工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)預(yù)測(cè)性維護(hù) 課件 0002伺服驅(qū)動(dòng)器

伺服驅(qū)動(dòng)器重慶電子工程職業(yè)學(xué)院01伺服驅(qū)動(dòng)器定義03伺服驅(qū)動(dòng)器控制方式02伺服系統(tǒng)要求040506任務(wù)練習(xí)一伺服驅(qū)動(dòng)器定義

伺服驅(qū)動(dòng)器（servodrives）又稱(chēng)為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類(lèi)似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。

一、伺服驅(qū)動(dòng)器定義臺(tái)達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器（一）伺服驅(qū)動(dòng)器定義

主流的伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為控制核心，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過(guò)程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過(guò)三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過(guò)整流好的三相電或市電，再通過(guò)三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來(lái)驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單的說(shuō)就是AC-DC-AC的過(guò)程。整流單元（AC-DC）主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐贰?/p>

一、伺服驅(qū)動(dòng)器定義（二）伺服驅(qū)動(dòng)器工作原理二伺服系統(tǒng)要求

1.調(diào)速范圍寬，rn=nmin/nmax

2.定位精度高

3.有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性

4.快速響應(yīng)，無(wú)超調(diào)。為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)，要求加、減加速度足夠大，縮短伺服系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，減小輪廓過(guò)渡誤差。二、伺服系統(tǒng)要求（一）伺服系統(tǒng)要求

5.低速大轉(zhuǎn)矩，過(guò)載能力強(qiáng)。一般來(lái)說(shuō)，伺服驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)分鐘甚至半小時(shí)內(nèi)1.5倍以上的過(guò)載能力，在短時(shí)間內(nèi)可以過(guò)載4～6倍而不損壞。

6.可靠性高。要求數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。二、伺服系統(tǒng)要求（一）伺服系統(tǒng)要求

1.從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象。

2.電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載能力，以滿(mǎn)足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過(guò)載倍而不損壞。

3.為了滿(mǎn)足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。

4.電機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。二、伺服系統(tǒng)要求（二）對(duì)電機(jī)的要求三伺服驅(qū)動(dòng)器控制方式

位置控制一般是通過(guò)外部輸入脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，主要通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器、控制卡、PLC發(fā)送脈沖。位置控制模式應(yīng)用于精密定位的場(chǎng)合。位置控制模式也是我們使用較多且常見(jiàn)的一種控制模式。

三、伺服驅(qū)動(dòng)器控制方式（一）位置控制

速度控制通過(guò)模擬速度的指令或者內(nèi)部參數(shù)對(duì)電機(jī)速度轉(zhuǎn)向進(jìn)行高精度控制。速度模式可分模擬量控制、內(nèi)部四段速、內(nèi)部八段速、模擬量加內(nèi)部速度控制。

三、伺服驅(qū)動(dòng)器控制方式（二）速度控制

轉(zhuǎn)矩控制是通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的內(nèi)部參數(shù)賦值來(lái)設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小。轉(zhuǎn)矩模式應(yīng)用于需要做轉(zhuǎn)矩控制的場(chǎng)合。

三、伺服驅(qū)動(dòng)器控制方式（三）轉(zhuǎn)矩控制

1.如果對(duì)電機(jī)的速度、位置都沒(méi)有要求，只要輸出一個(gè)恒轉(zhuǎn)矩，用轉(zhuǎn)矩控制。2.如果對(duì)位置和速度有一定的精度要求，轉(zhuǎn)矩控制不太方便，用速度或位置控制比較好。如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會(huì)好一點(diǎn)。如果本身要求不是很高，或者基本沒(méi)有實(shí)時(shí)性的要求，用位置控制。三、伺服驅(qū)動(dòng)器控制方式（四）三種控制方式對(duì)比3.就伺服驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)速度來(lái)看，轉(zhuǎn)矩控制運(yùn)算量最小，驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)最快；位置控制運(yùn)算量最大，驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)最慢。4.對(duì)運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)態(tài)性能有比較高的要求時(shí)，需要實(shí)時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整。如果控制器本身的運(yùn)算速度很慢（比如中低端PLC，或低端運(yùn)動(dòng)控制器），就用位置方式控制。如果控制器運(yùn)算速度比較快，可以用速度方式，把位置環(huán)從驅(qū)動(dòng)器移到控制器上，減少驅(qū)動(dòng)器的工作量，提高效率（比如大部分中高端運(yùn)動(dòng)控制器）；如果有更好的上位控制器，還可以用轉(zhuǎn)矩方式控制，把速度環(huán)也從驅(qū)動(dòng)器上移開(kāi)，只有高端專(zhuān)用控制器才能這么干，不需要使用伺服電機(jī)。

三、伺服驅(qū)動(dòng)器控制方式（四）三種控制方式對(duì)比1.伺服一般為三個(gè)環(huán)控制，所謂三環(huán)就是3個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。第1環(huán)是最內(nèi)的PID環(huán)就是電流環(huán)，此環(huán)完全在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部進(jìn)行，通過(guò)霍爾裝置檢測(cè)驅(qū)動(dòng)器給電機(jī)的各相的輸出電流，負(fù)反饋給電流的設(shè)定進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，從而達(dá)到輸出電流盡量接近等于設(shè)定電流，電流環(huán)就是控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的，所以在轉(zhuǎn)矩控制下驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)算最小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)最快。

三、伺服驅(qū)動(dòng)器控制方式（五）三環(huán)控制2.第2環(huán)是速度環(huán)，通過(guò)檢測(cè)的電機(jī)編碼器信號(hào)來(lái)進(jìn)行負(fù)反饋PID調(diào)節(jié)，它的環(huán)內(nèi)PID輸出直接就是電流環(huán)的設(shè)定，所以速度環(huán)控制時(shí)就包含了速度環(huán)和電流環(huán)。任何模式都必須使用電流環(huán)，電流環(huán)是控制的根本，在速度和位置控制的同時(shí)系統(tǒng)實(shí)際也在進(jìn)行電流（轉(zhuǎn)矩）的控制以達(dá)到對(duì)速度和位置的相應(yīng)控制3.第3環(huán)是位置環(huán)，它是最外環(huán)，可以在驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)編碼器間構(gòu)建，也可以在外部控制器和電機(jī)編碼器或最終負(fù)載間構(gòu)建要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定。由于位置控制環(huán)內(nèi)部輸出就是速度環(huán)的設(shè)定，位置控制模式下系統(tǒng)