PDF《伺服驱动器的工作原理》

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MOTION CONTROL 2016・04 NO.

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MOTION CONTROL 2016・04 NO.71

104 105 对接- 艾而特 DOCKING

1 引言 随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服 电机也越来越多地应用于数字控制系统中.为了适 应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用 全数字式交流伺服电机作为执行电动机.在控制方 式上用脉冲串和方向信号实现. 伺服的基本概念是准确、精确、快速定位. 变频是伺服控制的一个必须的内部环节,伺服驱动 器中同样存在变频(要进行无级调速).但伺服将 电流环速度环或者位置环都闭合进行控制,这是很 大的区别.除此外,伺服电机的构造与普通电机是 有区别的,要满足快速响应和准确定位.现在市面 上流通的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服,但 这种电机受工艺限制,很难做到很大的功率,十几 KW以上的同步伺服价格及其昂贵,这样在现场应 用允许的情况下多采用交流异步伺服,这时很多驱 动器就是高端变频器,带编码器反馈闭环控制.所 谓伺服就是要满足准确、精确、快速定位,只要满 足就不存在伺服变频之争.

2 三种控制方式的区别 一般伺服都有三种控制方式:速度控制方式, 转矩控制方式,位置控制方式 . 速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的. 位置控制是通过发脉冲来控制的.具体采用什么控 制方式要根据客户的要求,满足何种运动功能来选 择.如果您对电机的速度、位置都没有要求,只要 输出一个恒转矩,当然是用转矩模式.如果对位置 和速度有一定的精度要求,而对实时转矩不是很关 心,用转矩模式不太方便,用速度或位置模式比较 好.如果上位控制器有比较好的闭环控制功能,用 速度控制效果会好一点.如果本身要求不是很高, 或者,基本没有实时性的要求,用位置控制方式对 上位控制器没有很高的要求.就伺服驱动器的响应 速度来看,转矩模式运算量最小,驱动器对控制信 号的响应最快;

位置模式运算量最大,驱动器对控 制信号的响应最慢.对运动中的动态性能有比较高 的要求时,需要实时对电机进行调整.那么如果控 制器本身的运算速度很慢(比如PLC,或低端运动 控制器),就用位置方式控制.如果控制器运算速 度比较快,可以用速度方式,把位置环从驱动器移 到控制器上,减少驱动器的工作量,提高效率(比 如大部分中高端运动控制器);

如果有更好的上位 控制器,还可以用转矩方式控制,把速度环也从驱 动器上移开,这一般只是高端专用控制器才能这么 干,而且,这时完全不需要使用伺服电机. 2.1 转矩控制 转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直 接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大 小,具体表现为例如10V对应5Nm的话,当外部模 拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:如果电机轴 负载低于2.5Nm时电机正转,外部负载等于2.5Nm 时电机不转,大于2.5Nm时电机反转(通常在有重 力负载情况下产生).可以通过即时的改变模拟量 的设定来改变设定的力矩大小,也可通过通讯方式 改变对应的地址的数值来实现.应用主要在对材质 的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中,例如饶 线装置或拉光纤设备,转矩的设定要根据缠绕的半 径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕 半径的变化而改变. 2.2 位置控制 位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的 频率来确定转动速度的大小,通过脉冲的个数来确 定转动的角度,也有些伺服可以通过通讯方式直接 对速度和位移进行赋值.由于位置模式可以对速度 和位置都有很严格的控制,所以一般应用于定位装 伺服驱动器的工作原理 摘要:伺服驱动器(servo drives)又称为 伺服控制器 、 伺服放大器 ,是用来控制伺服电机的一种控制器,其作 用类似于变频器作用于普通交流马达,属于伺服系统的一部分,主要应用于高精度的定位系统.一般是通过位置、速度和 力矩三种方式对伺服马达进行控制,实现高精度的传动系统定位,目前是传动技术的高端产品. 置.应用领域如数控机床、印刷机械等等. 2.3 速度模式 通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行 转动速度的控制,在有上位控制装置的外环PID控 制时速度模式也可以进行定位,但必须把电机的位 置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算 用.位置模式也支持直接负载外环检测位置信号, 此时的电机轴端的编码器只检测电机转速,位置信 号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了,这 样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差,增 加了整个系统的定位精度.