第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計(jì)1-補(bǔ)充

1、1第第 三三 章章 執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計(jì)執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計(jì)什么是伺服電機(jī) 伺服電機(jī)之定義伺服電機(jī)之定義：伺服（伺服（Servo）源自于英文）源自于英文Servant，即，即馬達(dá)能夠依據(jù)命馬達(dá)能夠依據(jù)命令、忠實(shí)的移動(dòng)令、忠實(shí)的移動(dòng)。 通過檢測裝置、時(shí)時(shí)刻刻的監(jiān)督伺服馬達(dá)是否依照所輸入的指通過檢測裝置、時(shí)時(shí)刻刻的監(jiān)督伺服馬達(dá)是否依照所輸入的指令移動(dòng)。令移動(dòng)。 “伺服電機(jī)伺服電機(jī)”可以理解為絕對服從控制信號(hào)指揮的電機(jī)可以理解為絕對服從控制信號(hào)指揮的電機(jī) 伺服電機(jī)之特長伺服電機(jī)之特長： 1.由于轉(zhuǎn)子慣量較小、可達(dá)成急加速、急減速、急停等要求。由于轉(zhuǎn)子慣量較小、可達(dá)成急加速、急減速、急停等要求。 2.

2、馬達(dá)小型化馬達(dá)小型化 3.具備更精密的位置及速度控制功能。具備更精密的位置及速度控制功能。3 伺服電機(jī)主要分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)，其中直流伺服又分為有刷直流伺服和無刷直流伺服，交流伺服又分為異步交流伺服和永磁同步交流伺服。 實(shí)際上無刷直流伺服也算是交流伺服一派的，只不過區(qū)別在于用直流供電直流供電，并控制器電子換向?qū)崿F(xiàn)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。伺服電機(jī)分類伺服馬達(dá)之分類伺服馬達(dá)之分類DC 伺服馬達(dá)伺服馬達(dá) AC 伺服馬達(dá)伺服馬達(dá)1、線圈會(huì)旋轉(zhuǎn)2、定子為永久磁鐵3、有碳刷及整流子1、定子為線圈2、轉(zhuǎn)子為永久磁鐵3、無碳刷及整流子直流電機(jī)工作原理5永磁鐵與電磁線圈6直流電機(jī)的定子都包含哪幾部分？各部分作

3、用如何？ 在直流電動(dòng)機(jī)中，電樞所加電壓已是直流，為什么還要加裝換向器？如果直流電機(jī)沒有換向器，還能轉(zhuǎn)動(dòng)嗎？直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子都包含哪幾部分？各部分作用如何？7l 轉(zhuǎn)矩變化大轉(zhuǎn)矩變化大l 精度要求不高精度要求不高l 速度固定：三速速度固定：三速工作原理也與工作原理也與直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)相同。相同。供電方式：供電方式：他勵(lì)供電。勵(lì)磁繞組和電樞分別由他勵(lì)供電。勵(lì)磁繞組和電樞分別由兩個(gè)獨(dú)立的電源供電兩個(gè)獨(dú)立的電源供電。U1為勵(lì)磁電壓為勵(lì)磁電壓U2為為電樞電樞電壓電壓？MU1I1IaU2U+直流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖直流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖勵(lì)磁繞組磁場勵(lì)磁繞組磁場 VS. VS. 永磁鐵磁場（他勵(lì)）永磁鐵磁場（

4、他勵(lì)）9 直流電動(dòng)機(jī)有哪些勵(lì)磁方式？應(yīng)用得較多的有哪幾種？ 直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組中通過的電流是直流嗎？為什么？ 為什么說直流電動(dòng)機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)勢是反電動(dòng)勢？這個(gè)反電動(dòng)勢與發(fā)電機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)勢有何不同？ 常用的直流伺服電機(jī)有：永磁式直流電機(jī)（有槽、無槽、杯型、 印刷繞組） 勵(lì)磁式直流電機(jī) 混合式直流電機(jī) 無刷直流電機(jī) 直流力矩電機(jī) 直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)： 永磁式直流電機(jī)類型中的有槽電樞永磁直 流電機(jī)（普通型-恒轉(zhuǎn)矩）； 直流主軸伺服系統(tǒng)： 勵(lì)磁式直流電機(jī)類型中的他激直流電機(jī)， （動(dòng)力驅(qū)動(dòng)型-恒功率）。 1. 靜態(tài)特性 電磁轉(zhuǎn)矩由下式表示: （6.1） KT 轉(zhuǎn)矩常數(shù)； 磁場磁通；Ia 電樞電流；TM

5、 電磁 轉(zhuǎn)矩。電樞回路的電壓平衡方程式為: （6.2） Ua 電樞上的外加電壓；Ra 電樞電阻；Ea 電樞反電勢。 電樞反電勢與轉(zhuǎn)速之間有以下關(guān)系： （6.3） Ke電勢常數(shù)；電機(jī)轉(zhuǎn)速（角速度）。 根據(jù)以上各式可以求得： 電機(jī)轉(zhuǎn)速 （負(fù)載） （6.4）（一）（一）直流電機(jī)的工作特性直流電機(jī)的工作特性 aTMIKT aaaaERIU eaKE M2TeaeaTKKRKU 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零時(shí)： 理想空載轉(zhuǎn)速 （6.5） 當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)： 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ( 6.6） 當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)某一負(fù)載TL時(shí) 電機(jī)轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速的差 （6.7） eaKU0TaasKRUTL2TeaTKKR 圖圖6.76.7 直流電機(jī)的機(jī)

6、械特性直流電機(jī)的機(jī)械特性（n n） O OO O TS T TL 負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速線性變化，幅度小 2. 動(dòng)態(tài)特性直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩平衡方程式為 （6.8） 式中 TM 電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩； TL 折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩； 電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度； J 電機(jī)轉(zhuǎn)子上總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； t 時(shí)間自變量。 dtdJTTLM 1. 永磁直流伺服電機(jī)的性能特點(diǎn) 1) 低轉(zhuǎn)速大慣量 2) 轉(zhuǎn)矩大 3) 起動(dòng)力矩大 4) 調(diào)速泛圍大，低速運(yùn)行平穩(wěn)，力矩波動(dòng)小 2. 永磁直流伺服電機(jī)性能用特性曲線和數(shù)據(jù)表描述 1) 轉(zhuǎn)矩-速度特性曲線（工作曲線） 2) 負(fù)載-工作周期曲線 過載倍數(shù)Tmd，負(fù)載工作周期比 d。 3) 數(shù)據(jù)表：n

7、、T、時(shí)間常數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等等。 （二）（二）永磁永磁直流伺服電機(jī)的工作特性直流伺服電機(jī)的工作特性 d% 過載倍數(shù)過載倍數(shù) 80 110% 120% 60 130% 140% 40 160% d 180% 20 200% 0 1 3 tR 6 10 30 60 100 tR(min) 圖圖69負(fù)載負(fù)載-工作周期曲線工作周期曲線M/（N-cm） 轉(zhuǎn)矩極限轉(zhuǎn)矩極限 12000 10000 瞬時(shí)換向極限瞬時(shí)換向極限 8000 6000 換向極限換向極限 速度極限速度極限 4000 溫度極限溫度極限 2000 0 500 1000 1500 n 圖圖6 68 8永磁直流伺服電機(jī)工作曲線永磁直流伺服電機(jī)工

8、作曲線 區(qū)為連續(xù)工作區(qū)；區(qū)為連續(xù)工作區(qū)； 區(qū)為斷續(xù)工作區(qū)，由負(fù)區(qū)為斷續(xù)工作區(qū)，由負(fù)載載- -工作周期曲線決定工作時(shí)間；工作周期曲線決定工作時(shí)間；區(qū)為瞬時(shí)加區(qū)為瞬時(shí)加減速減速區(qū)區(qū) （三）（三）永磁直流伺服電機(jī)的工作特性永磁直流伺服電機(jī)的工作特性 3.永磁永磁直流伺服電機(jī)的工作特性曲線（電樞外加電壓改變）直流伺服電機(jī)的工作特性曲線（電樞外加電壓改變） 負(fù)載工作周期比負(fù)載工作周期比 （三）主軸直流伺服電機(jī)的工作原理和特性（勵(lì)磁磁通變） O nj nmax nP,T1 2圖圖6. .10 直流主軸電機(jī)特性曲線直流主軸電機(jī)特性曲線1-1-轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩特性曲線特性曲線 2-2-功率功率特性曲線特性曲線（四）

9、直流進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度控制 1.、直流伺服電機(jī)的調(diào)速原理、直流伺服電機(jī)的調(diào)速原理 根據(jù)機(jī)械特性公式可知調(diào)速有二種方法:電樞電壓電樞電壓Ua和氣隙磁通和氣隙磁通 改變電樞外加電壓電樞外加電壓Ua （電樞電流） :由于繞組絕緣耐壓的限制，調(diào)壓只 能在額定轉(zhuǎn)速以下進(jìn)行。屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 改變氣隙磁通量氣隙磁通量：改激磁電流即可改，在Ua恒定情況下，磁場接 近飽和，故只能弱磁調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上進(jìn)行。屬于恒功率調(diào)速。 2.直流速度控制單元調(diào)速控制方式直流速度控制單元調(diào)速控制方式 晶閘管（可控硅）調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng) 晶體管脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng) 0M2TeaeaTKKRKUnnTCCRCUn0M2

10、Teaea 18數(shù)控機(jī)床用電機(jī)主要有兩種電機(jī)：進(jìn)給伺服電機(jī)和主軸電機(jī)。l 數(shù)控機(jī)床對主軸電機(jī)和伺服電機(jī)的要求不同要求不同：數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給伺服電機(jī)的要求主要為：(1)機(jī)械特性：要求伺服電機(jī)的速降小、剛度大；(2)快速響應(yīng)的要求：這在輪廓加工，特別對曲率大的加工對象進(jìn)行高速加工時(shí)要求較嚴(yán)格；(3)調(diào)速范圍：這可以使數(shù)控機(jī)床適用于各種不同的刀具、加工材質(zhì)；適應(yīng)于各種不同的加工工藝；(4)一定的輸出轉(zhuǎn)矩，并要求一定的過載轉(zhuǎn)矩。機(jī)床進(jìn)給機(jī)械負(fù)載的性質(zhì)主要是克服工作臺(tái)的摩擦力和切削的阻力，因此主要是恒轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)。 對高速電主軸的要求主要為：(1)足夠的輸出功率，數(shù)控機(jī)床的主軸負(fù)載性質(zhì)近似于恒功率，也就是當(dāng)

11、機(jī)床的電主軸轉(zhuǎn)速高時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩較?。恢鬏S轉(zhuǎn)速低時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩大；即要求主軸驅(qū)動(dòng)裝置要具有恒功率的性質(zhì)；(2)調(diào)速范圍：為保證數(shù)控機(jī)床適用于各種不同的刀具、加工材質(zhì)；適應(yīng)于各種不同的加工工藝，要求主軸電機(jī)具有一定的調(diào)速范圍。但對主軸的要求比進(jìn)給低；(3)速度精度：一般要求靜差度小于5，更高的要求為小于1；(4)快速：主軸驅(qū)動(dòng)裝置有時(shí)也用在定位功能上，這就要求它也具有一定的快速性。l 伺服電機(jī)和主軸電機(jī)的輸出指標(biāo)不同輸出指標(biāo)不同 伺服電機(jī)以轉(zhuǎn)矩(N.m)，主軸以功率(kW)為指標(biāo)。這是因?yàn)?，伺服電機(jī)和主軸電機(jī)在數(shù)控機(jī)床里作用不同，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)，工作臺(tái)的負(fù)載阻尼為折合到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩，所以

12、伺服電機(jī)以轉(zhuǎn)矩(N.m)為指標(biāo)。主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床的主軸，它的負(fù)載必需滿足機(jī)床的功率，所以主軸電機(jī)以功率(kW)為指標(biāo)。這是習(xí)慣的叫法。其實(shí)，通過力學(xué)公式的換算，這兩個(gè)指標(biāo)可以進(jìn)行互算。19速度速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器電流電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器觸發(fā)脈沖觸發(fā)脈沖發(fā)生器發(fā)生器可控硅可控硅整流器整流器電流反饋電流反饋速度反饋速度反饋電流檢測電流檢測編碼器編碼器電機(jī)電機(jī)UR+-UfIfIR+-E1ES462791113581210ABCMUMUDKMKM+-（1）晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的組成直流伺服電機(jī)的速度控制直流伺服電機(jī)的速度控制20可控硅速度控制的原理：可控硅速度控制的原理： 調(diào)速：當(dāng)給定的指令信號(hào)增大時(shí)，則有較大的偏

13、差信號(hào)偏差信號(hào)加到調(diào)節(jié)器的輸入端，產(chǎn)生前移的觸發(fā)脈沖，可控硅整流器輸出直流電壓提高，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升。此時(shí)測速反饋信號(hào)也增大，與大的速度給定相匹配達(dá)到新的平衡，電機(jī)以較高的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。 干擾：假如系統(tǒng)受到外界干擾，如負(fù)載增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，速度反饋電壓降低，則速度調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)增大，其輸出信號(hào)也增大，經(jīng)電流調(diào)節(jié)器使觸發(fā)脈沖前移，晶閘管整流器輸出電壓升高，使電機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到干擾前的數(shù)值。 電網(wǎng)波動(dòng)：電流調(diào)節(jié)器通過電流反饋信號(hào)還起快速的維持和調(diào)節(jié)電流作用，如電網(wǎng)電壓突然短時(shí)下降，整流輸出電壓也隨之降低，在電機(jī)轉(zhuǎn)速由于慣性還未變化之前，首先引起主回路電流的減小，立即使電流調(diào)節(jié)器的輸出增加，觸發(fā)脈沖前移

14、，使整流器輸出電壓恢復(fù)到原來值，從而抑制了主回路電流的變化。 啟動(dòng)、制動(dòng)、加減速：電流調(diào)節(jié)器還能保證電機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)的大轉(zhuǎn)矩、加減速的良好動(dòng)態(tài)性能。（2） 晶體管脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)速系統(tǒng)的組成速度調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器脈寬調(diào)節(jié)脈寬調(diào)節(jié)振蕩器振蕩器脈寬調(diào)節(jié)脈寬調(diào)節(jié)MG電流反饋電流反饋Uusrus f整流整流功放功放6.4 直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)的速度控制直流伺服電機(jī)的速度控制圖 3-5速度反饋速度反饋PWM調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)頻帶寬、頻率高: 晶體管“結(jié)電容”小，開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于可控硅（50Hz)， 可達(dá)2-10KHz?？焖傩院谩ｋ娏髅}動(dòng)小: 由于PWM調(diào)制頻率高，電機(jī)負(fù)載成感性對電流

15、脈動(dòng) 有平滑作用，波形系數(shù)接近于1。電源的功率因數(shù)高: SCR(可控硅)系統(tǒng)因?qū)ń怯绊?，使交流電源的波形?變、高次諧波的干擾，降低了電源功率因數(shù)。 PWM 系統(tǒng)的直流電源為不受控的整流輸出，功率因數(shù)高。動(dòng)態(tài)硬度好: 校正瞬態(tài)負(fù)載擾動(dòng)能力強(qiáng)，頻帶寬，動(dòng)態(tài)硬度高。 直流伺服電機(jī)存在如下缺點(diǎn) 它的電樞繞組在轉(zhuǎn)子上不利于散熱； 由于繞組在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子慣量較大，不利于高速響應(yīng)； 電刷和換向器易磨損需要經(jīng)常維護(hù)、限制電機(jī)速度、換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生電火花限制了它的應(yīng)用環(huán)境。 如果能將電刷和換向器去掉，再把電樞繞組移到定子上，就可克服這些缺點(diǎn)。 交流伺服電機(jī)就是這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)。 交流伺服電機(jī)有兩類： SM同步電機(jī)

16、 和 IM感應(yīng)電機(jī) 24 交流伺服電動(dòng)機(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異交流伺服電動(dòng)機(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)步電動(dòng)機(jī)相似相似. .其定子上裝有兩個(gè)其定子上裝有兩個(gè)位置互差位置互差9090的繞組的繞組，一個(gè)，一個(gè)是是勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組R Rf f，它，它始終接在交流電壓始終接在交流電壓U Uf f上上；另一個(gè)是；另一個(gè)是控制繞控制繞組組L L，聯(lián)接控制信號(hào)電壓聯(lián)接控制信號(hào)電壓UcUc。勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組控制繞組控制繞組杯形轉(zhuǎn)子杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)定子內(nèi)定子它與普通電動(dòng)機(jī)相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小這兩個(gè)特點(diǎn)。勵(lì)磁繞組磁場勵(lì)磁繞組磁場 VS. VS. 永磁鐵磁場永磁鐵磁場三相異步交流

17、感應(yīng)電機(jī)的工作原理 感應(yīng)電機(jī)當(dāng)其對稱三相繞組接通對稱三相電源后，流過繞組的電流在定轉(zhuǎn)子氣隙中建立起旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速為 式中f 電源頻率； p定子極對數(shù)。 即磁場的轉(zhuǎn)速正比于電源頻率，反比于定子的極對數(shù)； 磁場的旋轉(zhuǎn)方向取決于繞組電流的相序。60psfnrpm 由于電磁感應(yīng)作用，閉合的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流。 這個(gè)電流產(chǎn)生的磁場和定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子“跟著”定子磁場旋轉(zhuǎn)起來，其轉(zhuǎn)速為n。 n總是低于總是低于ns（異步），（異步），否則就不會(huì)通過切割磁力線的作用在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流。 永磁同步交流電機(jī)的工作原理 定子轉(zhuǎn)組產(chǎn)生定子轉(zhuǎn)組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場的機(jī)理與感

18、應(yīng)電機(jī)是的機(jī)理與感應(yīng)電機(jī)是相同相同的。的。 其不同點(diǎn)是轉(zhuǎn)子為永磁體，且其不同點(diǎn)是轉(zhuǎn)子為永磁體，且n與與ns相同相同（同步）。（同步）。 兩個(gè)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。兩個(gè)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場可看作一對旋轉(zhuǎn)磁極吸引轉(zhuǎn)子的定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場可看作一對旋轉(zhuǎn)磁極吸引轉(zhuǎn)子的磁極隨其一起旋轉(zhuǎn)。磁極隨其一起旋轉(zhuǎn)。60rpmpsfnn 要想實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，關(guān)鍵是力矩的控制。 在永磁直流電機(jī)中，T=KtI。I為直流，只要改變電流的大小就能改變力矩。 而交流電機(jī)中Fs是由三相交流電產(chǎn)生的，繞組中的電壓及電流是交流，是時(shí)變量，轉(zhuǎn)矩的控制要復(fù)雜得多。 能否找到一種方法使我們能夠象控制直流電機(jī)

19、那樣控制交流電機(jī)？ 20世紀(jì)70年代初發(fā)明了矢量控制技術(shù)，或稱磁場定向控制技術(shù)。 通過坐標(biāo)變換，把交流電機(jī)中交流電流的控制，變換成類似于直流電機(jī)中直流電流的控制，實(shí)現(xiàn)了力矩的控制，可以獲得和直流電機(jī)相似的高動(dòng)態(tài)性能，從而使交流電機(jī)的控制技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。sin()rssrTFF30 一種高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)子做得細(xì)長； 另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁很薄。交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的兩種形式：放放大大器器檢檢測測元元件件2U2I+U+控制繞組控制繞組勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組UCU1I1U+ 勵(lì)磁繞組串聯(lián)電容勵(lì)磁繞組串聯(lián)電容C , 是為了產(chǎn)生是為了產(chǎn)生兩相兩相旋

20、轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場。 適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個(gè)繞組的電流相位差接適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個(gè)繞組的電流相位差接近近9090 , ,從而產(chǎn)生所需的從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場。 1UCU1I1U2UU放放大大器器檢檢測測元元件件2U2I+U+控制繞組控制繞組1I2I33 永磁同步電機(jī)：永磁同步電機(jī)：控制響應(yīng)性能最優(yōu)，主要用于控制，因此市面上大多的伺服電機(jī)通常是指永磁同步電機(jī)；大家日常說道的伺服電機(jī)通常都是指永磁同步電機(jī)。 異步電機(jī)：異步電機(jī)：控制技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前以模擬信號(hào)控制的異步電機(jī)在控制響應(yīng)方面性能也跟上來了，且其亦具備永磁同步電機(jī)不具備的優(yōu)點(diǎn)，因此異步伺服電機(jī)作為伺服電機(jī)行

21、業(yè)的一股新生力量也在漸露頭角。永磁同步型與感應(yīng)異步型比較永磁同步型與感應(yīng)異步型比較34永磁同步伺服電機(jī) 永磁同步伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的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(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。特點(diǎn)如下：35 控制速度非常快，從啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速只需幾毫秒；而相同情況下異步電機(jī)卻需要幾秒鐘。 啟動(dòng)扭矩大，可以帶動(dòng)大慣量的物體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 功率密度大，相同功率范圍下相比異步電機(jī)可以把體積做得更小、重量做得更輕。 運(yùn)行效率高。 可支持低速長時(shí)間運(yùn)行。 斷電無自

22、轉(zhuǎn)現(xiàn)象，可快速控制停止動(dòng)作。36異步伺服電機(jī) 異步伺服電機(jī)實(shí)際上和異步電機(jī)是幾乎完全相似的，不過其引入了編碼器實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)的閉環(huán)控制，因此也可以視為伺服電機(jī)的一種。尤其是當(dāng)前變頻調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展，異步伺服電機(jī)的實(shí)際控制性能也很不錯(cuò)，配合其支持大功率、高轉(zhuǎn)速支持大功率、高轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)的特點(diǎn)，在一些永磁同步電機(jī)無法勝任的地方大放異彩。特點(diǎn)如下：37功率可以做得很大，設(shè)計(jì)成熟，運(yùn)行可靠性高。 支持高速（過10000rpm）長時(shí)間運(yùn)行，同比下永磁電機(jī)最高只能做到60008000rpm轉(zhuǎn)速。 性價(jià)比高，在對控制精度要求不高的情況下可以替代永磁電機(jī)使用。38永磁同步伺服電機(jī)應(yīng)用 精確定位轉(zhuǎn)矩變化快速響應(yīng)3

23、9DC 伺服馬達(dá)與伺服馬達(dá)與AC 伺服馬達(dá)之比較伺服馬達(dá)之比較DC伺服馬達(dá)1、須定期保養(yǎng)（電刷）2、驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)較為容易3、使用壽命較短4、噪音較大5、響應(yīng)較差6、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定扭矩AC伺服馬達(dá)1、不須定期保養(yǎng)2、驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)較為復(fù)雜3、使用壽命長4、噪音小5、響應(yīng)快6、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為3倍額定扭矩永磁同步交流伺服電機(jī)與永磁直流伺服電機(jī)的比較 電樞在定子上，散熱性能好； 沒有電刷及換向機(jī)構(gòu)，不需經(jīng)常維護(hù)； 產(chǎn)生的對外部的電磁干擾小； 它的轉(zhuǎn)子上沒有電樞且轉(zhuǎn)子磁體多采用磁性很強(qiáng)的稀土材料制成，體積小，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，從提高了電機(jī)的響應(yīng)速度； 控制比直流伺服電機(jī)要復(fù)雜的多。伺服控制原理電源變流器 平滑回路

24、逆變器IM異步電機(jī)速度檢出器驅(qū)動(dòng)回路電壓/電流檢出回路速度檢出回路運(yùn)算回路保護(hù)回路運(yùn)轉(zhuǎn)命令控制回路A控制回路B主回路伺服控制原理 伺服馬達(dá)與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的回授伺服馬達(dá)與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的回授LOOP1、電流LOOP 伺服馬達(dá)在驅(qū)動(dòng)時(shí)由于負(fù)載的關(guān)系而產(chǎn)生扭矩的緣故，使得流進(jìn)馬達(dá)的電流增大，一旦流進(jìn)馬達(dá)的電流過大時(shí)會(huì)造成馬達(dá)燒毀的情形。為防止此一情形發(fā)生，在馬達(dá)的輸出位置加入電流感測裝置，當(dāng)馬達(dá)電流超過一定電流時(shí)，切斷伺服驅(qū)動(dòng)器以保護(hù)馬達(dá)。伺服控制原理 伺服馬達(dá)與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的回授伺服馬達(dá)與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的回授LOOP2、速度LOOP 此LOOP是用來檢測馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度是否依照指令旋轉(zhuǎn)之用，相對

25、于控制裝置所提供之指令，速度LOOP控制馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度。伺服控制原理伺服馬達(dá)與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的回授伺服馬達(dá)與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的回授LOOP3、位置LOOP 此LOOP是用來檢測由控制器所輸出位置控制指令之后，伺服馬達(dá)是否移動(dòng)至指令位置。相對于位置指令值，當(dāng)檢測值過大或過小時(shí)，控制伺服馬達(dá)移動(dòng)其誤差值的部份，達(dá)到定位之目的。依據(jù)不同的控制系統(tǒng)之需求，在驅(qū)動(dòng)依據(jù)不同的控制系統(tǒng)之需求，在驅(qū)動(dòng)器中有三種控制模式可供選擇器中有三種控制模式可供選擇速度控制速度控制位置控制位置控制扭矩控制扭矩控制扭矩指令輸入范圍扭矩指令輸入范圍0 10V【正電壓正電壓CCW扭力扭力】0 額定扭力額定扭力扭矩控制扭矩控制依據(jù)輸

26、入電壓的大小、達(dá)到控制馬達(dá)輸出扭力的目的。扭矩控制 扭矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機(jī)軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為 例如10V對應(yīng)5Nm的話，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5V時(shí)電機(jī)軸輸出為2.5Nm:如果電機(jī)軸負(fù)載低于2.5Nm時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，外部負(fù)載等于2.5Nm時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)，大于2.5Nm時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)（通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生）?？梢酝ㄟ^即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的 數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用主要在對材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如繞線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì)隨著纏繞半徑的變化而改變。 速度控制速度控制速度指令輸入范圍速度指令輸入范圍0 10V【正電壓正電壓CCW回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)】0 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速依據(jù)輸入電壓的大小、達(dá)到控制馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速的目的。速度模式 通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制； 在有上位控制裝置的外環(huán)控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，