控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)選擇位置模式時(shí)PLC應(yīng)帶高速脈沖輸出功能的晶體管輸出接口。伺服系統(tǒng)選擇速度模式時(shí)PLC應(yīng)帶輸出電壓或電流的模擬量輸出接口。PLC輸出脈沖的頻率的大小及有無，控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速及啟停。PLC方向輸出端子的通斷，控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向?！救蝿?wù)實(shí)施】一、工具、儀表及電氣元件1.工具:測試筆、螺釘旋具、斜口鉗、尖嘴鉗、剝線鉗、電工刀等。2.儀表:MF47型萬用表、5050型兆歐表。3.器材：松下MHMD022P1U永磁同步交流伺服電機(jī)，MADDT1207003全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)