1. 电机伺服控制电路
伺服驱动器的基本功能是电动机驱动和信号反馈。现在多数伺服驱动器具有独立的控制系统,一般采用数字信号处理器、高性能单片机、FPGA等作为主控芯片。控制系统输出的信号为数字信号,并且信号的电流较小,不能直接驱动电动机运动。
伺服驱动器还需要将数字信号转换为模拟信号,并且进行放大来驱动电动机运动。伺服驱动器内部集成了主控系统电路、基于功率器件组成的驱动电路、电流采集电路、霍尔传感器采集电路,以及过电压、过电流、温度检测等保护电路。
伺服驱动器工作原理和控制方式
伺服驱动器均采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心,可以实现比较复杂的控制算法,实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块(IPM)为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入了软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。
首先功率驱动单元通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流,得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电,再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程,整流单元(AC-DC)主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。
一般伺服都有三种控制方式:位置控制方式、转矩控制方式、速度控制方式。
1、位置控制:位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小,通过脉冲的个数来确定转动的角度,也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值,由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制,所以一般应用于定位装置。
2、转矩控制:转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小,可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小,也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。
应用主要在对材质的手里有严格要求的缠绕和放卷的装置中,例如绕线装置或拉光纤设备,转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。
3、速度模式:通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制,在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位,但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号,此时的电机轴端的编码器只检测电机转速,位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了,这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差,增加了整个系统的定位精度。
2. 伺服控制器控制电机
伺服控制器又称伺服驱动器、伺服放大器,是一种用于控制伺服电机的控制器,其功能类似于作用在普通交流电机上的变频器,属于伺服系统的一部分。
1、伺服控制器的用途
主要用于高精度定位系统。伺服电机一般由位置、速度和转矩控制,实现传动系统的高精度定位.它是目前传输技术的高端产品.
2、伺服控制器的结构
伺服驱动器均采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心,可以实现更复杂的控制算法,实现数字化、网络化和智能化。智能功率模块(IPM)广泛应用于电力设备中。IPM集成了驱动电路,具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测和保护电路。主电路还增加了软启动电路,以减少启动过程对驱动器的影响。
3、伺服控制器工作原理
其次,介绍了伺服控制器的工作原理。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电能进行整流,得到相应的直流电流。经过三相电源整流后,再通过三相正弦脉宽调制电压型逆变器变频驱动三相永磁同步交流伺服电机。动力传动单元的整个过程可以简单地说成是交-直-交的过程。整流单元(AC-DC)的主电路为三相全桥不控整流电路
3. 电机伺服控制电路原理
伺服电机 伺服电机(servo motor )是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。 伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降。 中文名 伺服电机 外文名 Servo motor 类型 设备 使用场合 自动控制系统 工作原理
1、伺服系统(servo mechanism)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。伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护不方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。
2、交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。
3、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(线数)。 交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别:交流伺服要好一些,因为是正弦波控制,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单,便宜。 发展历史 自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统,这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期,各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全满足运动控制的要求,近年来随着微处理器、新型数字信号处理器(DSP)的应用,出现了数字控制系统,控制部分可完全由软件进行,分别称为直流伺服系统、三相永磁交流伺服系统。
4. 伺服电机控制回路
伺服驱动器接线方法
1. 主回路接线:
1).R、S、T电源线的连接;
2)伺服驱动器U、V、W与伺服电动机电源线U、V、W之间的接线;
2. 控制电源类接线:
1). r 、t控制电源接线;
2)I/O口控制电源接线;
3. I/O接口与反馈检测类接线
5. 伺服电机与控制系统
一、伺服电机本身和步进电机结构类似,是不具备发送脉冲功能的,但由于有伺服电机上有配备编码器,所以有脉冲反馈回来,通过伺服驱动器的反馈脉冲,可以与系统之间实现半闭环架构,但的确需要全闭环控制的时候,是需要在最终的传动装置,比如丝杆或移动平台等 上面安装编码器或光栅,如果是那种情况的话,伺服和步进都是可以的,只是伺服不存在堵转和失步的现象,控制更简洁,但成本相对要高,可依实际情况选择, 二、如今的智能型步进控制系统,步进电机上也是有安装编码器,内部控制方式也是和伺服功能接近了,也不存在堵转和失步的现象; 三、伺服电机具备高响应和高速性及高精度的优点,真正地“三高”。但是,伺服电机也有它不可避免的如下缺陷: 1. 无法静止:由于采用闭环控制,伺服电机本身结构和电机的特性决定,伺服电机在停止时无法绝对静止,在负载扰动小或者伺服电机的参数调试良好的情况下,伺服电机始终在正负1个脉冲之间波动(可以通过观察伺服驱动器上关于编码器位置的数值,它一直在正负1之间波动)。在图像处理场合这就是一个影响精度的因素。 2. 过冲:在由高速转为低速或者静止时,不可避免地要过冲一段距离,然后在纠正回来。当控制器发一个脉冲给伺服电机时,伺服电机往往不是走一个脉冲,而是走3个脉冲,然后在回退2个脉冲。这对那些需要一个脉冲一个脉冲运动的场合,绝对不允许过冲的场合时致命的。 3. 调试复杂:伺服驱动器内动辄上百个参数,使用说明书几百页,着实让新手发怵;更换一个品牌的伺服电机,也会让老手着实头痛。这也为售后服务和维修带来了大量的工作。 4. 低速蠕动:在低速时伺服电机的运行会出现蠕动或者称之为爬行。 四、一体化闭环步进电机就完美地解决伺服电机存在的问题。由于闭环步进电机不是简单的给步进电机配一个编码器了事,而是按照伺服电机系统的工作原理进行设计和开发。它采用32位的DSP做为主处理器,以保证整个系统的高响应和高速,可以做到每隔25微秒就可以调整一次电机的电流,标配10000个脉冲/圈的编码器,而且是金属码盘的编码器,既保证了精度,也保证了对环境、温度和振动的高适应性、稳定性和可靠性,甚至优于采用玻璃码盘编码器的伺服电机。 首先,一体化闭环步进电机由于是电机的本体是步进电机,在静止时是绝对静止不动的。 其次,一体化闭环步进电机由于结合了步进电机的特点和伺服的控制方式,所以不会过冲(因为步进电机的特点就是不会过冲)。 第三,调试和使用非常简单,只需要调节驱动器的3个电位器的位置,不仅设备制造商可以使用,而且设备使用商也可以使用,对使用者的要求极低。 第四,驱动器采用真正地正弦波、向量和滤波方式控制电流,最低转速可以控制在0.2转/分,而且电机运行非常平稳和稳定,这一点甚至是伺服电机都无法做到(一般伺服电机理论上可以做到1转/分,实际的应用场合是无法做到1转/分,大致在5rpm以上)。