固高運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)基礎(chǔ)

1、固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座http:/運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)基礎(chǔ)固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)概述n什么是運(yùn)動(dòng)控制？簡(jiǎn)單地講，運(yùn)動(dòng)控制就是通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的簡(jiǎn)單地講，運(yùn)動(dòng)控制就是通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使運(yùn)動(dòng)部件按照預(yù)期的位置、速度進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使運(yùn)動(dòng)部件按照預(yù)期的軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如速度、加速度參數(shù)等）完成相軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（如速度、加速度參數(shù)等）完成相應(yīng)的動(dòng)作。應(yīng)的動(dòng)作。固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的典型構(gòu)成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的典型構(gòu)成 n開環(huán)控制系統(tǒng)（Open Loopn電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)n驅(qū)動(dòng)器：脈沖

2、分配，電流放大n運(yùn)動(dòng)控制器：運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，位置脈沖指令n上位計(jì)算機(jī)：運(yùn)動(dòng)代碼生成，應(yīng)用程序，人機(jī)界面驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器上位計(jì)算機(jī)上位計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)動(dòng)控制器電機(jī)電機(jī) 應(yīng)用程序指令應(yīng)用程序指令運(yùn)動(dòng)指令運(yùn)動(dòng)指令 負(fù)載負(fù)載傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的典型構(gòu)成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的典型構(gòu)成（續(xù)（續(xù)1）n開環(huán)控制系統(tǒng)（Open Loop）n電機(jī)電機(jī)：（直流：（直流伺服電機(jī)伺服電機(jī)）、）、交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)n驅(qū)動(dòng)器：電流放大，位置反饋控制驅(qū)動(dòng)器：電流放大，位置反饋控制n運(yùn)動(dòng)控制器：運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，位置脈沖指令運(yùn)動(dòng)控制器：運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，位置脈沖指令n上位計(jì)算機(jī)：運(yùn)動(dòng)代碼生成，應(yīng)用程序，人

3、機(jī)界上位計(jì)算機(jī)：運(yùn)動(dòng)代碼生成，應(yīng)用程序，人機(jī)界面面驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器上位計(jì)算機(jī)上位計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)動(dòng)控制器電機(jī)電機(jī) 應(yīng)用程序指令應(yīng)用程序指令運(yùn)動(dòng)指令運(yùn)動(dòng)指令 負(fù)載負(fù)載反饋元件反饋元件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 位置反饋固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的典型構(gòu)成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的典型構(gòu)成（續(xù)（續(xù)2）n閉環(huán)控制系統(tǒng)（Close Loop）n電機(jī)：直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)電機(jī)：直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)n驅(qū)動(dòng)器：速度反饋控制，電流放大驅(qū)動(dòng)器：速度反饋控制，電流放大n運(yùn)動(dòng)控制器：運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，速度指令，位置反饋取自電機(jī)軸運(yùn)動(dòng)控制器：運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，速度指令，位置反饋取自電機(jī)軸n上位計(jì)算機(jī)：運(yùn)動(dòng)代碼生成，應(yīng)用程序

4、，人機(jī)界面上位計(jì)算機(jī)：運(yùn)動(dòng)代碼生成，應(yīng)用程序，人機(jī)界面反饋元件反饋元件驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器上位計(jì)算機(jī)上位計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)動(dòng)控制器電機(jī)電機(jī) 應(yīng)用程序指令應(yīng)用程序指令運(yùn)動(dòng)指令運(yùn)動(dòng)指令 負(fù)載負(fù)載傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 位置反饋速度反饋固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的典型構(gòu)成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的典型構(gòu)成（續(xù)（續(xù)3）n閉環(huán)控制系統(tǒng)（Close Loop）n電機(jī)：直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)電機(jī)：直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)n驅(qū)動(dòng)器：速度反饋控制，電流放大驅(qū)動(dòng)器：速度反饋控制，電流放大n運(yùn)動(dòng)控制器：運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，速度指令，位置反饋取自負(fù)載運(yùn)動(dòng)控制器：運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，速度指令，位置反饋取自負(fù)載n上位計(jì)算機(jī)：運(yùn)動(dòng)代碼生成，

5、應(yīng)用程序，人機(jī)界面上位計(jì)算機(jī)：運(yùn)動(dòng)代碼生成，應(yīng)用程序，人機(jī)界面驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器上位計(jì)算機(jī)上位計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)動(dòng)控制器電機(jī)電機(jī) 應(yīng)用程序指令應(yīng)用程序指令運(yùn)動(dòng)指令運(yùn)動(dòng)指令 負(fù)載負(fù)載反饋元件反饋元件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 位置反饋速度反饋固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的典型構(gòu)成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的典型構(gòu)成（續(xù)（續(xù)4）n閉環(huán)控制系統(tǒng)（Close Loop）n電機(jī)：直線電機(jī)電機(jī)：直線電機(jī)n驅(qū)動(dòng)器：速度反饋控制，電流放大驅(qū)動(dòng)器：速度反饋控制，電流放大n運(yùn)動(dòng)控制器：運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，速度指令，位置反饋取自負(fù)載運(yùn)動(dòng)控制器：運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，速度指令，位置反饋取自負(fù)載n上位計(jì)算機(jī)：運(yùn)動(dòng)代碼生成，應(yīng)用程序，人機(jī)界面上位計(jì)算機(jī)

6、：運(yùn)動(dòng)代碼生成，應(yīng)用程序，人機(jī)界面反饋元件反饋元件驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器上位計(jì)算機(jī)上位計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)動(dòng)控制器電機(jī)電機(jī) 應(yīng)用程序指令應(yīng)用程序指令運(yùn)動(dòng)指令運(yùn)動(dòng)指令 負(fù)載負(fù)載位置反饋速度反饋固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座閉環(huán)控制的幾種形式固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成部件運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成部件n上位計(jì)算機(jī)：PC機(jī)n運(yùn)動(dòng)控制器n專用運(yùn)動(dòng)控制器n開放式結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制器n驅(qū)動(dòng)器：全數(shù)字式驅(qū)動(dòng)器n電機(jī)n步進(jìn)電機(jī)n伺服電機(jī)：直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、直線電機(jī)n反饋元件n位置反饋元件：角度、位移n速度反饋元件n傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：齒型帶；減速器；齒輪齒條；滾珠絲杠。固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列

7、講座電機(jī)控制基本知識(shí)電機(jī)控制基本知識(shí)n常見的控制電機(jī)常見的控制電機(jī)n 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)n永磁式：兩相（永磁式：兩相（7.5度）度）n反應(yīng)式：三相（反應(yīng)式：三相（1.5度）度）n混合式：兩相（混合式：兩相（1.8度）或五相（度）或五相（0.72度）度）n 伺服電機(jī)伺服電機(jī)n直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)n交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)n直線電機(jī)直線電機(jī)固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)是一種將數(shù)字式電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換步進(jìn)電機(jī)是一種將數(shù)字式電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電執(zhí)行元件。為角位移的機(jī)電執(zhí)行元件。單極與雙極連線模式單極模式單極模式雙極模式雙極模式固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座

8、步進(jìn)電機(jī)的工作原理(續(xù)1）n當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的一相繞組（當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的一相繞組（A相）通電時(shí)，產(chǎn)生力矩使相）通電時(shí)，產(chǎn)生力矩使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至位置電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至位置P（通常叫（通常叫一個(gè)步距角），當(dāng)另一相一個(gè)步距角），當(dāng)另一相（B相）繞組通電時(shí)，電機(jī)相）繞組通電時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至轉(zhuǎn)動(dòng)至Q點(diǎn)點(diǎn)TorqueAngleIA = 1IB = 1PQFigure : Rotation in a stepper motor is generated by alternately energizing and de-energizing the poles in the motors stator creating torque

9、 which turns the rotor.固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座步進(jìn)電機(jī)的工作原理(續(xù)2）n當(dāng)A相繞組反相通電時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)到R點(diǎn)，當(dāng)B相繞組反相通電時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)至S點(diǎn)AngleIBIA7.2015.4-103.60-11.810001IA = 1IB = 101.8TorquePosition3.65.4通常每一步為1.8，下圖表示了整步運(yùn)行的情況RIA = 1IB = 1PQTorqueAngleIA = -1S固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座步進(jìn)電機(jī)的工作原理(續(xù)3）n單極整步運(yùn)行圖n雙極整步運(yùn)行圖固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座步進(jìn)電機(jī)的工作原理(續(xù)4）n半步運(yùn)行

10、模式:A相通 P點(diǎn)B相通 Q點(diǎn)A、B相同時(shí)通 H點(diǎn)IA = 1IB = 1BothPHQ7.2016.3-115.4-104.5-1-13.60-12.71-11.8100.911001Angle (deg)IBIA固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座步進(jìn)電機(jī)的工作原理(續(xù)5）單極半步運(yùn)行雙極半步運(yùn)行固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座步進(jìn)電機(jī)的工作原理(續(xù)6）n微步運(yùn)行模式細(xì)分運(yùn)行模式n電機(jī)旋轉(zhuǎn)的位置隨A相和B相繞組中的電流的比例而變化IA = 1IB = 1PGQ固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座步進(jìn)電機(jī)的控制運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制器器脈沖脈沖方向方向驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)步進(jìn)電機(jī)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器：產(chǎn)

11、生脈沖和方向信號(hào)驅(qū)動(dòng)器：脈沖環(huán)行分配、電流放大固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)n低成本低成本n控制簡(jiǎn)單，能直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制控制簡(jiǎn)單，能直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制n開環(huán)控制，位移與脈沖數(shù)成正比，速度與脈開環(huán)控制，位移與脈沖數(shù)成正比，速度與脈沖頻率成正比沖頻率成正比n結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)換向器和電刷，堅(jiān)固耐用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)換向器和電刷，堅(jiān)固耐用n抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)n無(wú)累積定位誤差（無(wú)累積定位誤差（一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的進(jìn)角的3-5%，且不累積，且不累積 ）固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)n單步響應(yīng)中有較大的超調(diào)量和振蕩單步響應(yīng)中有較大的超調(diào)量和振蕩

12、n承受慣性負(fù)載能力差，僅適用于負(fù)載慣量與電機(jī)轉(zhuǎn)子承受慣性負(fù)載能力差，僅適用于負(fù)載慣量與電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量比低的運(yùn)行情況慣量比低的運(yùn)行情況 （慣量比小于（慣量比小于3）n轉(zhuǎn)速不夠平穩(wěn)，粗糙的低速特性轉(zhuǎn)速不夠平穩(wěn)，粗糙的低速特性n不適合于高速運(yùn)行不適合于高速運(yùn)行n自振效應(yīng)自振效應(yīng)n 高速時(shí)損耗較大高速時(shí)損耗較大 n 低效率，電機(jī)過(guò)熱（機(jī)殼可達(dá)低效率，電機(jī)過(guò)熱（機(jī)殼可達(dá)90） n 噪音大，特別在高速運(yùn)行時(shí)噪音大，特別在高速運(yùn)行時(shí) n 當(dāng)出現(xiàn)滯后或超前振蕩時(shí)，幾乎無(wú)法消除當(dāng)出現(xiàn)滯后或超前振蕩時(shí)，幾乎無(wú)法消除 n 可選擇的電機(jī)尺寸有限可選擇的電機(jī)尺寸有限 ，輸出功率較小，輸出功率較小n 位置精度較低位置精度較

13、低 固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座直流伺服電機(jī)工作原理 通電線圈與磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生了伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座直流伺服電機(jī)工作原理（續(xù)1）定子：磁場(chǎng)定子：磁場(chǎng)永磁體永磁體轉(zhuǎn)子：電樞繞組轉(zhuǎn)子：電樞繞組換向：換向器與碳刷換向：換向器與碳刷 n加于直流電機(jī)的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，加于直流電機(jī)的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電機(jī)電樞線圈流過(guò)的電流，方向是交變的，從而使使直流電機(jī)電樞線圈流過(guò)的電流，方向是交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變，確保直流電動(dòng)朝確電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變，確保直流電動(dòng)朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。定的方向連續(xù)

14、旋轉(zhuǎn)。固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座直流伺服電機(jī)工作原理（續(xù)2）n轉(zhuǎn)矩方向與電流方向的關(guān)系轉(zhuǎn)矩方向與電流方向的關(guān)系Torque Current為確保直流電動(dòng)機(jī)朝確為確保直流電動(dòng)機(jī)朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)，通定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)線圈的電流方向是交過(guò)線圈的電流方向是交變的。變的。轉(zhuǎn)矩隨 變化曲線圖，為線圈與磁力線的夾角。固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座直流電動(dòng)機(jī)的換向電流的換向是由電刷和換向器共同完成的。固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)n驅(qū)動(dòng)器n電源放大器n通常接受的模擬電壓信號(hào)n可工作在速度模式或電流模式n線性放大器，開關(guān)型放大器（方式）TM電壓電壓命令命令電流反饋電流反

15、饋速度放大器速度放大器電機(jī)電機(jī)速度反饋速度反饋電流放大器電流放大器固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座直流伺服電機(jī)的控制直流伺服電機(jī)的控制運(yùn)動(dòng)控制器：速度指令，位置反饋取自電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)器：速度反饋控制（或許電流反饋控制），電流放大驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)動(dòng)控制器電機(jī)電機(jī)運(yùn)動(dòng)指令運(yùn)動(dòng)指令 負(fù)載負(fù)載反饋元件反饋元件固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座直流伺服電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):n精確的速度控制精確的速度控制n轉(zhuǎn)矩速度特性很硬轉(zhuǎn)矩速度特性很硬n原理簡(jiǎn)單、使用方便原理簡(jiǎn)單、使用方便n價(jià)格優(yōu)勢(shì)價(jià)格優(yōu)勢(shì)n缺點(diǎn)缺點(diǎn):n電刷換向電刷換向n速度限制速度限制n附加阻力附加阻力n產(chǎn)生磨損微粒產(chǎn)生磨損微粒(對(duì)于無(wú)塵

16、室對(duì)于無(wú)塵室)n解決方案解決方案：無(wú)刷電子換向電機(jī)：無(wú)刷電子換向電機(jī)固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座28交流伺服電機(jī)無(wú)刷電機(jī) 改變電機(jī)的結(jié)構(gòu) 磁極作轉(zhuǎn)子，線圈作定子 線圈中的電流方向可以使用電子方式換向 在換向過(guò)程中，需要測(cè)量磁場(chǎng)磁力線與線圈的夾角 霍爾傳感器可以測(cè)量轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng) 通常的結(jié)構(gòu)： 三相電機(jī) 三個(gè)霍爾傳感器CIBIAIC2B2B1C1A1B1C2B2C1A2NSA1A2固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座30交流伺服電機(jī)工作原理（續(xù)） n電子換相（VS電刷換向）n磁極位置檢測(cè)固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座31霍爾傳感

17、器將3個(gè)霍爾傳感器裝再定子上，各相差120度（不是空間角度）均布在電機(jī)一端。H1H2H3States101 100 110 010 011 001固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座32如何放置霍爾傳感器？ 假設(shè)轉(zhuǎn)矩曲線為梯形曲線H1H2H3CurrentTorque固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座33三相電流和力矩的關(guān)系 TaIaTbIbTcIc每一相有三個(gè)階段: 正向電流 1/3 時(shí)間 負(fù)向電流 1/3 時(shí)間 沒有電流 1/3 時(shí)間在三相中，總是： 一相正向電流 一相負(fù)向電流 一相沒有電流由此可見，電流總是接通一相的同時(shí)斷開另一相。固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座34驅(qū)動(dòng)器（放大器

18、）工作原理霍爾傳感器定義了6種邏輯狀態(tài)。每一狀態(tài) 一個(gè)上邊的（奇）晶體管導(dǎo)通, 同時(shí)一個(gè)下邊的（偶）晶體管導(dǎo)通。T1T3T5T2T4T6IAIBIC+VSH1H2H3States101 100 110 010 011 001固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座驅(qū)動(dòng)器（放大器）工作原理（續(xù)）固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座36伺服放大器結(jié)構(gòu)框圖固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座37電流PWM控制 n脈寬調(diào)制技術(shù)（三角波、正弦波）n非低噪音模式固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座38電流PWM控制（續(xù)）n低噪音模式固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座39電流輸出 固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)

19、系列講座幾種交流伺服電機(jī)固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座電子換向n利用霍爾元件檢測(cè)到轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)變化，并給出正確的狀態(tài)來(lái)接通（或關(guān)斷）相應(yīng)的繞組電流，6種狀態(tài)完成一次轉(zhuǎn)化，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一對(duì)磁極n利用上述原理控制的電機(jī)稱為直流無(wú)刷電機(jī)n交流伺服電機(jī)是直流無(wú)刷電機(jī)n無(wú)位置傳感器原理：電機(jī)每轉(zhuǎn)一周，每一相的無(wú)位置傳感器原理：電機(jī)每轉(zhuǎn)一周，每一相的反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零兩次，而電機(jī)換流時(shí)刻與反電動(dòng)反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零兩次，而電機(jī)換流時(shí)刻與反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零時(shí)刻有固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此可以得到勢(shì)過(guò)零時(shí)刻有固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此可以得到換流時(shí)刻。換流時(shí)刻。固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座交流伺服驅(qū)動(dòng)器的換向 Drive with

20、 Hall sensor, Encoder or Resolver for commutation and Feedback:固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座交流伺服驅(qū)動(dòng)器的換向 （續(xù)1） Drive with Commutating Encoder:固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座交流伺服驅(qū)動(dòng)器的換向 （續(xù)2）nDrive with Resolver:固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座交流伺服電機(jī)的控制運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制器器位置反饋位置反饋驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器交流交流伺服伺服電機(jī)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器：產(chǎn)生速度控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)器：速度反饋控制，電子換向速度指令速度指令速度反饋與換速度反饋與換向信號(hào)向信號(hào)

21、光電編碼器光電編碼器固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)n良好的速度控制特性，在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無(wú)振蕩。n高效率，90%以上，不發(fā)熱n高速控制n高精確位置控制（取決于何種編碼器）n額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒力矩n低噪音n沒有電刷的磨損，免維護(hù)n不產(chǎn)生磨損顆粒、沒有火花，適用于無(wú)塵間、易暴環(huán)境n慣量低 n價(jià)格具有競(jìng)爭(zhēng)性固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座交流伺服電機(jī)的缺點(diǎn)n控制較復(fù)雜n驅(qū)動(dòng)器參數(shù)需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整nPID參數(shù)整定n需要更多的連線固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座驅(qū)動(dòng)器n步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（Indexer）n 接受脈沖信號(hào)控制繞組電流；環(huán)形分配

22、接受脈沖信號(hào)控制繞組電流；環(huán)形分配器器n伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器n模擬式：模擬式：通?？煽刂齐姍C(jī)的速度和力矩通?？煽刂齐姍C(jī)的速度和力矩n數(shù)字式：數(shù)字式：可控制電機(jī)的速度和力矩；也可直可控制電機(jī)的速度和力矩；也可直接控制電機(jī)的位置接控制電機(jī)的位置固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座模擬伺服驅(qū)動(dòng)器固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的反饋檢測(cè)元件n光電式位置檢測(cè)元件光電式位置檢測(cè)元件n旋轉(zhuǎn)式光電編碼器旋轉(zhuǎn)式光電編碼器（電機(jī)位置、速度和（電機(jī)位置、速度和換相信號(hào)）換相信號(hào)）n光柵尺（負(fù)載位置）光柵尺（負(fù)載位置）固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控

23、制技術(shù)系列講座運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的反饋檢測(cè)元件（續(xù)）n霍爾傳感器（霍爾傳感器（Hall Effect Sensor）n 產(chǎn)生電機(jī)換相信號(hào)產(chǎn)生電機(jī)換相信號(hào)n測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī) （Tachometer）n產(chǎn)生電機(jī)速度信號(hào)產(chǎn)生電機(jī)速度信號(hào)n旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 （Resolver）n產(chǎn)生電機(jī)位置信號(hào)產(chǎn)生電機(jī)位置信號(hào)固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座53編碼器分類與功能 n分類n直線位移式(光柵尺）VS 旋轉(zhuǎn)式編碼器n絕對(duì)式 VS 增量式n功能n電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)n電機(jī)速度檢測(cè)n電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)(a) Rotary Incremental Optical Encoder固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系

24、列講座編碼系統(tǒng) 檢測(cè)實(shí)際速度值和/或?qū)嶋H位置旋轉(zhuǎn)式編碼系統(tǒng)絕對(duì)值編碼器增量編碼器旋轉(zhuǎn)變壓器sin/cos光信號(hào) 方波脈沖編碼器兩極多極HTLTTL絕對(duì)值編碼器基于可選組件sin/cos光電編碼器和減速箱單元單個(gè)絕對(duì)值編碼器基于32極旋轉(zhuǎn)變壓器和減速箱單元單圈多圈單圈多圈無(wú)增量信號(hào)有增量信號(hào) EnDat SSI PROFIBUS EnDat SSI PROFIBUS EnDat SSI EnDat SSI固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座方波信號(hào)增量編碼器光電元件刻度盤掃描標(biāo)線聚光器光源 (LED)典型情況下，電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周，編碼器產(chǎn)生1,024個(gè)周期脈沖軌跡 A軌跡 B零位標(biāo)記 = 參考位置

25、標(biāo)記軌跡 A軌跡 B邊沿檢測(cè)= 4倍脈沖固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座56編碼器信號(hào)種類 A A、B B、Z Z相信號(hào)，相信號(hào)，A A、B B相為正交信號(hào)；相為正交信號(hào)； 單端、差動(dòng)輸出；單端、差動(dòng)輸出； TTLTTL方波、正旋波輸出；方波、正旋波輸出；固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座57編碼器信號(hào)接口 n集電極開路輸出（OC）n差動(dòng)輸出固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座Sin/Cos光電編碼器， Vpp = 1V光電元件刻度盤掃描標(biāo)線光源(LED)模擬信號(hào)( Vpp = 1V)經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換成高分辨率數(shù)字信號(hào)典型分辨率： 2,048 脈沖每正弦周期典型分辨率：4,000,00

26、0個(gè)脈沖每周期電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周，編碼器產(chǎn)生2,048個(gè)周期的sin/cos信號(hào)脈沖正弦軌跡余弦軌跡聚光器零位標(biāo)記 = 參考位置標(biāo)記1 V固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座59絕對(duì)位置編碼器 n上電讀取絕對(duì)位置n工作時(shí)按增量式編碼器固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座使用增量信號(hào)的絕對(duì)值編碼器 單圈絕對(duì)值編碼器單圈絕對(duì)值編碼器聚光器光源 掃描標(biāo)線光電元件刻度盤霍爾元件變速箱旋轉(zhuǎn)編碼器 增量軌跡對(duì)一個(gè)具有8192個(gè)位置的機(jī)械旋轉(zhuǎn)進(jìn)行二進(jìn)制編碼16:116:1分辨率:256 倍分辨率:4,096 倍 多圈絕對(duì)值編碼器多圈絕對(duì)值編碼器電機(jī)轉(zhuǎn)速16:1分辨率:16 倍固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座

27、兩極旋轉(zhuǎn)變壓器1 機(jī)械周期包絡(luò)線旋轉(zhuǎn)變壓器取出正弦信號(hào)取出余弦信號(hào)輸入載波頻率2 -10 kHz模擬信號(hào)( Vpp = 1V)經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換成高分辨率數(shù)字信號(hào)典型分辨率： 4,096 脈沖每正弦周期典型分辨率4,096脈沖每周期脈沖每周期固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座最常用的機(jī)械傳輸方式n旋轉(zhuǎn)到旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換n齒型帶n帶有螺旋輪和平行軸的減速器n擺線及外擺線轉(zhuǎn)減速器n諧波驅(qū)動(dòng)n正切絲杠減速器或格立森(Gleason)齒輪。n旋轉(zhuǎn)到直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換n齒型帶n齒輪齒條n金屬帶n滾珠絲杠固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座各種傳動(dòng)方式的比較n齒型帶：價(jià)格便宜、反應(yīng)慢，應(yīng)用于控制帶寬窄的場(chǎng)合n齒輪

28、減速器：間隙較大，擺線和外擺線齒輪減速相齒隙較小，但價(jià)格貴n諧波齒輪減速箱：體積小、傳動(dòng)比大、齒隙小，但價(jià)格較貴，剛性不高n正切絲杠減速器：應(yīng)用場(chǎng)合有限，不是合低速時(shí)使用，潤(rùn)滑要求高、效率低n齒輪齒條：傳動(dòng)行程長(zhǎng)、但反向間隙較大，非線性因素，易引起系統(tǒng)振蕩固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座各種傳動(dòng)方式的比較（續(xù)）n滾珠絲杠：可以適合多種情形的傳動(dòng)，精度高、齒隙較小、可以達(dá)到較高的速度；但對(duì)大行程的傳動(dòng)不合適，抗彎抗扭的剛性和慣量限制了電機(jī)選型和系統(tǒng)控制帶寬n總的說(shuō)來(lái)，直線電機(jī)是高性能直線運(yùn)動(dòng)的最佳控制方式Backlash is caused by space of play between

29、contacting surfaces in ball screws, gears, belt drives, and other linear motion devices.固高科技有限公司運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)系列講座直線電機(jī)同其他傳動(dòng)方式比較n滾珠絲杠、齒行帶和直線電機(jī)FeaturesBall Screw ActuatorsTiming Belt ActuatorsLinear Motor ActuatorsSpeedMax 1.5 m/sMax 3.5 m/sMax 5 m/sMotorRotary Servo MotorRotary Servo MotorLinear Servo MotorBacklash350 um10100 umZero backlashServo Feedback / Accura