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伺服与步进的控制方式(步进伺服系统的组成)

来源:www.haichao.net  时间:2023-01-31 19:48   点击:100  编辑:admin   手机版

1. 步进伺服系统的组成

伺服包括交流和直流,区别就是输出侧的相电压,交流伺服只是其中的一类伺服。步进和伺服的共同点都是以脉冲信号为主来决定运动状态的!简单的说通用伺服就是比步进多了个精度反馈的编码器,其他区别大不是最关键的只不过伺服在控制上变得多样性,可以进行参数的设置,但是实际上精度差距很大,而且步进丢步没有反馈,步进属于开环,伺服属于闭环,但是伺服价格比步进不是高一点问题。

2. 步进伺服系统的组成部件

1、步进电机的转矩随着转速的增加而降低,即具备低转速高扭力的特点,适合的转速为500左右。而伺服电机是恒扭矩,但更适合2000转或更高。

2、步进电机的控制精度要比伺服电机低大约10倍。

3、伺服电机的过载能力约为步进电机的3倍。

4、步进电机的平稳性较差,特别是在低速时噪声更明显,而伺服电机运行一直是低噪音、平稳的。

5、伺服电机的价格约为步进电机的3倍。这只是个人见解,希望对您有所帮助!祝您生活愉快

3. 步进伺服系统的组成部分

工作原理:伺服驱动系统的控制对象是机床坐标轴的位移和速度,执行机构是伺服电机或步进 电动机;对输入指令信号进行控制和功率放大的部分 称为伺服放大器(亦称驱动器、伺服单元等),它是伺服驱动的核心。

伺服系统本质上是一种随动系统。只不过被控量是位移或是其对时间的导数。如果要问什么是随动系统,就是一个系统的输出尽可能以最快,最精确的方式复现输入信号。其衡量的指标有超调量、延迟。

伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。伺服的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便。

伺服系统主要由三部分组成:控制器,功率驱动装置,反馈装置和电动机。控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差,调节控制量。

功率驱动装置作为系统的主回路,一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上,调节电动机转矩的大小,另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电;电动机则按供电大小拖动机械运转。

扩展资料

一、伺服驱动系统的作用主要是两个方面

1、使坐标 轴按照数控装置给定的速度运行。

2、使坐标轴按照 数控装置给定的位置定位。

二、数控机床对伺服驱动系统的要求

1、进给速度调速范围大:5mm/min,10m/min;

2、位移精度要高:全程积累误差≤±5μm,与脉冲当量有关,δ↓,Δ↓;

3、跟随误差要小:闭环自控系统动态性能要好;

4、伺服系统的工作稳定性要好:抗干扰能力强, 速度均匀,平稳,粗糙度低,过载4~6倍,低 速爬行工作可靠,抗干扰性强。

4. 步进伺服系统的组成包括

模拟式、混合式、数字式。模拟式和混合式的输入部分是模拟输入,区别在于混合式伺服系统的输入经过数字偏差器后进入模拟调节器。这三种方式的伺服系统都有位置反馈和速度反馈。

目前的伺服驱动技术是数控技术的重要组成部分。与数控装置相配合,伺服系统的静态和动态特性直接影响机床的位移速度,定位精度和加工精度。现在,直流伺服系统被交流数字伺服系统所取代;伺服电机的位置,速度及电流环都实现了数字化;并采用了新的控制理论,实现了不受机械负荷变动影响的高速响应系统。

其主要新发展的技术有:

a.前馈控制技术。过去的伺服系统,是把检测器信号与位置指令的差值乘以位置环增益作为速度指令。这种控制方式总是存在着跟踪滞后误差,这使得在加工拐角及圆弧时加工精度恶化。所谓前馈控制,就是在原来的控制系统上加上速度指令的控制方式,这样使伺服系统的跟踪滞后误差大大减小。

b.机械静止摩擦的非线性控制技术。对于一些具有较大静止摩擦的数控机床,新型数字伺服系统具有补偿机床驱动系统静摩擦的非线性控制功能。

c.伺服系统的位置环和速度环(包括电流环)均采用软件控制,如数字调解和矢量控制等。为适应不同类型的机床,不同精度和不同速度要术,预先调整加、减速性能。

d.采用高分辨的位置检测装置。如高分辨率的脉冲编码器,内有微处理器组成的细分电路,使得分辨率大大提高,增量位置检测为10000 p/r(脉冲数/每转)以上;绝对位置检测为1000000 p/r以上。

e. 补偿技术得到了发展和应用。现代数控系统都具有补偿功能,可以对伺服系统进行多种补偿,如丝杠螺距误差补偿,齿侧间隙补偿、轴向运动误差补偿、空间误差补偿和热变形补偿等。

另外,伺服电机和步进电机在数控系统中都有应用,这里介绍一下二者的区别:

步进电机是一种离散运动的装置,它和现代数字控制技术有着本质的联系。目前国内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中,特别在运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然在控制方式上两者相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异:

1.控制精度不同:两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°,五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机,其步距角为0.09°;德国百格拉公司(BERGER LAHR)生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。而交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证,以松下全数字式交流伺服电机为例,对于带标准2500线编码器的电机而言,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为 360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

2.低频特性不同:步进电机在低速时易出现低频振动现象,振动频率与负载情况和驱动器性能有 关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。而交流伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点,便于系统调整。

3.矩频特性不同:步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作转速一般在300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。

4.过载能力不同:步进电机一般不具有过载能力,而交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩,便出现了 力矩浪费的现象。

5.运行性能不同:步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。

6.速度响应性能不同:步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200~400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好,以松下MSMA 400W交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。

5. 步进伺服系统的工作原理

伺服电机在控制系统中,被用作执行元件,把收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。

伺服电机的精度决定于编码器的精度,也就是说伺服电机本身具备发出脉冲的功能,它每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样伺服驱动器和伺服电机编码器的脉冲形成了呼应,所以它是闭环控制。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件,在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数,而不受负载变化的影响。

当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为'步距角'。步进可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的,也可以通过控制驱动器脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到高速的目的,所以,步进电机是开环控制。

步进电机和伺服电机的区别:

1、控制精度不同:步进电机的相数和拍数越多,它的精确度就越高,伺服电机取块于自带的编码器,编码器的刻度越多,精度就越高。

2、控制方式不同:一个是开环控制,一个是闭环控制。

3、低频特性不同:步进电机在低速时易出现低频振动现象,一般采用阻尼技术或细分技术来克服低频振动现象,而伺服电机在低速时不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点便于系统调整。

4、矩频特性不同:步进电机的输出力矩会随转速升高而下降,交流伺服电机为恒力矩输出。

5、过载能力不同:步进电机不具有过载能力,而交流电机具有较强的过载能力。

6、运行性能不同:步进电机为开环控制,启动频率过高或负载过大易产生丢步或堵转的现象,停止时转速过高则易出现过冲现象。伺服系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。

7、速度响应性能不同:步进电机从静止加速到工作转速需要上百毫秒,而交流伺服系统的加速性能较好,一般只需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。

交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以,在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素,选用合适的控制电机。

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