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1、通用伺服驱动器的应用 一、伺服电机结构 二、伺服驱动器的工作原理 三、驱动器增益参数调整 四、速度伺服与转矩伺服 五、驱动器电子齿轮比一、伺服电机的结构 伺服电机 伺服，就是跟随的意思；伺服电机就是希 望电机依照指令信号进行位置速度或转矩 的跟随控制。 伺服电机系统分为两部分：伺服驱动器和 伺服电机。伺服驱动器 伺服电机必须有驱动器才能运转。 通用交流伺服电机驱动器依据控制方法分 为三种控制信号模式：位置伺服，速度伺 服，转矩伺服。其中较通用的控制方法是 位置伺服和速度伺服。 一般小型PLC控制器常用位置伺服控制模块 ，中大型或专用控制器才有速度伺服模块 可选用；另外还有一些针对特殊应用开发
2、的伺服电机专用控制器。伺服电机 小型交流伺服电机一般采用永磁同步电机作为 动力源。 同步电机：转子旋转速度与旋转磁场速度同步 的电机。 一般同步电机是无法自行启动的，必须加启动 器或变频器作加速启动。 同步电机与感应电机不同，不需要转子感应定 子磁场产生激磁电流，因此不产生转差，无法 自行启动，所以同步电机不是同步旋转就是失 步不转。编码器 为了达到伺服的目的，在电机输出轴同轴上装 上编码器。 原理：编码器与电机同步旋转，转动时将编码 信号送回驱动器，驱动器根据信号判断电机的 转向、转速、位置是否正确，然后调整驱动器 输出的电源频率和电流大小。 编码器所反馈的脉冲信号是4倍的单相脉冲， 所以我
3、们看到的伺服电机转速或位置的分辨率 是由编码器每圈单相脉冲的4倍决定的。 注意：当标注电机编码器分辨率时，必须分清 楚是脉冲数还是乘上4倍的分辨率。驱动器的制动阻抗 伺服电机加速旋转时相当于电机，减速旋 转时相当于发电机。当电机转为发电机时 ，驱动器必须将多余的电流转成热能消耗 掉，消耗的方法就是加制动阻抗。 大功率伺服电机驱动器一般都外加制动阻 抗。 注意：已配合制动时间选定的制动阻抗规 格容量，不会因阻抗容量的增加就改变制 动效果。伺服驱动器的接线 伺服驱动器接线时注意：伺服驱动器输出 端必须是多相输出，为三相输出电压和接 地线。 私服电机输出动力相序接错时：伺服电机 不反转而是根本无法启
4、动。 禁止将市用电源直接接上电机。二、伺服驱动器的工作原理 伺服驱动器的主要工作任务：驱动电机正 确跟随指令工作。 驱动器是由编码器送回的数据进行控制修 正工作。 完整的伺服电机驱动器应包含：位置控制 单元、速度控制单元、驱动单元。位置控制单元 目的：为修正位置而改变速度指令。 主要结构：偏差计数器、比例控制器。 偏差计数器：将指令脉冲与编码器反馈的脉冲 数进行比较称为偏差计数。 位置控制单元采用比例控制系统，所以伺服电 机驱动器必须设置位置比例增益参数。位置比 例参数设定越大，控制反应越激烈，称之刚性 较硬;反之称为刚性较软。 位置控制单元的输入物理量和输出物理量是不 同的，输入量是位置的偏
5、差量；输出量被转换 为速度的量。速度控制单元 目的：为稳定输出速度。 速度控制单元是PID控制器的应用 P(比例) I(积分) D(微分)。 主要结构：比例控制器、积分控制器、微 分控制器。 所以有三个可调参数：速度比例增益参 数、速度积分增益参数、速度微分增益参 数。 市面上有PI控制器PID控制器，无PD控制 器。驱动单元 功能：接受速度控制单元的指令，驱动电 机旋转。 驱动单元基本上就是一个变频器系统。三、驱动器增益参数调整 驱动器增益参数调整模式分为：自动、手 动。 可先选用自动模式调整，必要时再手动调 整 手动模式步骤： 速度积分增益参数、速度微分增益参数调 零；调整速度比例增益参数
6、； 调整速度积分增益参数； 调整速度微分增益参数； 调整位置比例增益参数。增益参数对系统的影响 比例增益参数超过临界值：系统将变成不 稳定的振荡状态，伺服电机转速忽快忽 慢。 积分增益参数：调整它就是调整速度修正 量的幅度大小，修正幅度过大时同样会产 生不稳定状态。 微分增益参数太大：因修正量太大，电机 转速虽然平稳，但影响效率。 伺服系统参数的调整受机构特性和负载系 统的影响。 即使私服系统结构完全相同，经过不同安 装过程所产生的系统参数也将不同。所以 参数经验值只能参考，不能照搬。四、速度伺服与转矩伺服速度伺服 速度伺服：就是将位置控制单元的工作由 驱动器移至控制器工作，控制器送出的信 号
7、变成速度的电压模拟信号，伺服编码器 反馈回来的信号送至控制器运算。 速度伺服控制器端可由反馈的脉冲计算出 电机的实际位置；而位置伺服控制器中位 置计算完全是以内部计数器来完成的。转矩伺服 转矩伺服：就是将伺服电机的输出转矩最 大值由外部信号限制在限制值内，电机的 运转速度也限制在限制值内；当负载转矩 小于限制转矩时，电机以限制速度旋转。 转矩伺服与位置和速度伺服的区别：转矩 伺服不会因为转速异常或过电流而警报、 停止旋转。 转矩伺服常用于转轴卷取，如钢板卷绕。 因为其在极低速下也能有转矩输出。五、驱动器电子齿轮比 位置伺服驱动器必须有电子齿轮比功能， 才能顺利的与伺服控制器配合。 电子齿轮比一
8、般分成分母与分子两项参数 设定。电子齿轮设定按目的可分为两种 以电机最高转速为目的 要求速度表现，对应于分辨率较不要求。 注意：不可只追求速度而完全忽略分辨率。 以机构分辨率为目的 对加工精度的要求优先于进给速度;此时不可 任意放大控制器输出脉冲频率，不然将影 响分辨率。 注意：设定后的旋转速度不得大于电机额 定转速。计算误差 电子齿轮比设定中有计算误差产生 只要电子齿轮比分母或分子不为1，必定有 计算误差。但是，只要使用周期内误差不 累积至公差范围外 ，系统就仍可使用。 减少计算误差的方法： 提高电机分辨率 以45为旋转单位不会产生计算误差速度伺服驱动器无电子齿轮 电子齿轮比只存在于位置伺服驱动器。 原因：速度伺服驱动器将位置控制单元移 至伺服控制器操作，相对减少了电子齿轮 带来的计算误差问题。伺服电机分辨率差异 伺服电机每圈脉冲数可分为两类： 脉冲数为2的指数型此类型在英制单位设计机构中，移动量计 算较容易，计算误差较小。 脉冲数为1000的倍数型此类型在公制单位设计机构中，移动量计 算较容易，计算误差较小。谢谢
