運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試（第2版）課件 5.2.4-5.2.5 伺服電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)及與步進(jìn)電機(jī)比較b2

伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)試五元器件的選型025.2.4伺服電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)與技術(shù)指標(biāo)自從德國(guó)Rexroth公司在1978年漢諾威貿(mào)易博覽會(huì)上正式推出MAC永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，標(biāo)志著新一代交流伺服技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用化階段。到20世紀(jì)80年代中后期，各公司都已有完整的系列產(chǎn)品，整個(gè)伺服裝置市場(chǎng)都轉(zhuǎn)向了交流系統(tǒng)。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運(yùn)動(dòng)控制的要求；近年來(lái)隨著微處理器、新型數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)，控制部分可完全由軟件進(jìn)行。到目前為止，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)。交流伺服系統(tǒng)的主要控制目標(biāo)是輸出值迅速跟蹤指令值的變化。應(yīng)用場(chǎng)合不同，對(duì)伺服系統(tǒng)的具體要求也會(huì)有所差異，但是大體要求是基本一致的，具體來(lái)說(shuō)，在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，對(duì)交流伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要包括以下幾個(gè)方面。5.2.4伺服電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)與技術(shù)指標(biāo)（1）定位精度控制系統(tǒng)最終定位點(diǎn)與指定目標(biāo)值之前的靜態(tài)誤差即為定位精度，定位精度是評(píng)價(jià)位置伺服系統(tǒng)定位準(zhǔn)確度的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。對(duì)自帶碼盤(pán)、性能優(yōu)異的交流伺服系統(tǒng)而言，應(yīng)當(dāng)滿足±1個(gè)脈沖的定位精度要求。（2）重復(fù)定位精度這是伺服電機(jī)多次移動(dòng)到同一位置時(shí)的能力，通常以毫米或微米表示。它測(cè)量了伺服電機(jī)在不同時(shí)刻返回相同位置的一致性。（3）調(diào)速范圍即電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，用D表示。

5.2.4伺服電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)與技術(shù)指標(biāo)（4）調(diào)速靜態(tài)特性對(duì)絕大多數(shù)負(fù)載來(lái)說(shuō)，機(jī)械特性越硬，負(fù)載變化時(shí)速度瞬態(tài)變化越小，工作越穩(wěn)定，所以希望機(jī)械特性越硬越好。（5）調(diào)速動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性，即速度變化的暫態(tài)特征，主要包括三個(gè)方面：一是升速和降速過(guò)程是否快捷、靈敏且無(wú)超調(diào)。這就要求電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量小，轉(zhuǎn)矩慣量比大，單位體積有較大的電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出。二是當(dāng)負(fù)載突然增大或者減小時(shí)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速能否有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，迅速恢復(fù)。三是系統(tǒng)低速時(shí)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)大小。（6）效率及經(jīng)濟(jì)性調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性、伺服系統(tǒng)的運(yùn)行效率、系統(tǒng)的故障率等也是高性能交流伺服系統(tǒng)常用的性能指標(biāo)。5.2.5交流伺服電動(dòng)機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能比較交流伺服電動(dòng)機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能相比，有以下幾個(gè)方面的不同。（1）控制精度不同步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制精度與步距角密切相關(guān)。兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為1.8°，三相混合式步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器，可以用細(xì)分控制來(lái)實(shí)現(xiàn)步距角為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相步進(jìn)電機(jī)的步距角。交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制精度由電動(dòng)機(jī)后端的編碼器保證。如對(duì)帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電動(dòng)機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用4倍頻技術(shù)，則其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°；對(duì)于帶17位編碼器的電動(dòng)機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=0.00274658°，是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)脈沖當(dāng)量的1/655。相對(duì)來(lái)說(shuō)，交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制精度更高。（2）低頻特性不同兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象；交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。5.2.5交流伺服電動(dòng)機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能比較（3）矩頻特性不同步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高速會(huì)急劇下降；交流伺服電動(dòng)機(jī)為恒力矩輸出，即在額定轉(zhuǎn)速（如3000轉(zhuǎn)/分鐘）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩。（4）過(guò)載能力不同步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般不具有過(guò)載能力，而交流伺服電動(dòng)機(jī)有較強(qiáng)的過(guò)載能力，一般最大轉(zhuǎn)矩可為額定轉(zhuǎn)矩的3倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。正是因?yàn)闆](méi)有這種過(guò)載能力，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)，這樣一來(lái)，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。（5）運(yùn)行性能不同步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般采用開(kāi)環(huán)控制方式，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大，易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象；停止時(shí)如轉(zhuǎn)速過(guò)高，易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象，所以為保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制精度，應(yīng)處理好啟動(dòng)和停止時(shí)的升、降速問(wèn)題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)丟步或過(guò)沖現(xiàn)象，控制性能更為可靠。5.2.5交流伺服電動(dòng)機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能比較（6）速度響應(yīng)性能不同步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)加速到工作速度（一般為幾百轉(zhuǎn)/分鐘）需要0.2～0.4秒；交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的加速性能較好，從靜止加速到工作速度（如3000轉(zhuǎn)/分鐘），一般僅需幾毫秒，因此，伺服電動(dòng)機(jī)適用于快速啟動(dòng)的控制場(chǎng)