伺服驱动器的工作原理

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1、伺服驱动器得工作原理随着全数字式交流伺服系统得出现，交流伺服电机也越来越多地 应用于数字控制系统中为了适应数字控制得发展趋势，运动控制系 统中大多釆用全数字式交流伺服电机作为执行电动机在控制方式上 用脉冲串与方向信号实现。A般伺服都有三种控制方式：速度控制 方式，转矩控制方式，位置控制方式。速度控制与转矩控制都就是用模拟量来控制得。位置控制就是通过发 脉冲来控制得。具体釆用什么控制方式要根据客户得要求，满足何种 运动功能来选择。A如果您对电机得速度、位置都没有要求，只要输 出一个恒转矩，当然就是用转矩模式。4如果对位置与速度有一定得 精度要求，而对实时转矩不就是很关心，用转矩模式不太方便，用速

2、 度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好得死循环控制功能, 用速度控制效果会好一点。如果本身要求不就是很高,或者，基本没 有实时性得要求,用位置控制方式对上位控制器没有很高得要求。就 伺服驱动器得响应速度来瞧，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信 号得响应最快;位置模式运算量最大，驱动器对控制信号得响应最慢。 对运动中得动态性能有比较高得要求时,需要实时对电机进行调整.那么如果控制器本身得运算速度很慢（比如巴,或低端运动控制 器），就用位置方式控制如果控制器运算速度比较快,可以用速度方 式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器得工作量，提高效 率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好

3、得上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只就是高 端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机詁换一 种说法就是：1、转矩控制：转矩控制方式就是通过外部模拟量得输入或直接得地 址得赋值来设定电机轴对外得输出转矩得大小，具体表现为例如10V 对应5Nm得话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2、5Nm: 如果电机轴负载低于2、5Nm时电机正转,外部负载等于2、5Nm 时电机不转，大于2、5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产 生）。可以通过实时得改变模拟量得设定来改变设定得力矩大小，也 可通过通讯方式改变对应得地址得数值来实现。应用主要在对材质得 受

4、力有严格要求得缠绕与放卷得装置中，例如饶线装置或拉光纤设 备，转矩得设定要根据缠绕得半径得变化随时更改以确保材质得受力 不会随着缠绕半径得变化而改变。a 2、位置控制:位置控制模式一般 就是通过外部输入得脉冲得频率来确定转动速度得大小,通过脉冲得 个数来确定转动得角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度与 位移进行赋值。由于位置模式可以对速度与位置都有很严格得控制, 所以一般应用于定位装置。应用领域如数控机床、印刷机械等等。3、 速度模式:通过模拟量得输入或脉冲得频率都可以进行转动速度得控 制，在有上位控制装置得外环P ID控制时速度模式也可以进行定位, 但必须把电机得位置信号或直接负载得位

5、置信号给上位回馈以做运 算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时得电机轴端 得编码器只检测电机转速,位置信号就由直接得最终负载端得检测装 置来提供了，这样得优点在于可以减少中间传动过程中得误差，增加 了整个系统得定位精度。伺服得基本概念就是准确、精确、快速定位。变频就是伺服控制得一 个必须得内部环节,伺服驱动器中同样存在变频（要进行无级调速）。 但伺服将电流环速度环或者位置环都闭合进行控制，这就是很大得区 别。除此外，伺服电机得构造与普通电机就是有区别得，要满足快速 响应与准确定位。现在市面上流通得交流伺服电机多为永磁同步交流 伺服，但这种电机受工艺限制，很难做到很大得功率汁几KW以

6、上 得同步伺服价格及其昂贵,这样在现场应用允许得情况下多釆用交流 异步伺服，这时很多驱动器就就是高端变频器，带编码器回馈死循环 控制所谓伺服就就是要满足准确、精确、快速定位，只要满足就不 存在伺服变频之争。一、两者得共同点：交流伺服得技术本身就就是借鉴并应用了变频得技术,在直流电机得 伺服控制得基础上通过变频得PWM方式模仿直流电机得控制方式 来实现得，也就就是说交流伺服电机必然有变频得这一环节：变频就 就是将工频得50、60HZ得交流电先整流成直流电，然后通过可控 制门极得各类晶体管（IGBT, IGCT等）通过载波频率与PWM调节逆 变为频率可调得波形类似于正余弦得脉动电，由于频率可调，所

7、以交 流电机得速度就可调了5=6 Of/p , n转速，f频率，p极对数）4二、 谈谈变频器:4简单得变频器只能调节交流电机得速度,这时可以开环 也可以死循环要视控制方式与变频器而定，这就就是传统意义上得V / F控制方式。现在很多得变频己经通过数学模型得建立，将交流电 机得定子磁场UVW3相转化为可以控制电机转速与转矩得两个电流 得分量，现在大多数能进行力矩控制得著名品牌得变频器都就是釆用 这样方式控制力矩，UVW每相得输出要加霍尔效应得电流检测装置, 釆样回馈后构成死循环负反馈得电流环得PI D调节;ABB得变频又 提出与这样方式不同得直接转矩控制技术，具体请査阅有关数据这 样可以既控制电

8、机得速度也可控制电机得力矩,而且速度得控制精度 优于v/f控制，编码器回馈也可加可不加，加得时候控制精度与响应 特性要好很多。4三、谈谈伺服：a驱动器方面：伺服驱动器在发展了 变频技术得前提下，在驱动器内部得电流环，速度环与位置环（变频 器没有该环）都进行了比一般变频更精确得控制技术与算法运算，在 功能上也比传统得变频强大很多,主要得一点可以进行精确得位置控 制通过上位控制器发送得脉冲序列来控制速度与位置（当然也有些 伺服内部集成了控制单元或通过总线通讯得方式直接将位置与速度 等参数设定在驱动器里），驱动器内部得算法与更快更精确得计算以 及性能更优良得电壬器件使之更优越于变频器。a电机方面:伺

9、服电机 得材料、结构与加工工艺要远远高于变频器驱动得交流电机（一般交 流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机），也就就是说当驱动器输 出电流、电压、频率变化很快得电源时,伺服电机就能根据电源变化 产生响应得动作变化，响应特性与抗超载能力远远高于变频器驱动得 交流电机，电机方面得严重差异也就是两者性能不同得根本。就就是 说不就是变频器输出不了变化那么快得电源信号，而就是电机本身就反应不了，所以在变频得内部算法设定时为了保护电机做了相应得超载设定。当然即使不设定变频器得输出能力还就是有限得，有些性能优良得变频器就可以直接驱动伺服电机! ！四、谈谈交流电机： 交流电机一般分为同步与异步电机4 1、交流

10、同步电机：就就是转子 就是由永磁材料构成，所以转动后，随着电机得定子旋转磁场得变化, 转子也做响应频率得速度变化，而且转子速度二定子速度，所以称“同 步”。42、交流异步电机:转子由感应线圈与材料构成。转动后，定子 产生旋转磁场，磁场切割定子得感应线圈，转子线圈产生感应电流, 进而转子产生感应磁场，感应磁场追随定子旋转磁场得变化，但转子 得磁场变化永远小于定子得变化,一旦等于就没有变化得磁场切割转 子得感应线圈，转子线圈中也就没有了感应电流，转子磁场消失，转 子失速又与定子产生速度差又重新获得感应电流。所以在交流异步 电机里有个关键得参数就是转差率就就是转子与定子得速度差得比 率。3、对应交流同步与异步电机变频器就有相映得同步变频器与异步变 频器，伺服电机也有交流同步伺服与交流异步伺服，当然变频器里交 流异步变频常见,伺服则交流同步伺服常见。五、应用a由于变频器与伺服在性能与功能上得不同，所以应用也不大 相同： 1、在速度控制与力矩控制得场合要求不就是很高得一般用变频器, 也有在上位加位置回馈信号构成死循环用变频进行位置控制得，精度 与响应都不高现有些变频也接受脉