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伺服電機(jī)
閱讀�5427�(shí)間:2016-10-19 14:45:00

    伺服電機(jī)(servo motor )是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)�(zhuǎn)的發(fā)�(dòng)�(jī),是一種補(bǔ)助馬�(dá)間接變速裝��
    伺服電機(jī)可使控制速度,位置精度非常準(zhǔn)�,可以將電壓信號(hào)�(zhuǎn)化為�(zhuǎn)矩和�(zhuǎn)速以�(qū)�(dòng)控制�(duì)�。伺服電�(jī)�(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制,并能快速反�(yīng),在自動(dòng)控制系統(tǒng)�,用作執(zhí)行元�,且具有�(jī)電時(shí)間常�(shù)�、線性度高、始�(dòng)電壓等特�,可把所收到的電信號(hào)�(zhuǎn)換成電動(dòng)�(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)�(jī)兩大�,其主要特點(diǎn)�,當(dāng)信號(hào)電壓為零�(shí)無自�(zhuǎn)�(xiàn)�,轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下��

工作原理

    1、伺服系�(tǒng)(servo mechanism)是使物體的位置、方�、狀�(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來定�,基本上可以這樣理解,伺服電�(jī)接收�1�(gè)脈沖,就�(huì)旋轉(zhuǎn)1�(gè)脈沖�(duì)�(yīng)的角�,從而實(shí)�(xiàn)位移,因?yàn)?,伺服電�(jī)本身具備�(fā)出脈沖的功能,所以伺服電�(jī)每旋�(zhuǎn)一�(gè)角度,都�(huì)�(fā)出對(duì)�(yīng)�(shù)量的脈沖,這樣,和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng),或者叫閉環(huán),如此一�,系�(tǒng)就會(huì)知道�(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī),同�(shí)又收了多少脈沖回�,這樣,就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)�(dòng),從而實(shí)�(xiàn)精確的定�,可以達(dá)�0.001mm。直流伺服電�(jī)分為有刷和無刷電�(jī)。有刷電�(jī)成本低,�(jié)�(gòu)�(jiǎn)�,啟�(dòng)�(zhuǎn)矩大,調(diào)速范圍寬,控制容�,需要維�(hù),但維護(hù)不方便(換碳刷),產(chǎn)生電磁干�,對(duì)�(huán)境有要求。因此它可以用于�(duì)成本敏感的普通工�(yè)和民用場(chǎng)合�
    無刷電機(jī)體積�,重量輕,出力大,響�(yīng)�,速度�,慣量小,轉(zhuǎn)�(dòng)平滑,力矩穩(wěn)�??刂�?fù)�,容易實(shí)�(xiàn)智能化,其電子換相方式靈活,可以方波換相或正弦波換相。電�(jī)免維�(hù),效率很高,�(yùn)行溫度低,電磁輻射很小,�(zhǎng)壽命,可用于各種�(huán)��
    2、交流伺服電�(jī)也是無刷電機(jī),分為同步和異步電機(jī),目前運(yùn)�(dòng)控制中一般都用同步電�(jī),它的功率范圍大,可以做到很大的功率。大慣量,轉(zhuǎn)�(dòng)速度�,且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平�(wěn)�(yùn)行的�(yīng)��
    3、伺服電�(jī)�(nèi)部的�(zhuǎn)子是永磁�,驅(qū)�(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子在此磁�(chǎng)的作用下�(zhuǎn)�(dòng),同�(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)�(dòng)�,驅(qū)�(dòng)器根�(jù)反饋值與目標(biāo)值�(jìn)行比�,調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)�(dòng)的角度。伺服電�(jī)的精度決定于編碼器的精度(線�(shù)��
    交流伺服電機(jī)和無刷直流伺服電�(jī)在功能上的區(qū)別:交流伺服要好一�,因?yàn)槭钦也刂?,轉(zhuǎn)矩脈�(dòng)�。直流伺服是梯形泀但直流伺服比較�(jiǎn)�,便宜�

�(fā)展歷�

    自從德國(guó)MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部�1978年漢諾威�(mào)易博覽會(huì)上正式推出MAC永磁交流伺服電動(dòng)�(jī)和驅(qū)�(dòng)系統(tǒng),這標(biāo)志著此種新一代交流伺服技�(shù)已�(jìn)入實(shí)用化階段。到20世紀(jì)80年代中后�,各公司都已有完整的系列�(chǎn)品。整�(gè)伺服裝置市場(chǎng)都轉(zhuǎn)向了交流系統(tǒng)。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零�、抗干擾、可靠�、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全滿足�(yùn)�(dòng)控制的要求,近年來隨著微處理�、新型數(shù)字信�(hào)處理器(DSP)的�(yīng)�,出�(xiàn)了數(shù)字控制系�(tǒng),控制部分可完全由軟件�(jìn)�,分別稱為直流伺服系�(tǒng)、三相永磁交流伺服系�(tǒng)�
    到目前為�,高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電�(dòng)�(jī),控制驅(qū)�(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系�(tǒng)。典型生�(chǎn)廠家如德�(guó)西門�、美�(guó)科爾摩根和日本松下及安川等公��
    日本安川電機(jī)制作所推出的小型交流伺服電�(dòng)�(jī)和驅(qū)�(dòng)器,其中D系列適用于數(shù)控機(jī)床(�(zhuǎn)速為1000r/min,力矩為0.25�2.8N.m),R系列適用于機(jī)器人(轉(zhuǎn)速為3000r/min,力矩為0.016�0.16N.m)。之后又推出M、F、S、H、C、G 六�(gè)系列�20世紀(jì)90年代先后推出了新的D系列和R系列。由舊系列矩形波�(qū)�(dòng)�8051單片�(jī)控制改為正弦波驅(qū)�(dòng)�80C�154CPU和門陣列芯片控制,力矩波�(dòng)�24%降低�7%,并提高了可靠性。這樣,只用了幾年�(shí)間形成了八�(gè)系列(功率范圍為0.05�6kW)較完整的體系,滿足了工作機(jī)�、搬�(yùn)�(jī)�(gòu)、焊接機(jī)械人、裝配機(jī)器人、電子部�、加工機(jī)�、印刷機(jī)、高速卷繞機(jī)、繞線機(jī)等的不同需要�
    以生�(chǎn)�(jī)床數(shù)控裝置而著名的日本�(fā)那科(Fanuc)公�,在20世紀(jì)80年代中期也推出了S系列�13�(gè)�(guī)格)和L系列�5�(gè)�(guī)格)的永磁交流伺服電�(dòng)�(jī)。L系列有較小的�(zhuǎn)�(dòng)慣量和機(jī)械時(shí)間常�(shù),適用于要求特別快速響�(yīng)的位置伺服系�(tǒng)�
    日本其他廠商,例如:三菱電動(dòng)�(jī)(HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列�、東芝精�(jī)(SM系列�、大隈鐵工所(BL系列�、三洋電氣(BL系列�、立石電�(jī)(S系列)等眾多廠商也�(jìn)入了永磁交流伺服系統(tǒng)的競(jìng)�(zhēng)行列�
    德國(guó)力士樂公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC系列交流伺服電動(dòng)�(jī)共有7�(gè)�(jī)座號(hào)92�(gè)�(guī)��
    德國(guó)西門子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動(dòng)�(jī)分為�(biāo)�(zhǔn)型和短型兩大類,�8�(gè)�(jī)座號(hào)98種規(guī)�。據(jù)稱該系列交流伺服電動(dòng)�(jī)與相同輸出力矩的直流伺服電動(dòng)�(jī)IHU系列相比,重量只有后者的1/2,配套的晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)�(dòng)�6SC61系列,最多的可供6�(gè)軸的電動(dòng)�(jī)控制�
    德國(guó)博世(BOSCH)公司生�(chǎn)鐵氧體永磁的SD系列�17�(gè)�(guī)格)和稀土永磁的SE系列�8�(gè)�(guī)格)交流伺服電動(dòng)�(jī)和Servodyn SM系列的驅(qū)�(dòng)控制��
    美國(guó)著名的伺服裝置生�(chǎn)公司Gettys曾一度作為Gould 電子公司一�(gè)分部(Motion Control Division�,生�(chǎn)M600系列的交流伺服電�(dòng)�(jī)和A600 系列的伺服驅(qū)�(dòng)器。后合并到AEG,恢�(fù)了Gettys名稱,推出A700全數(shù)字化的交流伺服系�(tǒng)�
    美國(guó)A-B(ALLEN-BRADLEY)公司驅(qū)�(dòng)分部生產(chǎn)1326型鐵氧體永磁交流伺服電動(dòng)�(jī)�1391型交流PWM伺服控制�。電�(dòng)�(jī)包括3�(gè)�(jī)座號(hào)�30�(gè)�(guī)��
    I.D.(Industrial Drives)是美國(guó)著名的科爾摩根(Kollmorgen)的工業(yè)�(qū)�(dòng)分部,曾生產(chǎn)BR-210、BR-310、BR-510 三�(gè)系列�41�(gè)�(guī)格的無刷伺服電動(dòng)�(jī)和BDS3型伺服驅(qū)�(dòng)�。自1989年起推出了全新系列設(shè)�(jì)的摻鶼盜袛(Goldline)永磁交流伺服電�(dòng)�(jī),包括B(小慣量�、M(中慣量)和EB(防爆型)三大類,有10�20�40�60�80五種�(jī)座號(hào),每大類�42�(gè)�(guī)�,全部采用釹鐵硼永磁材料,力矩范圍為0.84�111.2N.m,功率范圍為0.54�15.7kW。配套的�(qū)�(dòng)器有BDS4(模擬型�、BDS5(數(shù)字型、含位置控制)和Smart Drive(數(shù)字型)三�(gè)系列,連續(xù)電流55A。Goldline系列代表了當(dāng)代永磁交流伺服技�(shù)水平�
    愛爾蘭的Inland原為Kollmorgen在國(guó)外的一�(gè)分部,現(xiàn)合并到AEG,以生產(chǎn)直流伺服電動(dòng)�(jī)、直流力矩電�(dòng)�(jī)和伺服放大器而聞�。生�(chǎn)BHT1100�2200�3300三種�(jī)座號(hào)�17種規(guī)格的SmCo永磁交流伺服電動(dòng)�(jī)和八種控制器�
    法國(guó)Alsthom集團(tuán)在巴黎的Parvex工廠生產(chǎn)LC系列(長(zhǎng)型)和GC系列(短型)交流伺服電動(dòng)�(jī)�14�(gè)�(guī)格,并生�(chǎn)AXODYN系列�(qū)�(dòng)��
    原蘇�(lián)為數(shù)控機(jī)床和�(jī)器人伺服控制開發(fā)了兩�(gè)系列的交流伺服電�(dòng)�(jī)。其中ДBy系列采用鐵氧體永�,有兩�(gè)�(jī)座號(hào),每�(gè)�(jī)座號(hào)�3種鐵心長(zhǎng)�,各有兩種繞組數(shù)�(jù),共12�(gè)�(guī)�,連續(xù)力矩范圍�7�35N.m�2ДBy系列采用稀土永��6�(gè)�(jī)座號(hào)17�(gè)�(guī)格,力矩范圍�0.1�170N.m,配套的�3ДБ型控制器�
    近年日本松下公司推出的全�(shù)字型MINAS系列交流伺服系統(tǒng),其中永磁交流伺服電�(dòng)�(jī)有MSMA系列小慣量型,功率從0.03�5kW,共18種規(guī)�;中慣量型有MDMA、MGMA、MFMA三�(gè)系列,功率從0.75�4.5kW,共23種規(guī)�,MHMA系列大慣量電�(dòng)�(jī)的功率范圍從0.5�5kW,有7種規(guī)格�
    韓國(guó)三星公司近年開發(fā)的全�(shù)字永磁交流伺服電�(dòng)�(jī)及驅(qū)�(dòng)系統(tǒng),其中FAGA交流伺服電動(dòng)�(jī)系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多種型號(hào),功率從15W�5kW�
    �(xiàn)在常采用(Powerrate)這一綜合指標(biāo)作為伺服電動(dòng)�(jī)的品�(zhì)因數(shù),衡量對(duì)比各種交直流伺服電動(dòng)�(jī)和步�(jìn)電動(dòng)�(jī)的動(dòng)�(tài)響應(yīng)性能。功率變化率表示電動(dòng)�(jī)連續(xù)(額定)力矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)�(dòng)慣量之比�
    按功率變化率�(jìn)行計(jì)算分析可�,永磁交流伺服電�(dòng)�(jī)技�(shù)指標(biāo)以美�(guó)I.D 的Goldline系列�,德�(guó)Siemens的IFT5系列次之�

選型比較

    交流伺服電動(dòng)�(jī)
    交流伺服電動(dòng)�(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)�(jī)相似.其定子上裝有兩�(gè)位置互差90°的繞�,一�(gè)是勵(lì)磁繞組Rf,它始終接在交流電壓Uf�;另一�(gè)是控制繞組L,聯(lián)接控制信�(hào)電壓Uc。所以交流伺服電�(dòng)�(jī)又稱兩�(gè)伺服電動(dòng)�(jī)�
    交流伺服電動(dòng)�(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠�,但為了使伺服電�(dòng)�(jī)具有較寬的調(diào)速范�、線性的�(jī)械特性,無“自�(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響�(yīng)的性能,它與普通電�(dòng)�(jī)相比,應(yīng)具有�(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)�(dòng)慣量小這兩�(gè)特點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的�(zhuǎn)子結(jié)�(gòu)有兩種形式:一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率�(dǎo)條的鼠籠�(zhuǎn)�,為了減小轉(zhuǎn)子的�(zhuǎn)�(dòng)慣量,轉(zhuǎn)子做得細(xì)�(zhǎng);另一種是采用鋁合金制成的空心杯形�(zhuǎn)�,杯壁很�,僅0.2-0.3mm,為了減小磁路的磁阻,要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子.空心杯形�(zhuǎn)子的�(zhuǎn)�(dòng)慣量很小,反�(yīng)迅速,而且�(yùn)�(zhuǎn)平穩(wěn),因此被廣泛采用�
    交流伺服電動(dòng)�(jī)在沒有控制電壓時(shí),定子內(nèi)只有�(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子靜止不�(dòng)。當(dāng)有控制電壓時(shí),定子內(nèi)便產(chǎn)生一�(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋�(zhuǎn),在�(fù)載恒定的情況�,電�(dòng)�(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變�,當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí),伺服電�(dòng)�(jī)將反�(zhuǎn)�
    永磁交流伺服電動(dòng)�(jī)
    20世紀(jì)80年代以來,隨著集成電�、電力電子技�(shù)和交流可變速驅(qū)�(dòng)技�(shù)的發(fā)�,永磁交流伺服驅(qū)�(dòng)技�(shù)有了突出的發(fā)�,各�(guó)著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電�(dòng)�(jī)和伺服驅(qū)�(dòng)器系列產(chǎn)品并不斷完善和更�。交流伺服系�(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向,使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機(jī)�90年代以后,世界各�(guó)已經(jīng)商品化了的交流伺服系�(tǒng)是采用全�(shù)字控制的正弦波電�(dòng)�(jī)伺服�(qū)�(dòng)。交流伺服驅(qū)�(dòng)裝置在傳�(dòng)�(lǐng)域的�(fā)展日新月異�
    永磁交流伺服電動(dòng)�(jī)同直流伺服電�(dòng)�(jī)比較,主要優(yōu)�(diǎn)有:
    ⑴無電刷和換向器,因此工作可�,對(duì)維護(hù)和保�(yǎng)要求低�
    ⑵定子繞組散熱比較方��
    ⑶慣量小,易于提高系�(tǒng)的快速��
    ⑷適�(yīng)于高速大力矩工作狀�(tài)�
    ⑸同功率下有較小的體積和重量�
    伺服電動(dòng)�(jī)與單相異步電�(dòng)�(jī)比較
    交流伺服電動(dòng)�(jī)的工作原理與分相式單相異步電�(dòng)�(jī)雖然相似,但前者的�(zhuǎn)子電阻比后者大得多,所以伺服電�(dòng)�(jī)與單�(jī)異步電動(dòng)�(jī)相比,有三�(gè)顯著特點(diǎn)�
    1、起�(dòng)�(zhuǎn)矩大
    由于�(zhuǎn)子電阻大,與普通異步電�(dòng)�(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線相�,有明顯的區(qū)�。它可使臨界�(zhuǎn)差率S0>1,這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性(�(jī)械特性)更接近于線�,而且具有較大的起�(dòng)�(zhuǎn)�。因�,當(dāng)定子一有控制電�,轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)�(dòng),即具有起動(dòng)快、靈敏度高的特點(diǎn)�
    2、運(yùn)行范圍較�
    3、無自轉(zhuǎn)�(xiàn)�
    正常�(yùn)�(zhuǎn)的伺服電�(dòng)�(jī),只要失去控制電�,電�(jī)立即停止�(yùn)�(zhuǎn)。當(dāng)伺服電動(dòng)�(jī)失去控制電壓�,它處于單相�(yùn)行狀�(tài),由于轉(zhuǎn)子電阻大,定子中兩�(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的旋�(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子作用所�(chǎn)生的兩�(gè)�(zhuǎn)矩特性(T1-S1、T2-S2曲線)以及合成轉(zhuǎn)矩特性(T-S曲線�
    交流伺服電動(dòng)�(jī)的輸出功率一般是0.1-100W。當(dāng)電源頻率�50Hz,電壓有36V�110V�220�380V;當(dāng)電源頻率�400Hz,電壓有20V�26V�36V�115V等多種�
    交流伺服電動(dòng)�(jī)�(yùn)行平�(wěn)、噪音小。但控制特性是非線�,并且由于轉(zhuǎn)子電阻大,損耗大,效率低,因此與同容量直流伺服電�(dòng)�(jī)相比,體積大、重量重,所以只適用�0.5-100W的小功率控制系統(tǒng)�

�(diào)試方�

    1、初始化參數(shù)
    在接線之前,先初始化參數(shù)�
    在控制卡上:選好控制方式;將PID參數(shù)清零;讓控制卡上電時(shí)默認(rèn)使能信號(hào)�(guān)�;將此狀�(tài)保存,確??刂瓶ㄔ俅紊想姇r(shí)即為此狀�(tài)�
    在伺服電�(jī)上:�(shè)置控制方�;設(shè)置使能由外部控制;編碼器信號(hào)輸出的齒輪比;設(shè)置控制信�(hào)與電�(jī)�(zhuǎn)速的比例�(guān)�。一般來�,建議使伺服工作中的�(shè)�(jì)�(zhuǎn)速對(duì)�(yīng)9V的控制電�。比如,山洋是設(shè)�1V電壓�(duì)�(yīng)的轉(zhuǎn)�,出廠值為500,如果你只準(zhǔn)備讓電機(jī)�1000�(zhuǎn)以下工作,那�,將這�(gè)參數(shù)�(shè)置為111�
    2、接�
    將控制卡斷電,連接控制卡與伺服之間的信�(hào)�。以下的線是必須要接的:控制卡的模擬量輸出線、使能信�(hào)�、伺服輸出的編碼器信�(hào)線。復(fù)查接線沒有錯(cuò)誤后,電�(jī)和控制卡(以及PC)上�。此�(shí)電機(jī)�(yīng)該不�(dòng),而且可以用外力輕松轉(zhuǎn)�(dòng),如果不是這樣,檢查使能信�(hào)的設(shè)置與接線。用外力�(zhuǎn)�(dòng)電機(jī),檢查控制卡是否可以正確檢測(cè)到電�(jī)位置的變化,否則檢查編碼器信�(hào)的接線和�(shè)�
    3、試方向
    �(duì)于一�(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng),如果反饋信�(hào)的方向不正確,后果肯定是�(zāi)難性的。通過控制卡打開伺服的使能信號(hào)。這是伺服�(yīng)該以一�(gè)較低的速度�(zhuǎn)�(dòng),這就是傳說中的“零漂”。一般控制卡上都�(huì)有抑制零漂的指令或參�(shù)。使用這�(gè)指令或參�(shù),看電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向是否可以通過這�(gè)指令(參�(shù))控�。如果不能控�,檢查模擬量接線及控制方式的參數(shù)�(shè)�。確�(rèn)給出正數(shù),電�(jī)正轉(zhuǎn),編碼器�(jì)�(shù)增加;給出負(fù)�(shù),電�(jī)反轉(zhuǎn)�(zhuǎn),編碼器�(jì)�(shù)減小。如果電�(jī)帶有�(fù)載,行程有限,不要采用這種方式。測(cè)試不要給過大的電�,建議在1V以下。如果方向不一�,可以修改控制卡或電�(jī)上的參數(shù),使其一��
    4、抑制零�
    在閉�(huán)控制過程中,零漂的存在會(huì)�(duì)控制效果有一定的影響,將其抑制住。使用控制卡或伺服上抑制零飄的參�(shù),仔�(xì)�(diào)�,使電機(jī)的轉(zhuǎn)速趨近于�。由于零漂本身也有一定的隨機(jī)�,所�,不必要求電�(jī)�(zhuǎn)速為零�
    5、建立閉�(huán)控制
    再次通過控制卡將伺服使能信號(hào)放開,在控制卡上輸入一�(gè)較小的比例增益,至于多大算較�,這只能憑感覺了,如果�(shí)在不放心,就輸入控制卡能允許的最小值。將控制卡和伺服的使能信�(hào)打開。這時(shí),電�(jī)�(yīng)該已�(jīng)能夠按照�(yùn)�(dòng)指令大致做出�(dòng)作了�
    6、調(diào)整閉�(huán)參數(shù)
    �(xì)�(diào)控制參數(shù),確保電�(jī)按照控制卡的指令�(yùn)�(dòng),這是必須要做的工作,而這部分工�,更多的是經(jīng)�(yàn),這里只能從略��

性能比較

    伺服電機(jī)與步�(jìn)電機(jī)的性能比較
    步�(jìn)電機(jī)作為一種開�(huán)控制的系�(tǒng),和�(xiàn)代數(shù)字控制技�(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前�(guó)�(nèi)的數(shù)字控制系�(tǒng)�,步�(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣�。隨著全�(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出�(xiàn),交流伺服電�(jī)也越來越多地�(yīng)用于�(shù)字控制系�(tǒng)�。為了適�(yīng)�(shù)字控制的�(fā)展趨�(shì),運(yùn)�(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步�(jìn)電機(jī)或全�(shù)字式交流伺服電機(jī)作為�(zhí)行電�(dòng)�(jī)。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號(hào)�,但在使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上存在著較大的差異?,F(xiàn)就二者的使用性能作一比較�
    一、控制精度不�
    兩相混合式步�(jìn)電機(jī)步距角一般為 1.8°�0.9°,五相混合式步�(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72 °�0.36°。也有一些高性能的步�(jìn)電機(jī)通過�(xì)分后步距角更�。如三洋公司(SANYO DENKI)生�(chǎn)的二相混合式步�(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān)�(shè)置為1.8°�0.9°�0.72°�0.36°�0.18°�0.09°�0.072°�0.036°,兼容了兩相和五相混合式步�(jìn)電機(jī)的步距角�
    交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保�。以三洋全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例,對(duì)于帶�(biāo)�(zhǔn)2000線編碼器的電�(jī)而言,由于驅(qū)�(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技�(shù),其脈沖�(dāng)量為360°/8000=0.045°。對(duì)于帶17位編碼器的電�(jī)而言,驅(qū)�(dòng)器每接收131072�(gè)脈沖電機(jī)�(zhuǎn)一�,即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=0.0027466°,是步距角為1.8°的步�(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655�
    �、低頻特性不�
    步�(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出�(xiàn)低頻振動(dòng)�(xiàn)象。振�(dòng)頻率與負(fù)載情況和�(qū)�(dòng)器性能有關(guān),一般認(rèn)為振�(dòng)頻率為電�(jī)空載起跳頻率的一�。這種由步�(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振�(dòng)�(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常�(yùn)�(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步�(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí),一般應(yīng)采用阻尼技�(shù)來克服低頻振�(dòng)�(xiàn)�,比如在電機(jī)上加阻尼�,或�(qū)�(dòng)器上采用�(xì)分技�(shù)等�
    交流伺服電機(jī)�(yùn)�(zhuǎn)非常平穩(wěn),即使在低速時(shí)也不�(huì)出現(xiàn)振動(dòng)�(xiàn)�。交流伺服系�(tǒng)具有共振抑制功能,可涵蓋�(jī)械的剛性不足,并且系統(tǒng)�(nèi)部具有頻率解析機(jī)能(FFT�,可檢測(cè)出機(jī)械的共振�(diǎn),便于系�(tǒng)�(diào)��
    三、矩頻特性不�
    步�(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨�(zhuǎn)速升高而下�,且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)�(huì)急劇下降,所以其工作�(zhuǎn)速一般在300�600RPM。交流伺服電�(jī)為恒力矩輸出,即在其額定�(zhuǎn)速(一般為2000RPM�3000RPM)以�(nèi),都能輸出額定轉(zhuǎn)矩,在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸��
    �、過載能力不�
    步�(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電�(jī)具有較強(qiáng)的過載能�。以三洋交流伺服系統(tǒng)為例,它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能�。其�(zhuǎn)矩為額定�(zhuǎn)矩的二到三�,可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步�(jìn)電機(jī)�?yàn)闆]有這種過載能力,在選型�(shí)為了克服這種慣性力�,往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī),而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)�,便出現(xiàn)了力矩浪�(fèi)的現(xiàn)象�
    �、運(yùn)行性能不同
    步�(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制,啟�(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵�(zhuǎn)的現(xiàn)�,停止時(shí)�(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)�,所以為保證其控制精度,�(yīng)處理好升、降速問�。交流伺服驅(qū)�(dòng)系統(tǒng)為閉�(huán)控制,驅(qū)�(dòng)器可直接�(duì)電機(jī)編碼器反饋信�(hào)�(jìn)行采�,內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度�(huán),一般不�(huì)出現(xiàn)步�(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)�,控制性能更為可靠�
    �、速度響應(yīng)性能不同
    步�(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作�(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需�200�400毫秒。交流伺服系�(tǒng)的加速性能較好,以山洋400W交流伺服電機(jī)為例,從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)�3000RPM僅需幾毫�,可用于要求快速啟停的控制�(chǎng)合�
    綜上所�,交流伺服系�(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步�(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的�(chǎng)合也�(jīng)常用步�(jìn)電機(jī)來做�(zhí)行電�(dòng)�(jī)。所�,在控制系統(tǒng)的設(shè)�(jì)過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素,選用適�(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)�

選型�(jì)�

    一、轉(zhuǎn)速和編碼器分辨率的確�(rèn)�
    二、電�(jī)軸上�(fù)載力矩的折算和加減速力矩的�(jì)��
    �、計(jì)算負(fù)載慣量,慣量的匹�,安川伺服電�(jī)為例,部分產(chǎn)品慣量匹配可�(dá)50倍,但實(shí)際越小越�,這樣�(duì)精度和響�(yīng)速度��
    �、再生電阻的�(jì)算和選擇,對(duì)于伺�,一�2kw以上,要外配��
    �、電纜選�,編碼器電纜雙絞屏蔽的,�(duì)于安川伺服等日系�(chǎn)品值編碼器�6�,增量式�4��

制動(dòng)方式

    用戶往往�(duì)電磁制動(dòng),再生制�(dòng),動(dòng)�(tài)制動(dòng)的作用混�,選擇了�(cuò)誤的配件�
    �(dòng)�(tài)制動(dòng)器由�(dòng)�(tài)制動(dòng)電阻組成,在故障、急停、電源斷電時(shí)通過能耗制�(dòng)縮短伺服電機(jī)的機(jī)械�(jìn)給距雀�
    再生制動(dòng)是指伺服電機(jī)在減速或停車�(shí)將制�(dòng)�(chǎn)生的能量通過逆變回路反饋到直流母�,經(jīng)阻容回路吸收�
    電磁制動(dòng)是通過�(jī)械裝置鎖住電�(jī)的軸�
    三者的區(qū)別:
    (1)再生制動(dòng)必須在伺服器正常工作�(shí)才起作用,在故障、急停、電源斷電時(shí)等情況下無法制動(dòng)電機(jī)。動(dòng)�(tài)制動(dòng)器和電磁制動(dòng)工作�(shí)不需電源�
    (2)再生制動(dòng)的工作是系統(tǒng)自動(dòng)�(jìn)�,而動(dòng)�(tài)制動(dòng)器和電磁制動(dòng)的工作需外部繼電器控��
    (3)電磁制動(dòng)一般在SV、OFF后啟�(dòng),否則可能造成放大器過載,�(dòng)�(tài)制動(dòng)器一般在SV、OFF或主回路斷電后啟�(dòng),否則可能造成�(dòng)�(tài)制動(dòng)電阻過熱�

注意事項(xiàng)

    一、伺服電�(jī)油和水的保護(hù)
    A:伺服電�(jī)可以用在�(huì)受水或油滴侵襲的�(chǎng)所,但是它不是全防水或防油�。因此, 伺服電機(jī)不應(yīng)�(dāng)放置或使用在水中或油侵的�(huán)境中�
    B:如果伺服電�(jī)連接到一�(gè)減速齒�,使用伺服電�(jī)�(shí)�(yīng)�(dāng)加油�,以防止減速齒輪的油�(jìn)入伺服電�(jī)
    C:伺服電�(jī)的電纜不要浸沒在油或水中�
    二、伺服電�(jī)電纜→減輕應(yīng)�
    A:確保電纜不因外部彎曲力或自身重量而受到力矩或垂直�(fù)�,尤其是在電纜出口處或連接��
    B:在伺服電機(jī)移動(dòng)的情況下,應(yīng)把電纜(就是隨電�(jī)配置的那根)牢固地固定到一�(gè)靜止的部分(相對(duì)電機(jī)),并且�(yīng)�(dāng)用一�(gè)裝在電纜支座里的附加電纜來延�(zhǎng)�,這樣彎曲�(yīng)力可以減到最��
    C:電纜的彎頭半徑做到盡可能大�
    �、伺服電�(jī)允許的軸端負(fù)�
    A:確保在安裝和運(yùn)�(zhuǎn)�(shí)加到伺服電機(jī)軸上的徑向和軸向�(fù)載控制在每種型號(hào)的規(guī)定值以�(nèi)�
    B:在安裝一�(gè)剛性聯(lián)軸器�(shí)要格外小�,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
    C:用柔性聯(lián)軸器,以便使徑向�(fù)載低于允許�,此物是專為高機(jī)械強(qiáng)度的伺服電機(jī)�(shè)�(jì)��
    D:關(guān)于允許軸�(fù)載,�(qǐng)參閱“允許的軸負(fù)荷表”(使用說明書)�
    �、伺服電�(jī)安裝注意
    A:在安裝/拆卸耦合部件到伺服電�(jī)軸端�(shí),不要用錘子直接敲打軸端。(錘子直接敲打軸端,伺服電�(jī)軸另一端的編碼器要被敲壞)
    B:竭力使軸端�(duì)齊到狀�(tài)(對(duì)不好可能�(dǎo)致振�(dòng)或軸承損壞)�

特點(diǎn)�(duì)�

    直流無刷伺服電機(jī)特點(diǎn)
    �(zhuǎn)�(dòng)慣量�、啟�(dòng)電壓�、空載電�??� 棄接觸式換向系統(tǒng),大大提高電�(jī)�(zhuǎn)速,�(zhuǎn)速高�(dá)100 000rpm;無刷伺服電�(jī)在執(zhí)行伺服控制時(shí),無須編碼器也可�(shí)�(xiàn)速度、位�、扭矩等的控�� 不存在電刷磨損情�,除�(zhuǎn)速高之外,還具有壽命�(zhǎng)、噪音低、無電磁干擾等特�(diǎn)�
    直流有刷伺服電機(jī)特點(diǎn)
    1.體積小、動(dòng)作快反應(yīng)�、過載能力大、調(diào)速范圍寬
    2.低速力矩大, 波動(dòng)�,運(yùn)行平�(wěn)
    3.低噪�,高效�
    4.后端編碼器反饋(選配)構(gòu)成直流伺服等�(yōu)�(diǎn)
    5.變壓范圍�,頻率可�(diào)

使用范圍

    直流伺服電機(jī)可應(yīng)用在是火花機(jī)、機(jī)械手、精確的�(jī)器等??赏瑫r(shí)配置2500P/R高分析度的標(biāo)�(zhǔn)編碼器及�(cè)速器,更能加配減速箱、令�(jī)械設(shè)備帶來可靠的�(zhǔn)確性及高扭�� �(diào)速性好,單位重量和體積�,輸出功�,大于交流電�(jī),更�(yuǎn)�(yuǎn)超過步�(jìn)電機(jī)。多�(jí)�(jié)�(gòu)的力矩波�(dòng)小�

主要作用

    伺服電機(jī)在封閉的�(huán)里面使用。就是說它隨�(shí)把信�(hào)傳給系統(tǒng),同�(shí)把系�(tǒng)給出的信�(hào)來修正自己的�(yùn)�(zhuǎn)�
    伺服電機(jī)也可用單片機(jī)控制�

�(yōu)�(diǎn)

    首先我們來看一下伺服電�(jī)和其他電�(jī)(如步�(jìn)電機(jī))相比到底有什么優(yōu)�(diǎn)�
    1、精度:�(shí)�(xiàn)了位�,速度和力矩的閉環(huán)控制;克服了步�(jìn)電機(jī)失步的問��
    2、轉(zhuǎn)速:高速性能�,一般額定轉(zhuǎn)速能�(dá)�2000�3000�(zhuǎn)�
    3、適�(yīng)性:抗過載能力強(qiáng),能承受三倍于額定�(zhuǎn)矩的�(fù)�,對(duì)有瞬間負(fù)載波�(dòng)和要求快速起�(dòng)的場(chǎng)合特別適用;
    4、穩(wěn)定:低速運(yùn)行平�(wěn),低速運(yùn)行時(shí)不會(huì)�(chǎn)生類似于步�(jìn)電機(jī)的步�(jìn)�(yùn)行現(xiàn)�。適用于有高速響�(yīng)要求的場(chǎng)合;
    5、及�(shí)性:電機(jī)加減速的�(dòng)�(tài)相應(yīng)�(shí)間短,一般在幾十毫秒之內(nèi)�
    6、舒適性:�(fā)熱和噪音明顯降低�
    �(jiǎn)單點(diǎn)說就是:�??吹降哪欠N普通的電機(jī),斷電后它還�(huì)�?yàn)樽陨淼膽T性再�(zhuǎn)一�(huì)�,然后停下。而伺服電�(jī)和步�(jìn)電機(jī)是說停就�,說走就�,反�(yīng)極快。但步�(jìn)電機(jī)存在失步�(xiàn)��
    伺服電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域就太多�。只要是要有�(dòng)力源�,而且�(duì)精度有要求的一般都可能涉及到伺服電�(jī)。如�(jī)�、印刷設(shè)備、包裝設(shè)�、紡織設(shè)�、激光加工設(shè)�、機(jī)器人、自�(dòng)化生�(chǎn)線等�(duì)工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求相對(duì)較高的設(shè)備�

維庫電子通,電子知識(shí),一查百��

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