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1、伺服馬達控制理論與實務,Outline,何謂伺服系統？ 伺服馬達的結構 常見的迴授元件 馬達驅動原理 控制與應用,何謂伺服系統？,伺服原理 伺服(Servo) Servo的語原出至於拉丁語 Servus (英文為:Slave奴隸) 奴隸的功用是忠實的尊崇主人的命令從事勞力的工作，也就是依指令確實執行動作之驅動裝置，能夠靈敏動作且高精度到達所需之命令，時常確認自我狀態 具有上述之功能，我們稱之為,伺服裝置,何謂伺服系統？,常見的應用,機器手臂,加工機,搬送機械,伺服馬達的結構,表面磁石型永磁無刷馬達,伺服馬達的結構,永磁無刷馬達,優勢 高效率，高功率密度 高短時間鋒值力矩容量 低轉子損失 良好的
2、動態力矩控制 缺點 耐高溫容量被磁石限制 較高的成本在磁石上,無刷DC 梯形反電動勢/方形相電流波形驅動 無刷AC 弦波反電動勢/弦波相電流波形驅動,伺服馬達的結構,永磁無刷馬達的運作原理,常見的迴授元件,位置、轉速感測器 光學式編碼器 原理係利用坡璃盤與光電感測器，感測光線的通過/阻斷來達成。 光源在坡璃盤的一側上，光電感測器在對面安置因為馬達軸轉動，光電感測器的數位輸出，倚賴脈波的數量，準確的量測軸端的位置與速度的變化。,常見的迴授元件,位置、轉速感測器 增量型編碼器 兩組四相限的方波信號(A、B相，相差90信號)，來解析位置與旋轉方向,常見的迴授元件,位置、轉速感測器 絕對型編碼器 可將
3、軸端的角度0360分解編碼成二進制碼，或是葛雷碼。,常見的迴授元件,位置、轉速感測器 SIN/COS encoder 混和增量型與絕對型編碼器 光學圖形以”類比”的方式呈現，一回轉出現sin/cos的類比信號，並且經由外部解析出起始的絕對位置。 最外圈的增量型在之後使用。,常見的迴授元件,位置、轉速感測器 RESOLVER 轉子線圈注入高頻正弦信號(10KHz)，透過空間安排正交的定子線圈感應出電壓。 兩組空間安排正交的定子線圈，因為轉子轉動，而調變輸出電壓。 輸出電壓透過解調器可以得到轉子的角度與速度。,常見的迴授元件,電流感測器 Hall Effect Device,經由一次測電流的磁束產
4、生霍爾電壓並經由適當的放大成為輸出電壓。,馬達驅動原理,驅動基本架構,馬達驅動原理,驅動基本架構,馬達驅動原理,變頻器與波寬調變原理 利用三角波作為載波，以比較器比較輸入信號與載波信號大小來產生功率晶體切換的信號，其責任週期(duty cycle)乘上直流側電壓大小就是輸出電壓之平均電壓大小。,馬達驅動原理,正弦波寬調變策略,馬達驅動原理,座標轉換,馬達驅動原理,永磁馬達d-q軸模式,馬達驅動原理,三相交流永磁式同步馬達的向量控制 將定子電流分解成id及iq，永磁馬達所產生的電磁轉矩與定子電流在垂直磁通方向的分量(iq)成正比，使定子電流向量全部置於q軸上，即可得到最大的轉矩，使控制方式類似永
5、磁式直流電機,馬達驅動原理,三相交流永磁式同步馬達的向量控制 永磁式同步馬達的同步旋轉座標的數學模式,馬達驅動原理,三相交流永磁式同步馬達的向量控制 向量控制下的方塊圖，由於轉子為永久磁鐵，其磁通已為定值，因此令id為零，馬達的轉矩由iq控制。,馬達驅動原理,向量控制結果,控制與應用,AC伺服馬達的要求特性 主要動作為：加速、移動、減速、定位 高頻度定位控制，定位時間盡量縮短 對於連續額定，瞬間動作的最大輸出比率要大 相對於馬達本體的轉動慣量值，可輸出的轉矩要大 低速與停止時要有很大的保持(Holding)轉矩,控制與應用,AC伺服系統基本控制架構,位置 控制器,+,-,SVPWM 調變,馬達
6、,RE,位置命令 （脈波）,位置誤差,轉速命令,位置檢出,位置脈波數,伺服驅動器,速度 控制器,電流 控制器,+,-,+,-,力矩命令,電流迴授,速度迴授,速度 估測器,控制與應用,位置控制 依據脈波指令，控制馬達的旋轉角度(位置)及旋轉速度(移動速度)。 馬達旋轉角度(位置)由輸入的脈波指令數來決定 輸入指令Pulse數=位置回授Pulse數=(PG Pulse數/rev)X(馬達旋轉量) 馬達旋轉速度(移動速度)由輸入的脈波頻率來決定 輸入指令Pulse數=位置回授Pulse數=(PG Pulse數/rev)X(馬達旋轉速度) 馬達停止中利用位置回授將目前的位置以電氣式的煞車(servo clamp)保持,控制與應用,速度控制 依據電壓輸入電壓作無段變速,控制與應用,力矩控制 依據輸入電壓命令控制馬達流過的電流，即控制馬達產生的轉矩。,半徑r(m)與力(F)的乘積就是馬達的旋轉力。,控制與應用,常見的控制方式 開回路控制 半閉回路控制,控制與應用,常見的控制方式 全閉回路控制,控制與應用,應用上的配置,CNC Controller,PLC,Industrial Computer,Servo Driver,Servo Motor,滾珠螺桿,減速機,傳動皮帶,機台,控制與應用,應用範圍,機器手臂,PCB切割機,自動點膠機,加工機,繞線機,搬送機械,Thanks,Q&A,
