伺服電機(jī)控制與應(yīng)用詳細(xì)教學(xué)

伺服電機(jī)控制技術(shù)1整理ppt2伺服電機(jī)根本結(jié)構(gòu)及原理內(nèi)容3旋轉(zhuǎn)磁場作用下的運(yùn)行分析4伺服電機(jī)的機(jī)械特性及控制方式5交流伺服電機(jī)的應(yīng)用6伺服電機(jī)選擇及主要性能指標(biāo)由于我們是從事工廠自動控制方面的設(shè)備維修、維護(hù)管理技術(shù)人員，主要是合理地選擇和正確使用各種控制電機(jī)，因此本次講座著重闡述伺服電機(jī)的根本結(jié)構(gòu)、工作原理、工作特性和使用方法。具體內(nèi)容如下：1概述2整理ppt了解伺服電機(jī)根本結(jié)構(gòu)，掌握其工作原理、運(yùn)行特性及其特點(diǎn)、應(yīng)用場合，以求正確選用和使用它們。目的3整理ppt伺服電動機(jī)也稱為執(zhí)行電動機(jī)，在控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，將電信號轉(zhuǎn)換為軸上的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，以帶動控制對象。1概述1、交流伺服電動機(jī)2、直流伺服電動機(jī)伺服電動機(jī)分為：1.1什么叫伺服電機(jī)4整理ppt1概述

在有控制信號輸入時(shí)，伺服電動機(jī)就轉(zhuǎn)動；沒有控制信號輸入，它就停止轉(zhuǎn)動。改變控制電壓的大小和相位(或極性)就可改變伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。1.2伺服電機(jī)最大特點(diǎn)5整理ppt1概述1.3伺服電機(jī)與普通電機(jī)相比具有如下特點(diǎn)(1)調(diào)速范圍寬廣。伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著控制電壓改變，能在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。(2)轉(zhuǎn)子的慣性小，即能實(shí)現(xiàn)迅速啟動、停轉(zhuǎn)。(3)控制功率小，過載能力強(qiáng)，可靠性好。6整理ppt1概述1.4伺服電機(jī)在自控制系統(tǒng)中的典型應(yīng)用其它場合的應(yīng)用7整理ppt1概述1.5伺服電動機(jī)典型生產(chǎn)廠家德國西門子，產(chǎn)品外形有：伺服電機(jī)伺服電機(jī)驅(qū)動器8整理ppt1概述1.5伺服電動機(jī)典型生產(chǎn)廠家美國科爾摩根，產(chǎn)品外形有：伺服電機(jī)伺服電機(jī)驅(qū)動器9整理ppt1概述1.5伺服電動機(jī)典型生產(chǎn)廠家日本松下及安川，產(chǎn)品外形有：松下交流伺服電機(jī)及驅(qū)動器安川伺服電機(jī)驅(qū)動器10整理ppt2伺服電機(jī)根本結(jié)構(gòu)及原理交流伺服電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動器交流伺服電機(jī)器11整理ppt2伺服電機(jī)根本結(jié)構(gòu)及原理2.1結(jié)構(gòu)交流電機(jī)編碼器交流電機(jī)電源線編碼器信號輸出線12整理ppt2伺服電機(jī)根本結(jié)構(gòu)及原理1.2.1結(jié)構(gòu)交流電機(jī)減速齒輪機(jī)械負(fù)載軸13整理ppt2伺服電機(jī)根本結(jié)構(gòu)及原理2.1結(jié)構(gòu)由定子和轉(zhuǎn)子二大局部組成

1、定子由鐵心和線圈組成勵磁繞組控制繞組勵磁電壓控制電壓轉(zhuǎn)子定子殼體14整理ppt1.2伺服電機(jī)根本結(jié)構(gòu)及原理轉(zhuǎn)子定子殼體1.2.1結(jié)構(gòu)由定子和轉(zhuǎn)子二大局部組成

1、定子由鐵心和線圈組成電氣原理圖控制繞組勵磁繞組控制繞組與勵磁繞組相差90015整理ppt(1)籠型轉(zhuǎn)子

鐵芯槽內(nèi)放銅條,端部用短路環(huán)形成一體,

或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。2伺服電機(jī)根本結(jié)構(gòu)及原理鑄鋁的籠型轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子殼體2、轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子16整理ppt(2)杯型轉(zhuǎn)子綱薄壁園筒形，放于內(nèi)外定子之間。一般壁厚為0.3mm2伺服電機(jī)根本結(jié)構(gòu)及原理杯型轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子殼體17整理ppt

2.2轉(zhuǎn)動原理2伺服電機(jī)根本結(jié)構(gòu)及原理18整理ppt2

三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理

2.2轉(zhuǎn)動原理19整理ppt2

三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理

2.2轉(zhuǎn)動原理當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，在空間形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。假設(shè)永久磁鐵是順時(shí)糾方向以n0的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，那末它的磁力線也就以順時(shí)針方向切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中就產(chǎn)生感應(yīng)電勢。根據(jù)右手定那么，N極下導(dǎo)條的感應(yīng)電勢方向垂直地從紙面出來。而S極下導(dǎo)條的感應(yīng)電勢方向垂直地進(jìn)入紙面。由于鼠籠轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條都是通過短路環(huán)連接起來的，因此在感應(yīng)電勢的作用下，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中就會有電流流過，電流有功分量的方向和感應(yīng)電勢方向相同。再根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場中受力原理，轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)條又要與磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，這個(gè)電磁力F作用在轉(zhuǎn)子上，并對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩。根據(jù)左手定那么，轉(zhuǎn)矩方向與磁鐵轉(zhuǎn)動的方向是一致的，也是順時(shí)針方向。因此，鼠籠轉(zhuǎn)子便在電磁轉(zhuǎn)矩作用下順著磁鐵旋轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動起來。20整理ppt3旋轉(zhuǎn)磁場作用下的運(yùn)行分析

為了分析方便，先假定勵磁繞組有效匝數(shù)Uf與控制繞組有效匝數(shù)UC相等。這種在空間上互差900電角度，有效匝數(shù)又相等的兩個(gè)繞組稱為對稱兩相繞組。3.1伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生電氣原理圖控制繞組勵磁繞組21整理ppt3旋轉(zhuǎn)磁場作用下的運(yùn)行分析

同時(shí)，又假定通入勵磁繞組的電流Uf與通入控制繞組的電流UC相位上彼此相差900幅值彼此相等，這樣的兩個(gè)電流稱為兩相對稱電流，用數(shù)學(xué)式表示為3.1旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生22整理ppt控制繞組勵磁繞組當(dāng)兩相對稱電流通入兩相對稱繞組時(shí)，在電機(jī)內(nèi)就產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)電流變化一個(gè)周期時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)了一圈。UC1UC2UF1UF23.1旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生23整理ppt3.2伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的方向控制繞組勵磁繞組24整理ppt控制繞組勵磁繞組3.2伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的方向25整理ppt3.3伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的速度

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速決定于定子繞組極對數(shù)和電源的頻率。圖所表示的是一臺兩極的電機(jī)，即極對數(shù)P＝1。對兩極電機(jī)而言，電流每變化一個(gè)周期，磁場旋轉(zhuǎn)一圈，因而當(dāng)電源頻率f＝400Hs，即每秒變化400個(gè)周期時(shí)，磁場每秒應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)400圈，故對兩極電機(jī)，即P＝1而言，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為

n0=24000r／min旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為的一般表達(dá)式為26整理ppt4.伺服電機(jī)的機(jī)械特性及控制方式4.1伺服電機(jī)的機(jī)械特性27整理ppt

對于伺服電動機(jī)，還有一條很重要的機(jī)械特性，這就是零信號時(shí)的機(jī)械特性，所謂零信號，就是控制電壓UC＝0，這時(shí)磁場是脈振磁場，它可以分解為幅值相等、轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場，其作用可以想象為有兩對相同大小的磁鐵N—S和N—S在空間以相反方向旋轉(zhuǎn)。4.2零信號時(shí)的機(jī)械特性和無“自轉(zhuǎn)〞現(xiàn)象28整理ppt4.2零信號時(shí)的機(jī)械特性和無“自轉(zhuǎn)〞現(xiàn)象29整理ppt當(dāng)電阻已增大到使臨界轉(zhuǎn)差率＞1的程度時(shí)，合成轉(zhuǎn)矩曲線與橫軸相交僅有一點(diǎn)(S＝1處)，而且在電機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)，合成轉(zhuǎn)矩均為負(fù)值，即為制動轉(zhuǎn)矩。因而當(dāng)控制電壓UC取消變?yōu)閱蜗噙\(yùn)行時(shí)，電機(jī)就立刻產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，與負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩一起促使電機(jī)迅速停轉(zhuǎn)，這樣就不會產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。4.2零信號時(shí)的機(jī)械特性和無“自轉(zhuǎn)〞現(xiàn)象30整理ppt4.3伺服電機(jī)控制方式及特性

設(shè)電機(jī)的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩為TL，控制電壓0.25UC時(shí),電機(jī)在特性點(diǎn)A運(yùn)行，轉(zhuǎn)速為na，這時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩相平衡。當(dāng)控制電壓升高到0.5UC時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩就隨之增加C，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)子及其負(fù)載存在著慣性，轉(zhuǎn)速不能瞬時(shí)改變，因此電機(jī)就要瞬時(shí)地在特性點(diǎn)C運(yùn)行，這時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩，電機(jī)就加速，一直增加到nb，電機(jī)就在B點(diǎn)運(yùn)行。伺服電動機(jī)的機(jī)械特性ABC結(jié)論：改變控制電壓的大小，就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的控制31整理ppt5交流伺服電機(jī)的應(yīng)用5.1伺服電機(jī)編碼器編碼器部分安裝在電機(jī)后端，其轉(zhuǎn)盤〔光柵〕與電機(jī)同軸。5V5V0V0V伺服電機(jī)控制精度取決于編碼器精度。編碼器32整理ppt5.2伺服電機(jī)驅(qū)動器1、主要功能〔1〕根據(jù)給定信號輸出與此成正比的控制電壓UC；〔2〕接收編碼器的速度和位置信號；〔3〕I/O信號接口33整理ppt5.2伺服電機(jī)驅(qū)動器數(shù)碼顯示窗口參數(shù)設(shè)置鍵計(jì)算機(jī)RS232口I/O信號接口編碼器信號接口電機(jī)電源輸入輸出接線端子2、外部組成34整理ppt5.2伺服電機(jī)驅(qū)動器3、控制模式〔1〕位置控制模式——最大輸入脈沖頻率500KPPS〔微分接收器〕和200KPPS〔用于開路收集器〕〔2〕速度控制模式——模擬速度指令輸入：0～±10V/額定轉(zhuǎn)速〔3〕力矩控制模式——模擬力矩指令輸入：0～±10V/最大力矩35整理ppt5.2伺服電機(jī)驅(qū)動器MREA/D功率放大器序列控制器誤差檢出門激勵8888888操作人員接口參數(shù)控制EEPROM保護(hù)電路A/D位置誤差計(jì)數(shù)器放大器速度誤差放大器速度檢出內(nèi)速度指令轉(zhuǎn)矩限位電流控制PWM電路處理編碼器信號位置/速度速度轉(zhuǎn)矩位置內(nèi)外16位報(bào)警信號脈沖指令速度指令轉(zhuǎn)矩指令脈沖輸出LED面板B1B2PtrL1L2L3+5V+/-12V門激勵電源編碼器電源4、原理框圖36整理ppt5.3交流伺服電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用5.3.1交流伺服電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2-2交流伺服電機(jī)系統(tǒng)接線示意圖交流伺服電機(jī)驅(qū)動器連接AC220V

I/O板37整理pptPC機(jī)運(yùn)動控制器I/O電路驅(qū)動器電機(jī)Pulse0/1P9-0/2CNSIG控制電壓編碼器反饋信號軸號0/1數(shù)據(jù)信號使能信號DO21/22速度信號DAC0/15.3交流伺服電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用5.3.1交流伺服電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)38整理ppt1、設(shè)置參數(shù)方法一聯(lián)接計(jì)算機(jī)使用軟件設(shè)置方法二直接在驅(qū)動器面板按鈕設(shè)置5.3.2交流伺服電機(jī)系統(tǒng)使用39整理ppt方法一、使用計(jì)算機(jī)設(shè)置參數(shù)1、啟動軟件2、修改參數(shù)NO.19=000E(允許參數(shù)改寫)3、修改參數(shù)O.41=0001〔內(nèi)部使能〕4、正反轉(zhuǎn)試運(yùn)行1、設(shè)置參數(shù)40整理ppt1、啟動軟件2、進(jìn)入TEST功能，使用JOG模式調(diào)試系統(tǒng)3、正反轉(zhuǎn)試運(yùn)行2、使用計(jì)算機(jī)調(diào)試伺服電機(jī)系統(tǒng)41整理ppt1、啟動軟件將參數(shù)NO.41=0000,改為外部使能，然后關(guān)閉軟件2、接通電源—顯示窗口顯示數(shù)字為設(shè)備連接正確。3、按MODE鍵，顯示rd-of3、使用驅(qū)動器操作面板手動調(diào)試伺服電機(jī)系統(tǒng)4、按UP鍵屢次直至顯示TEST15、按住SET直至顯示窗顯示D-01并閃爍6、按UP正轉(zhuǎn)，按DOWN反轉(zhuǎn)42整理ppt1、接通電源—顯示窗口顯示數(shù)字為設(shè)備連接正確。

如：設(shè)置參數(shù)NO193、按DOWN或UP鍵屢次，直至顯示P194、按SET鍵，顯示窗顯示00005、按SET鍵，顯示窗0000閃爍2、按MODE鍵屢次，直至顯示數(shù)P006、按DOWN或UP鍵屢次，直至顯示000E7、按SET鍵，再次通電。設(shè)置生效。3、使用驅(qū)動器操作面板手動設(shè)置參數(shù)的方法43整理ppt1.6.1

功率的選擇

功率選得過大不經(jīng)濟(jì)，功率選得過小電動機(jī)容易因過載而損壞。1.對于連續(xù)運(yùn)行的伺服電動機(jī)，所選功率應(yīng)等于或略大于生產(chǎn)機(jī)械的功率。2.對于短時(shí)工作的伺服電動機(jī)，允許在運(yùn)行中有短暫的過載，故所選功率可等于或略小于生產(chǎn)機(jī)械的功率。6.伺服電機(jī)的選擇44整理ppt6.1

種類和型式的選擇1.種類的選擇

一般自動控制應(yīng)用場合應(yīng)盡可能選用交流伺服電機(jī)。調(diào)速和控制精度很高的場合選用直流伺服電機(jī)或其他專用的控制電機(jī),如直線電機(jī)等。2.結(jié)構(gòu)型式的選擇

根據(jù)工作方式和工作環(huán)境的條件選擇不同的結(jié)構(gòu)型式，如頻繁啟停選用空心杯轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的伺服電機(jī)；如速度要求較平衡的場合選用大慣量伺服電機(jī)45整理ppt6.2

主要性能指標(biāo)的選擇

1．空載始動電壓UCO在額定勵磁電壓和空載的情況下，使轉(zhuǎn)子在任意位置開始連續(xù)轉(zhuǎn)動所需的最小控制電壓定義為空載始動電壓。用通過以額定控制電壓的百分比來表示。UCO

越小，表示伺服電動機(jī)的靈敏度越高。一般UCO要求不大于額定控制電壓的3%～4％，使用于精密儀器儀表中的兩相伺服電動機(jī)，有時(shí)要求不大于額定控制電壓的1％。46整理ppt6.2主要性能指標(biāo)的選擇

2．機(jī)械特性非線性度Km

在額定勵磁電壓下，任意控制電壓時(shí)的實(shí)際機(jī)械待性與線性機(jī)械特性在轉(zhuǎn)矩T＝Td／2時(shí)的轉(zhuǎn)速偏差△n與空載轉(zhuǎn)速n0(對稱狀態(tài)時(shí))之比的百分?jǐn)?shù)，定義為機(jī)械待性非線性度。一般要求Km≤10％～

20％47整理ppt6.2主要性能指標(biāo)的選擇

3．調(diào)節(jié)特性非線性度Kv

在額定勵隘電壓和空載情況下，當(dāng)控制電壓<0.7時(shí)，實(shí)際調(diào)節(jié)特性與線性調(diào)節(jié)特性的轉(zhuǎn)速偏差△n與控制電壓＝1時(shí)的空載轉(zhuǎn)速n0之比的百分?jǐn)?shù)定義為調(diào)節(jié)特性非線性度，即:一般要求Kv≤20％～

25％48整理ppt6.2主要性能指標(biāo)的選擇

4．堵轉(zhuǎn)特性非線性度kd

在額定勵磁電壓下，實(shí)際堵轉(zhuǎn)特性與線性堵轉(zhuǎn)持性的最大轉(zhuǎn)矩偏差(△Tdn)max與控制電壓＝1時(shí)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Tdo之比值的百分?jǐn)?shù)，定義為堵轉(zhuǎn)待性非線性，即

以上這幾種持性的非線性度越小，特性曲線越接近直線，系統(tǒng)的動態(tài)誤差就越小，工作就越準(zhǔn)確。一般要求

Kd≤±5％

49整理ppt6.3

主要技術(shù)指標(biāo)的選擇1．電壓技術(shù)數(shù)據(jù)表中勵磁電壓和控制電壓指的都是額定值。勵磁電壓允許變動范圍為土5％左右。電壓太高，電時(shí)機(jī)發(fā)熱；電壓太低和輸出功率會明顯下降，加速時(shí)間增長等。伺服電動機(jī)使用時(shí)，應(yīng)注意到勵磁繞組兩端電壓會高于電源電壓，而且隨轉(zhuǎn)速升高而增大，其值如果超過額定值太多，會使電機(jī)過熱。控制繞組的額定電壓有時(shí)也稱最大控制電壓，在幅值控制條件下加上這個(gè)電壓就能得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場50整理ppt6.3

主要技術(shù)指標(biāo)的選擇2．頻率目前控制電機(jī)常用的頻率分低頻和中頻兩大類，低頻為50HZ(或60HZ)，中頻為400HZ(或500HZ)。因?yàn)轭l率越高，渦流損耗越大，所以中頻電機(jī)的鐵心用較薄的(0.2mm以下)硅鋼片疊成，以減少渦流損耗；低頻電機(jī)那么用0.35～0.5mm的硅鋼片。低頻電機(jī)不應(yīng)該用中頻電源，中頻電機(jī)也不應(yīng)該用低頻電源，否那么電機(jī)性能會變差。在不得已時(shí)，低頻電源之間或者中頻電源之間可以互相代替使用，但要隨頻率正比地改變電壓，而保持電流仍為額定值，這樣，電機(jī)發(fā)熱可以根本上不變。例如一臺500Hz、110V的電機(jī)，如果用在400Hz時(shí)，那末加到電機(jī)上的電壓就應(yīng)改成110×400／500＝88V。51整理ppt6.3

主要技術(shù)指標(biāo)的選擇

3．堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，堵轉(zhuǎn)電流定子兩相繞組加上額定電壓，轉(zhuǎn)速等于0時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩，稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。這時(shí)流經(jīng)勵磁繞組和控制繞組的電流分別稱堵轉(zhuǎn)勵磁電流和堵轉(zhuǎn)控