伺服電機原理與安裝

 

 

 

隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，伺服控制技術(shù)、電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，伺服運動與控制技術(shù)也在不斷走向成熟，電機運動控制平臺作為一種高性能的測試方式已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，人們對伺服性能的要求也在不斷提高。

 

一 伺服電機原理 

伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類。

         

伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了閉環(huán)，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位。

 

在性能上比較，交流伺服電機要優(yōu)于直流伺服電機，交流伺服電機采用正弦波控制，轉(zhuǎn)矩脈動小，容量可以比較大。直流伺服電機采用梯形波控制，相對差一些。直流伺服電機中無刷伺服電機比有刷伺服電機要性能要好。 

 

伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。無論是 有刷直流伺服電機驅(qū)動器還是無刷直流伺服電機驅(qū)動器驅(qū)動器同樣都是采用三閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。

 

1、首先是電流環(huán)，此環(huán)完全在伺服驅(qū)動器內(nèi)部進行，通過霍爾裝置檢測驅(qū)動器給電機的各相的輸出電流，負反饋給電流的設(shè)定進行PID調(diào)節(jié)，從而達到輸出電流盡量接近等于設(shè)定電流，電流環(huán)就是控制電機轉(zhuǎn)矩的，所以在轉(zhuǎn)矩模式下驅(qū)動器的運算最小，動態(tài)響應(yīng)最快。

 

2、第二環(huán)是速度環(huán)，通過檢測的伺服電機編碼器的信號來進行負反饋 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)控制時就包合了速皮環(huán)和電流環(huán)，換句話說任何棋式都必須使用電流環(huán)，電流環(huán)是控制的跟本，在速度和位置控制的同時系統(tǒng)實際也在進行電流（轉(zhuǎn)矩）的控制以達到對速度和位置的相應(yīng)控制。

 

3、第三環(huán)是位置環(huán)，它是最外環(huán)，可認(rèn)在驅(qū)動器和伺服電機編碼器間構(gòu)建也可以在外部控制器和電機編碼器或最終負載間構(gòu)建，要根據(jù)實際情況來定。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)進行了所有 3 個環(huán)的運算，此時的系統(tǒng)運算量最大，動態(tài)響應(yīng)速度也最慢。

 

   a有刷直流伺服電機驅(qū)動器：電動機的工作原理和普通的直流電機完全相同，驅(qū)動器為三閉環(huán)結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外分別為電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)。電流環(huán)的輸出控制電機的電樞電壓，電流環(huán)的輸入為速度環(huán)PID的輸出，速度環(huán)的輸入為位置環(huán)的PID輸出，位置環(huán)的輸入即是給定輸入，控制原理圖如上圖。 

 

 

   b無刷直流伺服電機驅(qū)動器：供電電源為直流，經(jīng)過內(nèi)部的三相逆變器逆變成U/V/W的交流電，供給電動機，驅(qū)動器同樣采用三閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)（電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)），驅(qū)動控制原理同上。

 

 

   c交流伺服電機驅(qū)動器：大體可以劃分為功能比較獨立的功率板和控制板兩個模塊，控制板通過相應(yīng)的算法輸出PWM信號，作為驅(qū)動電路的驅(qū)動信號，來改逆變器的輸出功率，以達到控制三相永磁式同步交流伺服電機的目的。 

 

 

  功率驅(qū)動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動三相永磁式同步交流伺服電機，簡單的說是AC-DC-AC的變流過程。 

 

 

1、速度環(huán)主要進行PI（比例和積分），比例就是增益，所以我們要對速度增益和速度積分時間常數(shù)進行合適的調(diào)節(jié)才能達到理想效果。

 

2、位置環(huán)主要進行P（比例）調(diào)節(jié)。對此我們只要設(shè)定位置環(huán)的比例增益就好了。當(dāng)進行位置模式需要調(diào)節(jié)位置環(huán)時，最好先調(diào)節(jié)速度環(huán)，位置環(huán)、速度環(huán)的參數(shù)調(diào)節(jié)沒有什么固定的數(shù)值，要根據(jù)外部負載的機械傳動連接方式、負載的運動方式、負載慣量、對速度、加速度要求以及電機本身的轉(zhuǎn)子慣量和輸出慣量等等很多條件來決定，調(diào)節(jié)的簡單方法是在根據(jù)外部負載的情況進行大體經(jīng)驗的范圍內(nèi)將增益參數(shù)從小往大調(diào)，積分時間常數(shù)從大往小調(diào)，以不出現(xiàn)震動超調(diào)的穩(wěn)態(tài)值為最佳值進行設(shè)定。

 

 

90LB伺服電機