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1、1,伺服控制教程,2,内 容,1、复习力学知识及专业名词 2、同步电机动作的原理 3、伺服原理与组成， 4、伺服各控制模式配线 5、伺服的调整要领及SimgaWin使用 6、伺服注意事项及故障及处理 7、伺服的选型，结合SigmaSIZE 8、伺服应用场合 9、安川电机简介,3,1、伺服的初步基础-力学,4,速度：表示运动快慢的物理量，等于位移S跟这段 位移所用时 间的比值。,单位米/秒（/）又可（m-1）,加速度：表示速度改变快慢的物理量，等于速度改变跟发生这一改变所用时间的比值，单位时间内速度的变化量。 单位米每二次方秒（/2）又可（-2）,1、伺服的初步基础-力学,5,牛顿第二定律 物体
2、的加速度跟物体所受的合外力F成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同，加速度只在外力有作用时才产生,外力改变了，加速度也随之改变。 ：（慣性）質量 単位： ：加速度 -2 ：(-2 ) 使质量为1kg的物体产生1m/s2加速度的力，叫做1N。 1N=1kg.m/s2,1、伺服的初步基础-力学,6,质量：质量是指含有多少物质，是不变的，单位是kg 重量：重量是由于物体受到重力作用产生的，单位是g 重力加速度（=9.8-2） 1kg的质量以9.8-2的加速度移动时，产生的重力为1kgf 1kgf=9.8N,地球上,不变,不变,不变,1、伺服的初步基础-力学,7,物体运动时，由于接
3、触面粗糙而受到的阻碍运动的力。 分滑动摩擦力和静摩擦力。,摩擦力 滑动摩擦力 静摩擦力 動摩擦力 滚动摩擦力 摩擦力 動摩擦力,硬钢与硬钢(干燥)：u 0.78；u 0.42 硬钢与硬钢(涂油)：u 0.1；u0.42 铸铁与铸铁(涂油)：u 0.16；u 0.15,参考：,摩擦力,1、伺服的初步基础-力学,力学规定，如果力的方向与物体运动的方向一致，功就等于力的大 小与位移大小的乘积。单位焦耳,功（W）：,W（J）=Fs,1J等于1N的力使物体在力的方向上发生1m位移时所做的功,S,1、伺服的初步基础-力学,做功的快慢用功率表示，单位瓦特W 或kW 1W=1J/S,功率（P）：,P=W/t,
4、1J等于1N的力使物体在力的方向上发生1m位移时所做的功,S,P=Fs/t,P=Fv,1、伺服的初步基础-力学,动能等于物体质量与物体速度的二次方的乘积的一半， 单位焦耳J 1kg.m2/s2=1N.m=1J,动能（Ek）：,Ek=1/2mv2,W=FS,F=ma,物体的质量越大，速度越快，动能也就越大，,1、伺服的初步基础-力学,11,角速度与转速两者的换算关系,在单位时间内转过的弧度叫做角速度 符号是： 单位是“弧度/秒”（rad/s）。,单位时间内角速度的变化量叫做角加速度 单位是“弧度/秒平方”（rad/s2）。,度与弧度,角速度与角加速度,转速：用每分钟的转数来表示转动的快慢。符号：
5、N ，单位：r/min,(rad/s）,1、伺服的初步基础-力学,12,转动惯量（ moment of inertia ）,1、伺服的初步基础-力学,13,转动惯量（ moment of inertia ）,是刚体转动时惯性的量度，其量值取决于物体的形状、质量 分布及转轴的位置,通常以 J表示以前用GD2，GD2=4J，SI 单位为 kg * m2，可说是一个物体对于旋转运动的惯性。对于一个质点，J= mr2，其中 m 是其质量，r 是质点和转轴的垂直距离。转动惯量在旋转动力学中的角色相当重要主描述角动量、角速度、力矩和角加速度等数个量之间的关系,1、伺服的初步基础-力学,14,M kg,V=
6、,S,S=r,动能与旋转能量关系E （J）=(1/2)mV2 = (1/2)m(r)2 = (1/2)mr22 由于J=mr2 所以 = (1/2)J2,转动惯量（ moment of inertia ）,1、伺服的初步基础-力学,15,不同形状的惯量J,例：1）实圆柱体 J,Lm,Dm,密度（kg3）,由重量算： J=（1/2）m（D/2）2 （为質量） = 1/8mD2 由密度算： J =/32 L D4,铁的密度=7.87*103（ kg3 ） 铝的密度=2.70*103（ kg3 ）,1、伺服的初步基础-力学,16,2）其它不规则物体,a,不同形状的惯量J,1、伺服的初步基础-力学,安
7、川伺服软件对惯量的测量,1、伺服的初步基础-力学,安川伺服软件对惯量的测量,1、伺服的初步基础-力学,惯量J,1、伺服的初步基础-力学,20,电机的额定转矩表示额定条件下电机轴端输出转矩。,M（kg）,V=,圆弧S,S=r,直线移动时W的计算， W（J）=F（N）*S（m） 转换 W=F r 由于T=Fr所以 W=T,半径r,转矩（Torque）,转矩的计量单位为牛顿米(Nm)，,1、伺服的初步基础-力学,21,直线移动与回转移动的关系,直線運動 回転運動 物理量 記号 単位 関係 物理量 記号 単位 関係 質量 m 慣 性 J 2 距離 S m 角度 時間 （秒） 時間 （秒） 速度 V m
8、/ 角速度 / 加速度 m/ s2 角加速度 / s2 力 F N F =m 力矩 T Nm T =J 功 W J W=FS 功 W J W=T 功率 P W P=FV 功率 P W P=T 动能 E J (1/2)mV2 旋转能量 E J (1/2)J2,22,伺服绝缘等级,23,伺服防护等级,24,伺服防护等级,25,2、同步电机动作的原理,26,电机,以动力为主要目的的电机,以动态应答为主要目的的电机,直流电机（并励、串励、复励）,交流电机,感应电机（鼠笼式、线圈式） 同步电机（线圈式、永磁式） 涡流电机,伺服电机,直流伺服电机 交流伺服电机 （SM形、IM形）,3,伺服基础知识-电机的
9、种类,电机的种类和特性,27,同步电机的原理：伺服电机，是同步电机的一种。 结构：大致上分定子和转子两大类， 定子：结构与异步电动机相同，在定子铁心内圆均匀分布的槽内嵌入三相对称的绕组。 转子：由铁心与励磁绕组组成，永磁式为表面贴磁。 工作原理：当励磁绕组通以直流电流后，转子即建立恒定的磁场，当定子三相电源通电时，使电机内部产生一个旋转的磁场，旋转的速度为同步转速n，转子在定子旋转磁场的带动下，带动负载沿定子磁场的方向以相同的转速旋转，这就是同步电机的原理。 安川电机是：永磁式伺服电机，,伺服电机的原理,电机动作的原理,28,右手螺旋法则（安培定则）,2、电机动作的原理,安培定则，也叫右手螺旋
10、定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。通电直导线中的安培定则：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向；通电螺线管中的安培定则：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极,通电生磁,29,弗来明左手法则,确定载流导线在外磁场中受力方向的定则。又称电动机定则。左手平展，大拇指与其余4指垂直，手心冲着N级，4指为电流方向，大拇指为载流导线在外磁场中受力方向。,2-7,2、电机动作的原理,磁生力,30,2-7,2、电机动作的原理,31,永久磁铁,铁芯,换向器,线圈,DC伺服马达结构,2、电机动作的
11、原理,32,DC伺服马达动作原理,2-7,2、电机动作的原理,33,2-7,2、电机动作的原理,34,2、电机动作的原理,35,2、电机动作的原理,36,3、伺服的原理与构成,37,“伺服”-词源于希腊语“奴隶”的意思。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名-伺服系统。,3、伺服的原理与组成,38,伺服是使物体的位置、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,3、伺服的原理与组成,39,伺服能作些什么,1、位
12、置控制- 通过脉冲指令控制电机的旋转角度和旋转速度 实现定位控制。,40,2、速度控制-电机可以无阶变速，,3、伺服的原理与组成,41,3、力矩控制-可以产生一定的力矩，实现恒力矩控制 一般应用收放卷场合,3、伺服的原理与组成,42,机械的组成及其要素,3、伺服的原理与组成,伺服驱动器,伺服电机,负载,控制器：CNC PLC 轴卡等,43,伺服的构成要素,3、伺服的原理与组成,伺服驱动器,44,整流部,逆变部,电源部,控制部,电流演算部,商用电源,指令信号,电机,编码器,回転角度情報,反馈,3、伺服的原理与组成,伺服驱动器,45,速度 控制部,编码器,位置 反馈,电流反馈,电流 控制部,位置
13、控制部,位置速度变换,速度 反馈,速度环,位置环,电流环,位置指令,电机,环路是由位置控制部、速度控制部、电流控制部发出的指令控制部输出指令反馈所形成的闭合回路。电流回路在伺服器内闭合，位置回路、速度回路向伺服驱动外输出。,3、伺服的原理与组成,伺服驱动器,46,定位指令通常以脉冲列形式输入，脉冲总数为定位量，定位速度是单位时间（秒） 的脉冲量。（：） 输入的脉冲量与反馈的脉冲数量相一致时，这才实现定位完了。 在位置控制部中，因为有输入脉冲的加算、反馈脉冲的减算，所以有一个计数器。 （也称偏差计数器）,1、位置环的作用,3、伺服的原理与组成,伺服驱动器,位置环增益 位置环增益就是进行位置控制时
14、候速度的应答性。,47,速度指令 大,回転。,位置控制的实例 指令单位在mm的距离中 以进行位置决定。 位置决定脉冲数：， 位置决定速度：，,1、位置环的作用,3、伺服的原理与组成,伺服驱动器,48,有关电流控制的性能评价 电流环增益 有关速度控制的性能评价 速度环增益 过渡应答的速度环增益 频率应答的环增益 速度环积分时参数 有关位置控制的性能评价 位置环增益 位置决定整定时间 位置决定精度,伺服的性能评价,评价伺服的应答性（指令输入后输出的情况（电机如何转动），使用回路增益这个用语。就是GAIN，获得和利益的意思。是输入和输出之比所解释的技术术语，现在直接使用增益来表示。,输入A,输出B,
15、系统,增益B/A,3、伺服的原理与组成,伺服驱动器,49,编码器,3、伺服的原理与组成,伺服电机,50,3、伺服的原理与组成,12bit,13bit,17bit,20bit,安川伺服全部为20bit,伺服电机,编码器,51,（2）绝对值编码器 在增量编码器上追加了绝对值数据，可以检测绝对旋转角度的编码器，因此如果使用绝对值编码器时，不必要进行“原点复位”,3、伺服的原理与组成,伺服电机,52,伺服能作些什么,3、伺服的原理与组成,伺服电机,53,各种的机械传动机构,1、齿轮+螺杆,2、联轴器+螺杆,54,伺服能作些什么,3、同步皮带+台形,4、旋转台,5、垂直结构,55,伺服能作些什么,6、齿轮齿条,7、滚筒,56
