交流伺服基礎(chǔ)知識

1、交流伺服基礎(chǔ)知識培訓(xùn)講解：張家春奧冠科技&智高電子一、伺服分類一、直流伺服一、直流伺服類似與直流電機(jī)，需要電刷換向，慣量小，停電時可做抱閘，類似與直流電機(jī)，需要電刷換向，慣量小，停電時可做抱閘，低速轉(zhuǎn)矩大，價格低。低速轉(zhuǎn)矩大，價格低。二、交流異步伺服二、交流異步伺服 轉(zhuǎn)子速度和定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度不一樣，并且轉(zhuǎn)子速度落后于轉(zhuǎn)子速度和定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度不一樣，并且轉(zhuǎn)子速度落后于定子旋轉(zhuǎn)磁場的定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度，存在轉(zhuǎn)差率速度，存在轉(zhuǎn)差率 , ,易生產(chǎn)，成本低，功率大，易生產(chǎn)，成本低，功率大，但大功率的特性不如直流電機(jī)。但大功率的特性不如直流電機(jī)。三、交流伺服（同步）三、交流伺服（同步） 主要優(yōu)點有

2、：主要優(yōu)點有： 不需要電刷和換向器，因此工作可靠，對維護(hù)不需要電刷和換向器，因此工作可靠，對維護(hù)和保養(yǎng)要求低。和保養(yǎng)要求低。 定子繞組散熱比較方便。定子繞組散熱比較方便。 慣量小，易于提慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。高系統(tǒng)的快速性。 適應(yīng)于高速大力矩工作態(tài)。同功率下有適應(yīng)于高速大力矩工作態(tài)。同功率下有較小的體積和重量。較小的體積和重量。二、控制原理結(jié)構(gòu)圖電流環(huán)：電流反饋系統(tǒng)，霍爾元件檢測反饋電流信號進(jìn)行PID整定。最內(nèi)環(huán)。速度環(huán)：速度反饋系統(tǒng)，編碼器檢測控制器計算速度，進(jìn)行速度PID整定。內(nèi)環(huán)。位置環(huán)：位置反饋系統(tǒng)，編碼器檢測反饋位置，進(jìn)行位置PID調(diào)節(jié)。外環(huán)。三、常見類型概念區(qū)別 速度響應(yīng)頻

3、寬指標(biāo)：可以理解為速度的跟蹤響應(yīng)特性，頻寬越大，速度跟蹤響應(yīng)能力越強(qiáng)，他決定了伺服的動態(tài)響應(yīng)能力。 編碼器精度高低：位數(shù)高可以實現(xiàn)更高精度控制，馬達(dá)噪音更低，速度控制更平穩(wěn)、低速特性更好。標(biāo)準(zhǔn)基本為2500線，17位，20位，對應(yīng)分辨率分別為10000脈沖/圈，16萬脈沖/圈，128萬脈沖/圈。 伺服脈沖輸入形式：1.AB相脈沖；2.正轉(zhuǎn)脈沖列和反轉(zhuǎn)脈沖列；3.脈沖列+方向高速脈沖口必須為差動信號（5V）輸入； 伺服脈沖輸出形式：AB相差動輸出，如PLC需要采集，需考慮PLC高速計算口的對應(yīng)。 零漂：在速度模式或扭力模式下采用模擬量給定，在命令為0速時馬達(dá)會微微正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，稱之為零漂，所有模擬

4、量控制都會產(chǎn)生零漂，零漂是非常難校準(zhǔn)的，可以通過調(diào)整，可以通過參數(shù)調(diào)整偏移量消除一部分。常見類型概念區(qū)別 增益：增益是在電流環(huán)、速度環(huán)、位置換控制中PID調(diào)節(jié)時會影響馬達(dá)響應(yīng)性能的指標(biāo)，增益越大，剛性越大，即跟隨性能會更好，但是增益過大容易產(chǎn)生機(jī)臺共振。 共振抑制低通濾波由于機(jī)臺設(shè)計結(jié)構(gòu)問題導(dǎo)致馬達(dá)在某一速度段（頻段）與設(shè)備產(chǎn)生共振，這時可以通過低通濾波處理，他的作用是將命令進(jìn)行平滑處理。 剎車與抱閘：伺服馬達(dá)帶剎車通常是指馬達(dá)本身帶有剎車片，在瞬間斷電情況下通過電子控制實現(xiàn)機(jī)械抱閘，防止馬達(dá)軸自由轉(zhuǎn)動。主要用在直立軸上，防止掉電自由下落、打刀或者撞車。一些客戶會誤以為這個剎車可以用用來類似變

5、頻器這樣減速制動，這是錯誤的。減速制動與變頻器一樣需要采用電阻制動。 電子齒輪比：電子齒輪比是用來匹配電機(jī)脈沖數(shù)與機(jī)械最小移動量，上位機(jī)發(fā)送過來的脈沖命令需要轉(zhuǎn)化為機(jī)械上運(yùn)動的實際需求位移或角度，上位機(jī)的脈沖能力不一定完全匹配，因此需要用電子齒輪比來放大或者縮小數(shù)值來匹配?？梢院唵卫斫鉃殡娮訙p速箱?？稍诰€修改。常見類型概念區(qū)別 速度限制：在扭力模式下工作時，當(dāng)電機(jī)啟動一直追蹤扭力目標(biāo)值，速度也會不停上升，在某些特定場合要求限制住速度不得高于某一個值，防止飛車或其他損傷，這叫速度限制；這種模式下不管是扭力還是速度，任意一個到達(dá)后就不會再增加速度。 扭力限制：在速度模式下工作時，當(dāng)電機(jī)啟動一直追蹤

6、速度目標(biāo)值，扭力也會不停上升，在某些特定場合要求限制住扭力不得高于某一個值，防止拉斷物體或其他損傷，這叫扭力限制；這種模式下不管是速度還是扭力，任意一個到達(dá)后就不會再增加速度。 負(fù)載慣量比負(fù)載慣量比：是指的實際負(fù)載/馬達(dá)轉(zhuǎn)子慣量的比值。慣量比的大小決定伺服的響應(yīng)性能，原則上不超過3為最佳狀態(tài)。 Servo On：伺服on信號是作為伺服啟動允許命令的，伺服在正常狀態(tài)下，必須接收到該信號，才允許啟動，也可以通過端子內(nèi)部短接，上電后改點自動閉合該信號。四、常見控制模式運(yùn)用一、控制模式：1.位置控制模式。位置模式是指，伺服按照命令進(jìn)行定位，伺服根據(jù)脈沖的數(shù)量進(jìn)行定位，根據(jù)脈沖的頻率對應(yīng)的速度進(jìn)行定位。

7、位置模式還有內(nèi)部位置模式，是根據(jù)設(shè)置在伺服內(nèi)部寄存器的數(shù)值來定位，這些數(shù)值相當(dāng)于外部給的脈沖命令，只需要用I/O來觸發(fā)就可以實現(xiàn)定位?？梢酝ㄟ^通訊修改。2.速度控制模式。速度模式是指，伺服按照外部脈沖頻率或者模擬量命令對應(yīng)的速度轉(zhuǎn)動，0-10V或者4-20mA來對應(yīng)0-3000（2000，1500；中、低慣量）之間相應(yīng)的速度，伺服更具對應(yīng)速度轉(zhuǎn)動。速度模式還有內(nèi)部速度模式，是根據(jù)設(shè)置在伺服內(nèi)部寄存器的數(shù)值來按對應(yīng)轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，這些數(shù)值相當(dāng)于外部給的脈沖頻率或者模擬量命令，只需要用I/O來觸發(fā)就可以實現(xiàn)按速度運(yùn)轉(zhuǎn)。這些內(nèi)部數(shù)值可以通過通訊來修改。3.扭矩控制模式轉(zhuǎn)矩模式是指，伺服按照模擬量命令對應(yīng)的

8、額定扭力百分比，0-10V或者4-20mA來對應(yīng)0-額定扭力xxNM，伺服更具對應(yīng)轉(zhuǎn)矩輸出。五、伺服與普通電機(jī)替換舉例功率=扭力*轉(zhuǎn)速/9550電機(jī)扭力計算電機(jī)扭力計算1.5KW普通馬達(dá)與1.5KW伺服馬達(dá)扭力區(qū)別：普通馬達(dá)扭力：t=1.5*9550/1500=9.55N.M伺服馬達(dá)扭力：t=1.5*9550/2000=7.16N.M扭力可以簡單計算，但是慣量不能等同。轉(zhuǎn)矩慣量角加速度轉(zhuǎn)子慣量是由各家馬達(dá)設(shè)計的機(jī)械和電器特性決定的，固有的。功率單位：KW；扭力單位：N.M;轉(zhuǎn)速單位：轉(zhuǎn)/min六、伺服選型注意事項1、客戶所需連續(xù)扭力伺服額定扭力。2、精確定位控制時，負(fù)載慣量比3；普通定位時，負(fù)

9、載慣量比10；做速度控制時,負(fù)載慣量比20；2傳動方式：滾輪（了解半徑）、絲桿（了解螺距）3減速比：當(dāng)有減速比為1：R是，馬達(dá)的速度會被降低R被，但是經(jīng)過減速后力可以增大R倍，可以承受的負(fù)載慣量可以放大到R*2（R的平方倍）。4運(yùn)行工況：定位機(jī)構(gòu)時：定位效率每分鐘定位幾次，每次定位要跑多少距離，需要多少轉(zhuǎn)速跑這距離；是否有摩擦力，或者是垂直平臺了解平臺重量。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)時：每分鐘需要多少轉(zhuǎn)，加減速時間可以允許多少，允許的速度誤差。伺服選型注意事項5、扭力與慣量匹配問題。移動平臺：采用絲桿和齒條傳動的情況首先要考慮扭力是否匹配；采用皮帶傳動的情況首先考慮慣量比。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：優(yōu)先考慮慣量比匹配。凡是要做

10、快速定位場合,慣量比都非常重要。轉(zhuǎn)動是要求平穩(wěn)性高的場合，慣量比非常重要。凡是平面移動，有摩擦力的場合，以及垂直移動有重力左右的場合都要優(yōu)先考慮扭力匹配。6、是否帶減速機(jī)、油污環(huán)境。GS的馬達(dá)因為油封圈會凸出來，因此訂減速機(jī)的時候要特別提醒客戶減速機(jī)要落臺，否則只能用其他型號馬達(dá)，后者換其他牌子減速機(jī)。7、惡劣環(huán)境。凡是有油污和水汽、潮濕環(huán)境需選配GS或者RS帶油封的馬達(dá)。七、需要關(guān)注的參數(shù) 額定扭力 馬達(dá)轉(zhuǎn)子慣量 額定轉(zhuǎn)速 減速比 負(fù)載慣量 負(fù)載重量 負(fù)載慣量比，平均扭矩，峰值扭矩。 控制模式 脈沖指令輸入脈沖數(shù) 脈沖反饋脈沖數(shù) 電機(jī)轉(zhuǎn)速選型需注意調(diào)試監(jiān)控應(yīng)注意八、運(yùn)用注意事項 1、避免頻繁

11、電源ON/OFF，造成電容沖擊。 2、伺服驅(qū)動器與馬達(dá)必須一一匹配，不可以使用大驅(qū)動帶其他不匹配馬達(dá)，比如1KW驅(qū)動帶400W電機(jī)等。 3、A2，A2-L可以直接帶B2的馬達(dá)使用，但不能直接帶AB，B的馬達(dá)。 4、編碼器線必須保持單端接地，且不能反復(fù)折彎，如需高頻次折彎，必須使用專用乃柔性電纜，且有拖鏈保護(hù)。 5、凡B2，A2使用時盡量使用高速脈沖口接受脈沖命令。 6、SEVERON信號應(yīng)優(yōu)先于脈沖、方向命令先給，后斷開，以免時序錯誤導(dǎo)致飛車或其他問題產(chǎn)生。九、安裝注意事項 1、在安裝/拆卸耦合部件到伺服電機(jī)軸端時，不要用錘子直接敲打軸端和尾部。 2、驅(qū)動器使用溫度必須低于50度，發(fā)熱元件不得裝于底部。溫度上升1度，應(yīng)降容5%使用。 3、信號線、編碼器線使用多股雙絞屏蔽線，控制線不超過3M，編碼器線不超過為20M，超過長度，該線編碼器電源線需加粗線徑。 4、在安裝一個剛性聯(lián)軸器時要格外小心，特別是過度的彎曲負(fù)載可能導(dǎo)致軸端和軸承的損壞或磨損，最好用柔性聯(lián)軸器。十、臺達(dá)主要推廣系列 推廣：AB、B2、A2-L、A2。 EL、E-M凡環(huán)境不好（油污、水汽、粉塵）禁