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1、作成作成:劉豪:劉豪日期:日期:2014.11.272014.11.27伺服基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)伺服基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)伺服的語(yǔ)源伺服的語(yǔ)源 伺服的語(yǔ)源是由拉丁語(yǔ)中的伺服的語(yǔ)源是由拉丁語(yǔ)中的Servus( (奴隸奴隸) )而來(lái)的而來(lái)的。 。 1934年年由由H.L.Hazen所命名所命名。 。 ( (:Service或或) ) 伺服的定義伺服的定義 正確的稱呼是正確的稱呼是 伺服機(jī)構(gòu)或伺服裝置,是自動(dòng)控制系統(tǒng)的一個(gè)分支伺服機(jī)構(gòu)或伺服裝置,是自動(dòng)控制系統(tǒng)的一個(gè)分支。 。 在在JIS標(biāo)準(zhǔn)里標(biāo)準(zhǔn)里 被定義為被定義為 以物體的位置、方位、姿勢(shì)等作為控制量,可追隨目標(biāo)以物體的位置、方位、姿勢(shì)等作為控制量,可追隨目標(biāo)值任
2、意變化而構(gòu)成的控制系統(tǒng)值任意變化而構(gòu)成的控制系統(tǒng)。伺服伺服伺服機(jī)構(gòu)伺服機(jī)構(gòu)Servo 伺服控制伺服控制系統(tǒng)系統(tǒng)都是同一個(gè)都是同一個(gè)意思意思伺服系統(tǒng)的構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)的構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)的構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)將輸入(目標(biāo)值信號(hào))與輸出(實(shí)際機(jī)械的動(dòng)作)經(jīng)常作比較,控制其差值為零。伺服機(jī)構(gòu)將輸入(目標(biāo)值信號(hào))與輸出(實(shí)際機(jī)械的動(dòng)作)經(jīng)常作比較,控制其差值為零。為了做出比較需將輸出返回到輸入端。由輸出返回到輸入端是與輸入為了做出比較需將輸出返回到輸入端。由輸出返回到輸入端是與輸入輸出的信號(hào)流向相反的所輸出的信號(hào)流向相反的所以將其稱為反饋以將其稱為反饋( (Feedback: :向后供給的意思向后供給的意思) )控制。
3、控制。反饋反饋目標(biāo)値目標(biāo)値編碼器編碼器伺服放大器伺服電機(jī)伺服電機(jī)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)裝置裝置速度位置速度位置出力出力一般情況下傳感器是使用裝在電機(jī)的負(fù)載軸一般情況下傳感器是使用裝在電機(jī)的負(fù)載軸的另一側(cè)的被稱為編碼器(后述)的東西。的另一側(cè)的被稱為編碼器(后述)的東西。伺服放大器、伺服電機(jī)、編碼器一起作為整伺服放大器、伺服電機(jī)、編碼器一起作為整體被稱呼時(shí)使用體被稱呼時(shí)使用伺服驅(qū)動(dòng)器伺服驅(qū)動(dòng)器這個(gè)用語(yǔ)。這個(gè)用語(yǔ)。伺服放大器伺服放大器被稱為上位控制器的作為目標(biāo)值信號(hào)被稱為上位控制器的作為目標(biāo)值信號(hào)發(fā)生的裝置發(fā)生的裝置傳感器傳感器編碼器編碼器伺服機(jī)構(gòu)的構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)的構(gòu)成伺服控制過程原理圖伺服圖片:伺服圖片:伺服電
4、機(jī)伺服電機(jī)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器松下交流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器松下交流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器伺服馬達(dá)分類:伺服馬達(dá)分類:普通的伺服電機(jī)有SM(同步)型AC伺服電機(jī)、IM(感應(yīng))型AC伺服電機(jī)和DC伺服電機(jī)3種,與自動(dòng)化相關(guān)的伺服電機(jī)一般指SM型AC伺服電機(jī)。(原因?yàn)镈C伺服的整流電刷需要進(jìn)行維護(hù)、檢查,DC伺服電機(jī)會(huì)產(chǎn)生粉未,不能在有潔凈要求的環(huán)境使用。槽槽伺服馬達(dá)結(jié)構(gòu)伺服馬達(dá)結(jié)構(gòu)11DC伺服電機(jī)與伺服電機(jī)與AC伺服電機(jī)的比較伺服電機(jī)的比較轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子AC伺服電機(jī)伺服電機(jī)定子定子整流整流特長(zhǎng)特長(zhǎng)缺點(diǎn)缺點(diǎn)DC伺服電機(jī)伺服電機(jī)繞組繞組永久磁鋼永久磁鋼由電刷和換向器組由電刷和換向器組成的機(jī)械整流成的機(jī)械整流伺
5、服驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)單伺服驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)單電刷必須定期檢查更換電刷必須定期檢查更換永久磁鋼永久磁鋼UVW 相相繞組繞組根據(jù)磁極檢出控制根據(jù)磁極檢出控制相相繞組通所的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)繞組通所的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)沒有機(jī)械磨損部分沒有機(jī)械磨損部分所以無(wú)需維護(hù)所以無(wú)需維護(hù)伺服驅(qū)動(dòng)器復(fù)雜伺服驅(qū)動(dòng)器復(fù)雜伺服電機(jī)按照構(gòu)造分類:1.旋轉(zhuǎn)形伺服馬達(dá)2.線性伺服馬達(dá)線性伺服馬達(dá)13線性電機(jī)的結(jié)構(gòu)是將旋轉(zhuǎn)電機(jī)線性電機(jī)的結(jié)構(gòu)是將旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子如圖示向直線方的定子和轉(zhuǎn)子如圖示向直線方向展開而成,原先轉(zhuǎn)子的切線向展開而成,原先轉(zhuǎn)子的切線方向的電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)橹本€方向方向的電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)橹本€方向的推力的推力。 。特長(zhǎng)特長(zhǎng)由于是負(fù)載直接驅(qū)動(dòng),可以有由于是
6、負(fù)載直接驅(qū)動(dòng),可以有寬廣的調(diào)速范圍和很高的定位寬廣的調(diào)速范圍和很高的定位精度精度。 。電機(jī)本身是剛性體,直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)本身是剛性體,直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載可提高機(jī)構(gòu)整體的剛性負(fù)載可提高機(jī)構(gòu)整體的剛性。 。運(yùn)行噪音低。運(yùn)行噪音低。2-9構(gòu)造構(gòu)造: : 電機(jī)由動(dòng)子電機(jī)由動(dòng)子( (線圈線圈) )和定子和定子( (永磁板永磁板) )所構(gòu)成所構(gòu)成。 。動(dòng)子沒有鐵芯,用樹脂將線圈準(zhǔn)確固定而成動(dòng)子沒有鐵芯,用樹脂將線圈準(zhǔn)確固定而成。 。定子是在定子板上將板狀的永磁體準(zhǔn)確固定,定子是在定子板上將板狀的永磁體準(zhǔn)確固定,由上下由上下2塊相向放置而構(gòu)成塊相向放置而構(gòu)成。 。無(wú)鐵芯無(wú)鐵芯型型(也有,有鐵芯型)(也有,有鐵芯型)特
7、長(zhǎng)特長(zhǎng) 由于沒有磁吸力以及嚙合力,施加在由于沒有磁吸力以及嚙合力,施加在軸部的壓力和速度差非常小軸部的壓力和速度差非常小。 。 沒有吸力的緣故,可使噪音降低并延沒有吸力的緣故,可使噪音降低并延長(zhǎng)導(dǎo)軌的使用壽命長(zhǎng)導(dǎo)軌的使用壽命。 。 沒有了嚙合力,使得推力的波動(dòng)非常沒有了嚙合力,使得推力的波動(dòng)非常小小。 。永磁體永磁體線圈線圈伺服器的工作模式:伺服器的工作模式:伺服驅(qū)動(dòng)器銘牌含義伺服驅(qū)動(dòng)器銘牌含義伺服驅(qū)動(dòng)器銘牌含義伺服驅(qū)動(dòng)器銘牌含義編碼器:編碼器:編碼器:編碼器: 圓盤上刻有相位相差圓盤上刻有相位相差90度的度的A相、相、B相的槽相的槽 由此可檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)量和旋轉(zhuǎn)方向由此可檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)量和旋轉(zhuǎn)方向。
8、 。) 增量型編碼器的原理增量型編碼器的原理旋轉(zhuǎn)方向判定的原理旋轉(zhuǎn)方向判定的原理例:例: 由由B相作為基準(zhǔn)相作為基準(zhǔn) B相相為為On時(shí)如果時(shí)如果A相相有上升沿,定義為正傳。有上升沿,定義為正傳。 B相相為為O 時(shí)如果時(shí)如果A相相有上升沿,定義為反轉(zhuǎn)有上升沿,定義為反轉(zhuǎn)。 。增量型編碼器的原理增量型編碼器的原理(圓盤上的形狀)(圓盤上的形狀)直接計(jì)數(shù)脈沖數(shù)直接計(jì)數(shù)脈沖數(shù)1個(gè)脈沖計(jì)數(shù)個(gè)脈沖計(jì)數(shù)2次次( (2倍頻倍頻) )1組脈沖計(jì)數(shù)組脈沖計(jì)數(shù)4次次( (4倍頻倍頻) )倍頻的原理倍頻的原理絕對(duì)值編碼器方式絕對(duì)值編碼器方式本公司的絕對(duì)值編碼器采用配置有電池,在伺服放大器電源關(guān)斷時(shí)也能記憶當(dāng)前位置情報(bào)
9、本公司的絕對(duì)值編碼器采用配置有電池,在伺服放大器電源關(guān)斷時(shí)也能記憶當(dāng)前位置情報(bào)的方式。的方式。伺服放大器電源打開后伺服放大器將電機(jī)軸距離原點(diǎn)的圈數(shù)及脈沖數(shù)所反映的當(dāng)前位置情伺服放大器電源打開后伺服放大器將電機(jī)軸距離原點(diǎn)的圈數(shù)及脈沖數(shù)所反映的當(dāng)前位置情報(bào)向上位控制器傳送報(bào)向上位控制器傳送。 。右回転時(shí)右回転時(shí)左回転時(shí)左回転時(shí)A相相B相相 A相相B相相 )絕對(duì)值編碼器的基本原理絕對(duì)值編碼器的基本原理 可以檢測(cè)出對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的絕對(duì)位置可以檢測(cè)出對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的絕對(duì)位置( (旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)角度) )的編碼器的編碼器 根據(jù)所需要的分辨率增加道數(shù)根據(jù)所需要的分辨率增加道數(shù)左圖所示的左圖所示的6 6個(gè)道個(gè)道、 、旋
10、轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 圈的圈的 分辨率為分辨率為( ) )分之一分之一旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)1 1圈需要圈需要,分之一分之一的分辨率的話需要的分辨率的話需要1111個(gè)道,個(gè)道,但實(shí)際上也有辦法減少道數(shù)但實(shí)際上也有辦法減少道數(shù) 在分辨率的范圍內(nèi)輸出波形在分辨率的范圍內(nèi)輸出波形是不重復(fù)的是不重復(fù)的 根據(jù)讀取的輸出波形可以得到根據(jù)讀取的輸出波形可以得到絕對(duì)位置的信息絕對(duì)位置的信息 另外還配備了有電池作斷電另外還配備了有電池作斷電備份的計(jì)數(shù)器以判斷出當(dāng)前所備份的計(jì)數(shù)器以判斷出當(dāng)前所轉(zhuǎn)到的圈數(shù)位置轉(zhuǎn)到的圈數(shù)位置 驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的裝置稱為伺服增幅器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的裝置稱為伺服增幅器( (或伺服放大器或伺服放大器)。)。伺服放大器在安川電
11、機(jī)伺服放大器在安川電機(jī)產(chǎn)品里的稱呼為伺服產(chǎn)品里的稱呼為伺服PACK。 。伺服放大器的功能框圖如下圖所示伺服放大器的功能框圖如下圖所示。 。動(dòng)力部分動(dòng)力部分反饋反饋電機(jī)電機(jī)編碼器編碼器整流部分整流部分逆變部分逆變部分) 動(dòng)力部分的構(gòu)成動(dòng)力部分的構(gòu)成 動(dòng)力部分是承擔(dān)了產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的電流并提供給電機(jī)這部分功能動(dòng)力部分是承擔(dān)了產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的電流并提供給電機(jī)這部分功能如下圖所示的,將工頻電壓整流為直流的整流部分以及產(chǎn)生隨電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角所需如下圖所示的,將工頻電壓整流為直流的整流部分以及產(chǎn)生隨電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角所需電流的逆變部分電流的逆變部分。 。) 電電流演算部流演算部電流演算部的功能是確定流入各相的電
12、流的大小電流演算部的功能是確定流入各相的電流的大小。 。將在后面作介紹的控制部里的轉(zhuǎn)矩由控制部將在后面作介紹的控制部里的轉(zhuǎn)矩由控制部的指令與電機(jī)當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)角度位置(稱為磁極)信息計(jì)算出流入各相所需的電流大小的指令與電機(jī)當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)角度位置(稱為磁極)信息計(jì)算出流入各相所需的電流大小。 。電機(jī)旋電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)磁極時(shí)刻都在變化,因此流入各相的電流的大小也要時(shí)刻變化轉(zhuǎn)時(shí)磁極時(shí)刻都在變化,因此流入各相的電流的大小也要時(shí)刻變化。 。25) 控制部的構(gòu)成控制部的構(gòu)成 控制部可稱為伺服驅(qū)動(dòng)根本的管理部分控制部可稱為伺服驅(qū)動(dòng)根本的管理部分。 。換句話說(shuō)換句話說(shuō)、 、將指令值與當(dāng)前值進(jìn)行差值運(yùn)算將指令值與當(dāng)前值進(jìn)行差
13、值運(yùn)算、 、并控制并控制該差值為零運(yùn)行該差值為零運(yùn)行。 。伺服器的控制模式分類:伺服器的控制模式分類:伺服器的控制模式分類:伺服器的控制模式分類:伺服器的控制模式分類:伺服器的控制模式分類:伺服器的工作模式:伺服器的工作模式:1.扭矩控制模式扭矩控制模式2.速度控制模式速度控制模式3.位置控制模式位置控制模式1.電流環(huán)電流環(huán)2.速度環(huán)速度環(huán)3.位置環(huán)位置環(huán)工作工作模式模式三環(huán)控制伺服器的工作模式:伺服器的工作模式:伺服器的工作模式:伺服器的工作模式:速度制模式伺服器的工作模式:伺服器的工作模式:位置控制模式轉(zhuǎn)距控制模式伺服器的工作模式:伺服器的工作模式:伺服器內(nèi)部電路系統(tǒng)框圖伺服器內(nèi)部電路系統(tǒng)
14、框圖伺服的相關(guān)術(shù)語(yǔ)伺服的相關(guān)術(shù)語(yǔ)伺服的相關(guān)術(shù)語(yǔ)伺服的相關(guān)術(shù)語(yǔ)伺服的相關(guān)術(shù)語(yǔ)伺服的相關(guān)術(shù)語(yǔ)伺服的相關(guān)術(shù)語(yǔ)伺服的相關(guān)術(shù)語(yǔ)電子齒齒輪的作用伺服電機(jī)應(yīng)用舉例伺服電機(jī)應(yīng)用舉例伺服電機(jī)應(yīng)用舉例伺服電機(jī)應(yīng)用舉例恒恒張張力控制力控制伺服系統(tǒng)的配置知識(shí)點(diǎn)總結(jié):知識(shí)點(diǎn)總結(jié):1.扭矩控制模式扭矩控制模式2.速度控制模式速度控制模式3.位置控制模式位置控制模式工作工作模式模式1.電流環(huán)電流環(huán)2.速度環(huán)速度環(huán)3.位置環(huán)位置環(huán)三環(huán)控制1.開環(huán)控制方式開環(huán)控制方式2.半閉環(huán)控制方式半閉環(huán)控制方式 3.全閉環(huán)控制方式全閉環(huán)控制方式控制方式1.DC直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)2.AC交流同步伺服電機(jī)交流同步伺服電機(jī)伺服電機(jī)的分類1.增量形編碼器(增量形編碼器( 要原點(diǎn)復(fù)位)要原點(diǎn)復(fù)位)2.絕對(duì)值形編碼器(不需要原點(diǎn)復(fù)位)絕對(duì)值形編碼器(不需要原點(diǎn)復(fù)位)3.旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器(要原點(diǎn)復(fù)位(要原點(diǎn)復(fù)位)編碼的分類伺服器故障現(xiàn)象顯示出現(xiàn)碼并伴隨無(wú)規(guī)律閃爍X軸#1驅(qū)動(dòng)器常見故障判定處理:常見故障判定處理:安川伺服電池電壓低(例),無(wú)電,故障代碼:A.83 , A.93電池的更換電池的電壓下降至大約2
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