淺談伺服電機的工作原理及其應用

1、精選文檔淺談伺服電機的工作原理及其應用一.伺服電動機的概念 伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，在自動把握系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。用作自動把握裝置中執(zhí)行元件的微特電機。又稱執(zhí)行電動機。其功能是將電信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。伺服：一詞源于希臘語奴隸的意思。人們想把伺服機構(gòu)?當個得心應手的馴服工具，聽從把握信號的要求而動作。在訊號來到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動；訊號來到之后，轉(zhuǎn)子馬上轉(zhuǎn)動；當訊號消逝，轉(zhuǎn)子能即時自行停轉(zhuǎn)。由于它的?伺服?性能，因此而得名。二.伺服電動機的工作原理1.伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個

2、脈沖對應的角度，從而實現(xiàn)位移，由于，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的把握電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達到0.001mm。 直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡潔，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，把握簡潔，需要維護，但維護便利（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此 它可以用于對成本敏感的一般工業(yè)和民用場合。 無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定。

3、把握簡單，簡潔實現(xiàn)智能化，其電子換相方式機敏，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。 2.溝通伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動把握中一般都用同步電機，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應用。 3.伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器把握的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器依據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度打算于編碼器的精度（線數(shù)）。三.伺服電動機的分類伺

4、服電動機分交、直流兩類。溝通伺服電動機的工作原理與溝通感應電動機相同。在定子上有兩個相空間位移90°電角度的勵磁繞組Wf和把握繞組WcoWf接一恒定溝通電壓，利用施加到Wc上的溝通電壓或相位的變化，達到把握電動機運行的目的。溝通伺服電動機具有運行穩(wěn)定、可控性好、響應快速、靈敏度高以及機械特性和調(diào)整特性的非線性度指標嚴格（要求分別小于1015和小于1525）等特點。直流伺服電動機的工作原理與一般直流電動機相同。電動機轉(zhuǎn)速n為 nEK1j（UaIaRa）K1j式中E為電樞反電動勢；K為常數(shù)；j為每極磁通；Ua，Ia為電樞電壓和電樞電流；Ra為電樞電阻。轉(zhuǎn)變Ua或轉(zhuǎn)變，均可把握直流伺服電動

5、機的轉(zhuǎn)速，但一般接受把握電樞電壓的方法。在永磁式直流伺服電動機中，勵磁繞組被永久磁鐵所取代，磁通恒定。 直流伺服電動機具有良好的線性調(diào)整特性及快速的時間響應。4. 伺服電動機的特點一般分為直流伺服和溝通伺服.對于直流伺服馬達,優(yōu)點:精確的速度把握,轉(zhuǎn)矩速度特性很硬,原理簡潔、使用便利,價格優(yōu)勢 缺點:電刷換向,速度限制,附加阻力,產(chǎn)生磨損微粒(對于無塵室).對于溝通伺服馬達,優(yōu)點:良好的速度把握特性，在整個速度區(qū)內(nèi)可實現(xiàn)平滑把握，幾乎無振蕩;高效率，90%以上，不發(fā)熱;高速把握;高精確位置把握（取決于何種編碼器）;額定運行區(qū)域內(nèi)，實現(xiàn)恒力矩;低噪音;沒有電刷的磨損，免維護;不產(chǎn)生磨損顆粒、沒有

6、火花，適用于無塵間、易暴環(huán)境 慣量低; 缺點:把握較簡單,驅(qū)動器參數(shù)需要現(xiàn)場調(diào)整PID參數(shù)整定,需要更多的連線.五.溝通伺服電動機的進呈現(xiàn)狀 隨著數(shù)控技術(shù)的快速進展，伺服系統(tǒng)的作用與要求越顯突出，溝通伺服電動機的應用也越來越為廣泛。針對直流電動機的缺陷，假如將其里外作相應的調(diào)整處理，即把電驅(qū)繞組裝在定子、轉(zhuǎn)子為永磁部分，由轉(zhuǎn)子軸上的編碼器測出磁極位置，就構(gòu)成了永磁無刷電動機，同時隨著矢量把握方法的有用化，使溝通伺服系統(tǒng)具有良好的伺服特性，其寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動態(tài)響應及四象限運行等良好的技術(shù)性能，使其動、靜態(tài)特性已完全可與直流伺服系統(tǒng)相媲美。同時可實現(xiàn)弱磁高速把握，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍

7、，適應了高性能伺服驅(qū)動的要求。 目前，在機床進給伺服中接受的主要是永磁同步溝通伺服系統(tǒng)，有三種類型：模擬形式、數(shù)字形式和軟件形式。模擬伺服用途單一，只接收模擬信號，位置把握通常由上位機實現(xiàn)。數(shù)字伺服可實現(xiàn)一機多用，如做速度、力矩、位置把握?？山邮漳M指令和脈沖指令，各種參數(shù)均以數(shù)字方式設定，穩(wěn)定性好。具有較豐富的自診斷、報警功能。軟件伺服是基于微處理器的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。其將各種把握方式和不同規(guī)格、功率的伺服電機的監(jiān)控程序以軟件實現(xiàn)。使用時可由用戶設定代碼與相關(guān)的數(shù)據(jù)即自動進入工作狀態(tài)。配有數(shù)字接口，轉(zhuǎn)變工作方式、更換電動機規(guī)格時，只需重設代碼即可，故也稱萬能伺服。溝通伺服已占據(jù)了機床進給伺服的

8、主導地位，并隨著新技術(shù)的進展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向進展，智能化功率模塊得到普及與應用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術(shù)的成熟，將促進先進把握算法的應用；三是網(wǎng)絡化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡的伺服把握成為可能.六.溝通伺服電動機的進展趨勢作為數(shù)控機床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性始終是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標。圍繞伺服系統(tǒng)動態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年來進展了多種伺服驅(qū)動技術(shù)。伺服把握技術(shù)是打算溝通伺服系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵技術(shù)之一，是國外溝通伺服技術(shù)封鎖的主要部分。伺服系統(tǒng)在加工機械、半導體制造、部件組裝等方面得到

9、了廣泛的應用。隨著中國從制造業(yè)大國邁向制造業(yè)強國的進程和全數(shù)字式溝通伺服系統(tǒng)的性能價格比逐步提高，溝通（AC）伺服系統(tǒng)作為把握電機類高檔精密部件，其市場需求將穩(wěn)步增長。 溝通伺服系統(tǒng)由于把握原理的先進性，成本低、免維護，并且把握特性正在全面超越直流伺服系統(tǒng)，其勢必將在絕大多數(shù)應用領(lǐng)域代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服電機。 AC伺服系統(tǒng)當前的進展趨勢: 1、高效率化 高速、高精、高性能化 盡管這方面的工作早就在進行，但是仍需要連續(xù)加強。主要包括電機本身的高效率，也包括驅(qū)動系統(tǒng)的高效率化，接受更高精度的編碼器（每轉(zhuǎn)百萬脈沖級），更高采樣精度和數(shù)據(jù)位數(shù)、直線電機，以及應用自適應、人工智能等各種現(xiàn)代把握策略，不斷將

10、伺服系統(tǒng)的指標提高。 2、通用化 通用型驅(qū)動器配置有大量的參數(shù)和豐富的菜單功能，便于用戶在不轉(zhuǎn)變硬件配置的條件下,便利地設置成V/F把握、無速度傳感器開環(huán)矢量把握、閉環(huán)磁通矢量把握、永磁無刷溝通伺服電動機把握及再生單元等五種工作方式，適用于各種場合，可以驅(qū)動不同類型的電機。 3、智能化 現(xiàn)代溝通伺服驅(qū)動器都具備參數(shù)記憶、故障自診斷和分析功能，絕大多數(shù)進口驅(qū)動器都具備負載慣量測定和自動增益調(diào)整功能，有的可以自動辨識電機的參數(shù)，自動測定編碼器零位，有些則能自動進行振動抑止。 4、網(wǎng)絡化和模塊化 現(xiàn)代工業(yè)局域網(wǎng)進展的重要方向和各種總線標準競爭的焦點就是如何適應高性能運動把握對數(shù)據(jù)傳輸實時性、牢靠性、同步性的要求。隨著國內(nèi)對大規(guī)模分布式把握裝置的需求上升，高檔數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)成功，網(wǎng)絡化數(shù)字伺服的開發(fā)已經(jīng)成為當務之急。模塊化不僅指伺服驅(qū)動模塊、電源模塊、再生制動模塊、通 訊模塊之間的組合方式，而且指伺服驅(qū)動器內(nèi)部軟件和硬件的模塊化和可重用。 5、小型化和大型化 無論是永磁無刷伺服電機還是步進電機都樂觀向更小的尺寸進展，比如20，28，35mm外徑；同時也在進展更大功率和尺寸的機種，已經(jīng)看到500KW永磁伺