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伺服原理及运动控制介绍2017

伺服电机控制跟变频器控制原理上的区别

伺服电机控制跟变频器控制原理上的区别 伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。变频是伺服控制的一个必须的内部环节,伺服驱动器中同样存在变频(要进行无级调速)。但伺服将电流环速度环或者位置环都闭合进行控制,这是很大的区别。除此外,伺服电机的构造与普通电机是有区别的,要满足快速响应和准确定位。现在市面上流通的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服,但这种电机受工艺限制,很难做到很大的功率,十几KW以上的同步伺服价格及其昂贵,这样在现场应用允许的情况下多采用交流异步伺服,这时很多驱动器就是高端变频器,带编码器反馈闭环控制。所谓伺服就是要满足准确、精确、快速定位,只要满足就不存在伺服变频之争。 两者的共同点: 交流伺服的技术本身就是借鉴并应用了变频的技术,在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的,也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节:变频就是将工频的50、60HZ的交流电先整流成直流电,然后通过可控制门极的各类晶体管(IGBT,IGCT等)通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的波形类似于正余弦的脉动电,由于频率可调,所以交流电机的速度就可调了(n=60f/p ,n转速,f频率,p 极对数) 二、谈谈变频器: 简单的变频器只能调节交流电机的速度,这时可以开环也可以闭环要视控制方式和变频器而定,这就是传统意义上的V/F控制方式。现在很多的变频已经通过数学模型的建立,将交流电机的定子磁场UVW3相转化为可以控制电机转速和转矩的两个电流的分量,现在大多数能进行力矩控制的著名品牌的变频器都是采用这样方式控制力矩,UVW每相的输出要加霍尔效应的电流检测装置,采样反馈后构成闭环负反馈的电流环的PID调节;ABB的变频又提出和这样方式不同的直接转矩控制技术,具体请查阅有关资料。这样可以既控制电机的速度也可控制电机的力矩,而且速度的控制精度优于v/f控制,编码器反馈也可加可不加,加的时候控制精度和响应特性要好很多。 三、谈谈伺服: 驱动器方面:伺服驱动器在发展了变频技术的前提下,在驱动器内部的电流环,速度环和位置环(变频器没有该环)都进行了比一般变频更精确的控制技术和算法运算,在功能上也比传统的变频强大很多,主要的一点可以进行精确的位置控制。通过上位控制器发送的脉冲序列来控制速度和位置(当然也有些伺服内部集成了控制单元或通过总线通讯的方式直接将位置和速度等参数设定在驱动器里),驱动器内部的算法和更快更精确的计算以及性能更优良的电子器件使之更优越于变频器。 电机方面:伺服电机的材料、结构和加工工艺要远远高于变频器驱动的交流电机(一般交流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机),也就是说当驱动器输出电流、电压、频率变化很快的电源时,伺服电机就能根据电源变化产生响应的动作变化,响应特性和抗过载能力远远高于变频器驱动的交流电机,电机方面的严重差异也是两者性能不同的根本。就是说不是变

伺服电机工作原理及和步进电机的区别

伺服电机工作原理及和步进电机的区别 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)。 什么是伺服电机?有几种类型?工作特点是什么? 答:伺服电动机又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,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.。 请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别? 答:交流伺服要好一些,因为是正弦波控制滚珠丝杆,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单,便宜。永磁交流伺服电动机20世纪80年代以来,随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展,永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展,各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向,使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后,世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。 永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较,主要优点有:⑴无电刷和换向器,因此工作可靠,对维护和保养要求低。⑵定子绕组散热比较方便。⑶惯量小,易于提高系统的快速性波纹管联轴器。⑷适应于高速大力矩工作状态。 ⑸同功率下有较小的体积和重量。 伺服和步进电机 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。 步进电机是一种离散运动的装置,它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号)弹性联轴器,但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°,五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机,其步距角为0.09°;德国百格拉公司(BERGER LAHR)生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例,对于带标准2500线编码器的电机而言,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳膜片联轴器,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点,便于系统调整。 三、矩频特性不同

伺服电机控制原理

伺服电机原理 一、交流伺服电动机 交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似。其定子上装有两个位置互差90°的绕组,一个是励磁绕组Rf,它始终接在交流电压Uf上;另一个是控制绕组L,联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。 交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性,无“自转”现象和快速响应的性能,它与普通电动机相比,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式:一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子,为了减小转子的转动惯量,转子做得细长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子,杯壁很薄,仅 0.2-0.3mm,为了减小磁路的磁阻,要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小,反应迅速,而且运转平稳,因此被广泛采用。 交流伺服电动机在没有控制电压时,定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场,转子静止不动。当有控制电压时,定子内便产生一个旋转磁场,转子沿旋转磁场的方向旋转,在负载恒定的情况下,电动机的转速随控制电压的大小而变化,当控制电压的相位相反时,伺服电动机将反转。 交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似,但前者的转子电阻比后者大得多,所以伺服电动机与单机异步电动机相比,有三个显著特点: 1、起动转矩大 由于转子电阻大,其转矩特性曲线如图3中曲线1所示,与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比,有明显的区别。它可使临界转差率S0>1,这样不仅使转矩特性(机械特性)更接近于线性,而且具有较大的起动转矩。因此,当定子一有控制电压,转子立即转动,即具有起动快、灵敏度高的特点。 2、运行范围较广 3、无自转现象 正常运转的伺服电动机,只要失去控制电压,电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后,它处于单相运行状态,由于转子电阻大,定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性(T1-S1、T2-S2曲线)以及合成转矩特性(T-S曲线)。 交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz,电压有36V、110V、220、380V;当电源频率为400Hz,电压有20V、26V、36V、115V等多种。 交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性,并且由于转子电阻大,损耗大,效率低,因此与同容量直流伺服电动机相比,体积大、重量重,所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。 二、交流伺服电动机原理 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

伺服驱动器的工作原理

伺服驱动器的工作原理 。速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。位置控制是通过发脉冲来控制的。具体采用什么控制方式要根据客户的要求,满足何种运动功能来选择。如果您对电机的速度、位置都没有要求,只要输出一个恒转矩,当然是用转矩模式。如果对位置和速度有一定的精度要求,而对实时转矩不是很关心,用转矩模式不太方便,用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的死循环控制功能,用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高,或者,基本没有实时性的要求,用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。就伺服驱动器的响应速度来看,转矩模式运算量最小,驱动器对控制信号的响应最快;位置模式运算量最大,驱动器对控制信号的响应最慢。对运动中的动态性能有比较高的要求时,需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢(比如PLC,或低端运动控制器),就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快,可以用速度方式,把位置环从驱动器移到控制器上,减少驱动器的工作量,提高效率(比如大部分中高端运动控制器);如果有更好的上位控制器,还可以用转矩方式控制,把速度环也从驱动器上移开,这一般只是高端专用控制器才能这么干,而且,这时完全不需要使用伺服电机。换一种说法是:

1、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,具体表现为例如10V对应5Nm的话,当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为 2、5Nm:如果电机轴负载低于 2、5Nm时电机正转,外部负载等于 2、5Nm时电机不转,大于 2、5Nm时电机反转(通常在有重力负载情况下产生)。可以通过实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受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中,例如饶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。 2、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。应用领域如数控机床、印刷机械等等。 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回馈以做运算用。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

通用运动控制技术现状、发展及其应用

作者:蒋仕龙吴宏吕恕龚小云(固高科技(深圳)有限公司深圳518057 )摘要:运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律,是推动新的产业革命的关键技术。运动控制器已经从以单片机或微处理器作为核心的运动控制器和以专用芯片(ASIC)作为核心处理器的运动控制器,发展到了基于PC 总线的以DSP 和FPGA 作为核心处理器的开放式运动控制器。运动控制技术也由面向传统的数控加工行业专用运动控制技术而发展为具有开放结构、能结合具体应用要求而快速重组的先进运动控制技术。基于网络的开放式结构和嵌入式结构的通用运动控制器逐步成为自动化控制领域里的主导产品之一。高速、高精度始终是运动控制技术追求的目标。充分利用DSP 的计算能力,进行复杂的运动规划、高速实时多轴插补、误差补偿和更复杂的运动学、动力学计算,使得运动控制精度更高、速度更快、运动更加平稳;充分利用DSP 和FPGA 技术,使系统的结构更加开放,根据用户的应用要求进行客制化的重组,设计出个性化的运动控制器将成为市场应用的两大方向。关键词:运动控制技术,运动控制器,点位控制,连续轨迹控制,同步控制 1 通用运动控制技术的发展现状运动控制起源于早期的伺服控制(Servomechanism)。简单地说,运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理,使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。早期的运动控制技术主要是伴随着数控(CNC)技术、机器人技术(Robotics)和工厂自动化技术的发展而发展的。早期的运动控制器实际上是可以独立运行的专用的控制器,往往无需另外的处理器和操作系统支持,可以独立完成运动控制功能、工艺技术要求的其他功能和人机交互功能。这类控制器可以成为独立运行(Stand-alone)的运动控制器。这类控制器主要针对专门的数控机械和其他自动化设备而设计,往往已根据应用行业的工艺要求设计了相关的功能,用户只需要按照其协议要求编写应用加工代码文件,利用RS232或者DNC 方式传输到控制器,控制器即可完成相关的动作。这类控制器往往不能离开其特定的工艺要求而跨行业应用,控制器的开放性仅仅依赖于控制器的加工代码协议,用户不能根据应用要求而重组自己的运动控制系统。通用运动控制器的发展成为市场的必然需求。由国家组织的开放式运动控制系统的研究始于1987 年,美国空军在美国政府资助下发表了著名的“NGC(下一代控制器)研究计划”,该计划首先提出了开放体系结构控制器的概念,这个计划的重要内容之一便是提出了“开放系统体系结构标准规格(OSACA)”。自1996年开始,美国几个大的科研机构对NGC 计划分别发表了相应的研究内容[3],如在美国海军支持下,美国国际标准研究院提出了“EMC(增强型机床控制器)”;由美国通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司提出和研制了“O MAC(开放式、模块化体系结构控制器)”,其目的是用更开放、更加模块化的控制结构使制造系统更加具有柔性、更加敏捷。该计划启动后不久便公布了一个名为“OMAC APT”的规范,并促成了一系列相关研究项目的运行。通用运动控制技术作为自动化技术的一个重要分支,在20 世纪90 年代,国际上发达国家,例如美国进入快速发展的阶段。由于有强劲市场需求的推动,通用运动控制技术发展迅速,应用广泛。近年来,随着通用运动控制技术的不断进步和完善,通用运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品,已经被越来越多的产业领域接受,并且它已经达到一个引人瞩目的市场规模。根据ARC 近期的一份研究,世界通用运动控制(General MotionControl GMC)市场已超过40 亿美元,并且有望在未来5 年内综合增长率达到6.3%。目前,通用运动控制器从结构上主要分为如下三大类:⑴基于计算机标准总线的运动控制器,它是把具有开放体系结构,独立于计算机的运动控制器与计算机相结合构成。这种运动控制器大都采用DSP 或微机芯片作为CPU,可完成运动规划、高速实时插补、伺服滤波控制和伺服驱动、外部I/O 之间的标准化通用接口功能,它开放的函数库可供用户根据不同的需求,在DOS 或WINDOWS 等平台下自行开发应用软件,组成各种控制系统。如美国Deltatau 公司的PMAC 多轴运动控制器和固高科技(深圳)有限公司的GT 系列运动控制器产品等。目前这种运动控制器是市场上的主流产品。⑵Soft 型开放式运动控制器,它提供给用户最大的灵活性,它的运动控制软件全部装在计算机中,而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O 之间的标准化通用接口。就像计算机中可以安装各种品牌的声

伺服电机工作原理

伺服电机的工作原理图 伺服电机工作原理——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。 1、永磁交流伺服系统具有以下等优点: (1)电动机无电刷和换向器,工作可靠,维护和保养简单; (2)定子绕组散热快; (3)惯量小,易提高系统的快速性; (4)适应于高速大力矩工作状态; (5)相同功率下,体积和重量较小,广泛的应用于机床、机械设备、搬运机构、印刷设备、装配机器人、加工机械、高速卷绕机、纺织机械等场合,满足了传动领域的发展需求。 永磁交流伺服系统的驱动器经历了模拟式、模式混合式的发展后,目前已经进入了全数字的时代。全数字伺服驱动器不仅克服了模拟式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等确定,还充分发挥了数字控制在控制精度上的优势和控制方法的灵活,使伺服驱动器不仅结构简单,而且性能更加的可靠。现在,高性能的伺服系统,大多数采用永磁交流伺服系统其中包括永磁同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。伺服驱动器有两部分组成:驱动器硬件和控制算法。控制算法是决定交流伺服系统性能好坏的关键技术之一,是国外交流伺服技术封锁的主要部分,也是在技术垄断的核心。 2、交流永磁伺服系统的基本结构 交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成,其结构组成如图1所示。其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。我们的交流永磁同步驱动器其集先进的控制技术和控制策略为一体,使其非常适用于高精度、高性能要求的伺服驱动领域,还体现了强大的智能化、柔性化是传统的驱动系统所不可比拟的。 目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心,其优点是可以实现比较复杂的控制算法,事项数字化、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,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。

伺服-运动控制卡的工作原理及其应用

伺服-运动控制卡的工作原理及其应用 作者:深圳众为兴数控 运动控制卡通常是采用专业的运动控制芯片或高速DSP 来满足一系列运动控制需求的控制单元,其可通过PCI 、PC104等总线接口安装到PC 和工业PC 上,可与步进和伺服驱动器连接,驱动步进和伺服电机完成各种运动(单轴运动、多轴联动、多轴插补等),接收各种输入信号(限位原点信号,sensor),可输出控制继电器、电磁阀、气缸等元件。用户可使用VC 、VB 等开发工具,调用运动控制卡函数库,快速开发出软件。 以一个通用的XYZ 三轴通用控制平台开发为例,此平台加上胶枪、刀具等模块后可用于点胶、切割等用途,运动控制卡采用深圳众为兴数控开发的ADT8940A1,ADT8940A1运动控制卡是一款经济实用型运动控制卡,4轴伺服/步进电机控制,最大脉冲输出频率为2MHz ,每轴均有位置反馈输入;可实现2-4轴直线插补,可实现XYZ 三轴插补,进行整体配合动作;带有40路隔离数字输入,16路隔离数字输出,可控制胶枪、刀具等模块;具有外部信号驱动、硬件缓存等功能,能满足绝大部分的4轴以下工作平台的运动控制需求。

ADT8940A1能驱动绝大多数的伺服驱动器。ADT8940A1运动控制卡采用脉冲的方式驱动伺服,脉冲数量决定伺服电机的转动圈数,脉冲频率决定伺服电机的转动速度,同时ADT8940A1卡能够将伺服电机的位置实时反馈给控制系统软件。可将伺服报警、伺服到位等信号接入ADT8940A1卡,实时反馈伺服状态。用输出可实现伺服的伺服使能和伺服报警清除等功能。我们XYZ轴采用丝杠传动方式的话,XY假如选用5mm间距的丝杠,将伺服的每转脉冲设置为10000,ADT8940A1控制卡控制精度为1个脉冲,机械的精度将可以达到 5mm/10000=0.0005mm;ADT8940A1控制卡的速度可达2000000脉冲/秒,伺服电机的转速可以高达12000转/分钟,XY轴的速度可达1000mm/s。为了使机械运行更平稳,运用ADT8940A1的硬件加减速功能,能在很短时间内从低速加速到高速,同时也在运动中改变速度,实现速度灵活控制,设置也很简单,只需用运动控制函数库中的 set_startv设置低速,set_speed设置高速,set_acc设置加速度即可

伺服电机内部结构及其工作原理

创作编号:BG7531400019813488897SX 创作者:别如克* 伺服电机内部结构

伺服电机工作原理

伺服电机原理 一、交流伺服电动机 交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组,一个是励磁绕组Rf,它始终接在交流电压Uf上;另一个是控制绕组L,联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。 交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性,无“自转”现象和快速响应的性能,它与普通电动机相比,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式:一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子,为了减小转子的转动惯量,转子做得细长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子,杯壁很薄,仅0.2-0.3mm,为了减小磁路的磁阻,要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小,反应迅速,而且运转平稳,因此被广泛采用。 交流伺服电动机在没有控制电压时,定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场,转子静止不动。当有控制电压时,定子内便产生一个旋转磁场,转子沿旋转磁场的方向旋转,在负载恒定的情况下,电动机的转速随控制电压的大小而变化,当控制电压的相位相反时,伺服电动机将反转。 交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似,但前者的转子电阻比后者大得多,所以伺服电动机与单机异步电动机相比,有三个显著特点: 1、起动转矩大 由于转子电阻大,其转矩特性曲线如图3中曲线1所示,与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比,有明显的区别。它可使临界转差率S0>1,这样不仅使转矩特性(机械特性)更接近于线性,而且具有较大的起动转矩。因此,当定子一有控制电压,转子立即转动,即具有起动快、灵敏度高的特点。 2、运行范围较广 3、无自转现象 正常运转的伺服电动机,只要失去控制电压,电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后,它处于单相运行状态,由于转子电阻大,定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性(T1-S1、T2-S2曲线)以及合成转矩特性(T-S曲线)交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz,电压有36V、110V、220、380V;当电源频率为400Hz,电压有20V、2 6V、36V、115V等多种。

伺服驱动器的工作原理资料

伺服驱动器的工作原理 随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用全数字式交流伺服电机作为执行电动机。在控制方式上用脉冲串和方向信号实现。 一般伺服都有三种控制方式:速度控制方式,转矩控制方式,位置控制方式。 速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。位置控制是通过发脉冲来控制的。具体采用什么控制方式要根据客户的要求,满足何种运动功能来选择。 如果您对电机的速度、位置都没有要求,只要输出一个恒转矩,当然是用转矩模式。 如果对位置和速度有一定的精度要求,而对实时转矩不是很关心,用转矩模式不太方便,用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的死循环控制功能,用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高,或者,基本没有实时性的要求,用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。就伺服驱动器的响应速度来看,转矩模式运算量最小,驱动器对控制信号的响应最快;位置模式运算量最大,驱动器对控制信号的响应最慢。 对运动中的动态性能有比较高的要求时,需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢(比如PLC,或低端运动控制器),就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快,可以用速度

方式,把位置环从驱动器移到控制器上,减少驱动器的工作量,提高效率(比如大部分中高端运动控制器);如果有更好的上位控制器,还可以用转矩方式控制,把速度环也从驱动器上移开,这一般只是高端专用控制器才能这么干,而且,这时完全不需要使用伺服电机。换一种说法是: 1、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,具体表现为例如10V 对应5Nm的话,当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转,外部负载等于2.5Nm时电机不转,大于2.5Nm时电机反转(通常在有重力负载情况下产生)。可以通过实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受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中,例如饶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。 2、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。应用领域如数控机床、印刷机械等等。 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

运动控制新技术及其应用

运动控制的发展,前景,及其应用 运动控制技术的产生与发展现状 早期的运动控制技术主要是伴随着数控技术(CNC)、机器人技术(Robotics)和工厂自动化技术的发展而发展的。最初的运动控制器实际上是可以独立运行的专用控制器,往往无需另外的处理器和操作系统支持,可以独立完成运动控制功能、工艺技术要求的其他功能和人机交互功能。这类控制器可以成为独立运行(Stand-alone)的运动控制器,主要针对专门的数控机械和其他自动化设备而设计,往往已根据应用行业的工艺要求设计了功能,用户只需要按照其协议要求编写应用加工代码文件,利用RS232或者DNC方式传输到控制器,控制器即可完成相关的动作。但这类控制器往往不能离开其特定的工艺要求而跨行业应用,控制器的开放性仅仅依赖于控制器的加工代码协议,用户不能根据应用要求而重组自己的运动控制系统。通用运动控制器的发展成为市场的必然需求。1987年,美国政府组织开放式运动控制系统的研究,即下一代控制器(NGC)研究计划。该计划首先提出了开放体系结构控制器的概念,制定了/开放系统体系结构标准规格(OSACA)0。自1996年开始,美国几个大的科研机构对NGC计划分别发表了相应的研究成果,如美国国际标准研究院研制的/增强型机床控制器(EMC)0。美国通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司研制的/开放式、模块化体系结构控制器(OMAC)0,其目的是用更加开放、更加模块化的控制结构使制造系统更加柔性、更加敏捷。近年来,随着运动控制技术的不断进步和完善,运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品,已经被越来越多的产业领域接受,并且已经达到一个引人瞩目的市场规模。我国在运动控制器产品开发方面相对滞后, 1999年固高科技有限公司开始开发、生产开放式运动控制器,随后,国内又有其他几家公司进入该领域,但实际上,其大多是在国内推广国外生产的运动控制器产品,真正进行自主开发的公司较少。本文主要介绍了全闭环交流伺服驱动技术(Full Closed AC Servo)、直线电机驱动技术(Linear Motor Driving)、可编程序计算机控制器(Programmable Computer Controller,PCC)和运动控制卡(Motion Controlling Board)等几项具有代表性的新技术。 1 全闭环交流伺服驱动技术 在一些定位精度或动态响应要求比较高的机电一体化产品中,交流伺服系统的应用越来越广泛,其中数字式交流伺服系统更符合数字化控制模式的潮流,而且调试、使用十分简单,因而被受青睐。这种伺服系统的驱动器采用了先进的数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP),可以对电机轴后端部的光电编码器进行位置采样,在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统,并充分发挥DSP的高速运算能力,自动完成整个伺服系统的增益调节,甚至可以跟踪负载变化,实时调节系统增益;有的驱动器还具有快速傅立叶变换(FFT)的功能,测算出设备的机械共振点,并通过陷波滤波方式消除机械共振。一般情况下,这种数字式交流伺服系统大多工作在半闭环的控制方式,即伺服电机上的编码器反馈既作速度环,也作位置环。这种控制方式对于传动链上的间隙及误差不能克服或补偿。为了获得更高的控制精度,应在最终的运动部分安装高精度的检测元件(如光栅尺、光电编码器等),即实现全闭环控制。比较传统的全闭环控制方法是:伺服系统只接受速度指令,完成速度环的控制,位置环的控制由上位控制器来完成(大多数全闭环的机床数控系统就是这样)。这样大大增加了上位控制器的难度,也限制了伺服系统的推广。目前,国外已出现了一种更完善、可以实现更高精度的全闭环数字式伺服系统,使得高精度自动化设备的实现更为容易。 该系统克服了上述半闭环控制系统的缺陷,伺服驱动器可以直接采样装在最后一级机械运动部件上的位置反馈元件(如光栅尺、磁栅尺、旋转编码器等),作为位置环,而电机上的编码器反馈此时仅作为速度环。这样伺服系统就可以消除机械传动上存在的间隙(如齿轮间隙、丝杠间隙等),补偿机械传动件的制造误差(如丝杠螺距误差等),实现真正的全闭环位置控

我司液压伺服控制系统的控制原理

概述 随着国内经济的高速发展,塑料制品行业对高速,高精密注塑机的需 求量与日剧增,而液压机高速,精密成型的保证,就是一必须拥有合 理而高刚性的锁模和射胶机构,二它必须拥有强劲的动力和反应灵敏 而精确的液控系统。其中,液压伺服控制系统是使执行元件以一定的 精度自动地按照输入信号的变化规律而动作的一种自动控制系统。其 可从不同的角度加以分类,按输出的物理量分类,有位置伺服系统, 速度伺服系统,力(或压力)伺服系统等;按控制信号分类,有机液 伺服系统,电液伺服系统,气液伺服系统;按控制元件分类,有阀控 系统和泵控系统两大类。下面,我们讨论阀控伺服系统。阀控伺服系 统主要由压力传感器,位置传感器,控制器和伺服阀等构成一个闭环 的系统,按系统的需求来分别做到或按序做到速度伺服控制,位置伺 服控制和压力伺服控制。最终,达到系统的要求和重复精度。 如图,传感器与控制卡(也可集成在塑机工控电脑中),伺服阀的有 机组合,就形成了一个闭环控制系统,随着系统工作情况要求的不同,来实现不同的伺服控制。在注射过程,注射到终点前,注射速度较为 重要,则此系统以速度闭环控制为主,控制器对位置传感器高频采样,测出活塞的瞬时速度与塑机电脑要求的速度对比,再发出调整后的信 号给伺服阀。最终,使活塞的运动速度达到塑机电脑要求的速度。进 入快到射胶终点,保压和熔胶背压阶段,这时压力较为重要,则此系 统以压力闭环控制为主,装在射胶油缸两侧的压力传感器传回的信号 起主要作用,控制卡将其与塑机电脑给出的压力信号对比,来调整给 伺服阀的信号,最终,使注射腔的压力值与设定值相同。在塑机电脑

没有发出任何指令的情况下,此时位置保持就比较重要,所以,系统 这时会主要进行位置闭环的控制。同理,在锁模油缸伺服控制的情形下,也是如此按顺序控制,锁模开始,快速移模可作速度闭环控制, 模具快合上时,切换到位置控制,有快速锁模到锁模油缸活塞停止的 位置之间的转换也是可控的,最后,模具合上时,切换的压力控制。 上述只是某种工艺要求下的伺服控制逻辑,随着不同的要求,控制的 逻辑,种类也都不尽相同,但是,其控制理念,是相同的。最终的目的,都是为了精确,迅速的达到塑机电脑的指令要求和保证动作的重 复精度。 下面对伺服闭环控制系统各组成部分作简单介绍。 传感器 任何好的系统,都必须具有迅捷,准确的感知部件,只有及时,准确 的监测执行机构当前所处的状态,控制器才能主动地发出新的指令, 来调整执行机构的运动,使之接近控制电脑所要求的运动状态。因此,全方位的了解执行机构,是伺服系统的必备条件。主要由压力,位置 等传感器来共同构成准确,及时的跟踪监测系统。传感器的固有特性,包括线性,最大采样频率,抗干扰能力等都对准确,及时地感知有重 要影响。 伺服阀 伺服系统中最重要,最基本的组成部分,它起着信号转换,功率放大 及反馈等控制作用。常见的伺服阀有直动式阀(滑阀),射流管先导 级伺服比例阀喷嘴挡板阀伺服电磁阀等。下面简单介绍它们的结构原 理及特点。 *直动式阀 将一与所期望的阀芯位移成正比的电信号输入阀内放大电路,此信号 将转换成一个脉宽调制电流作用在线性马达上,力马达产生推力推动 阀芯产生一定的位移。同时激励器激励阀芯位移传感器产生一个与阀 芯实际位移成正比的电信号,解调后的阀芯位移信号与输入指令信号 进行比较,比较后得到的偏差信号将改变输入至力马达的电流大小; 直到阀芯位移达到所需值。阀芯位移的偏差信号为零。最后得到的阀

运动控制

运动控制系统课程设计 一、目的和意义 1.学会针对某个电机控制系统功能模块或整个控制系统进行设计与实现; 2.进一步加深对课堂教学内容的理解,了解典型的电机控制系统基本控制原理和结构; 3.掌握基本的调试方法,提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和工程实践技能。 二、实验设备 计算机、MATLAB软件 三、实习任务 (1)学习交、直流伺服系统的一般设计方法,具备初步的独立设计能力; (2)学会查阅技术资料和手册,合理选用设计方案; (3)初步掌握伺服系统调试的基本技能; (4)提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的工程应用能力;四.实习内容 1.位置闭环控制调节器的设计与调试 2.交流调速系统模型的搭建与仿真 3.直流调速系统模型的搭建与仿真 五、实验步骤 (一)位置闭环控制调节器的设计与调试 1.位置控制的基本原理 位置控制是以速度和转矩控制为基础的,典型的位置伺服系统式三重闭环的结构,即位置环、速度环和电流环。位置控制系统以速度环、电流环作为内环,位置环为外环,这就说明位置控制系统与调速控制系统式密切相关的。对于位置控制系统的性能指标,也可以分为动态和稳态两个方面。可以认为,位置控制系统的动态性能基本上是由丙环来保证的,而稳态精度则主要靠外环来实现。对于

丙环的要求是希望有足够的调速范围、快且平稳的起、制动性能,转速尽量不受负载变化、电源电压波动及环境温度等干扰因素的影响。而对外环则要求有足够的位置控制精度、位置跟踪精度、足够快的跟踪速度、位置保持的能力等。2.位置闭环控制调节器原理图 参数设置:Kaff=0,Kvff=0.9 ,Kpp=20,Kdp=0.5 ,Kip=0 3.仿真波形 (二)交流调速系统模型的搭建与仿真

运动控制原理与应用笔记

运动控制原理与实践》学习笔记(一)徐声远2011年10年16日 1、运动控制过程中脑神经细胞及分工:大脑、小脑、丘脑、脑干等,其中最复杂的部分仍由大脑进行程序控制。运动控制越精细,越复杂,难度越大,参与的神经细胞数量就越多,细胞越健壮,神经细胞的的网状结构越健全。 2、运动控制的原理: 有关运动控制的过程是多神经、多肌肉系统协同工作的复杂过程。其运动反射的建立是生命成长过程中反复学习和不断强化记忆的结果。与此相反,已经建立的运动控制,如不运动也会随时间和老龄而逐渐衰退(一日不练自己知道,三日不练同行知道,十日不练观众知道。) 3、神经细胞的可塑性及神经修复机理: 中风初期一些脑神经细胞受水肿压迫可暂失功能,水肿消失后可能恢复功能。受损细胞周围的神经细胞可产生“反应性突触再生,再生出芽,继而侧支发芽”,并与其它神细胞建立新的连接,完成神经的修复。大脑或修复过程中可用仪器捡测到对应的脑部供血增加,温度增高(是一个具体的物理化学过程)。 神经细胞的二次损伤:神经细胞传导“链”因受损中断,链上的健康神经细胞随时间推移会渐渐失去功能(用进废退,康复越早效果越好)。 康复冶疗的介入时间:早期介入康复训练有利于后期恢复(三日至七日之后),但过早训练也可能加重脑部的损坏(一周内,因受伤组织还未稳定时,过早活动患部可增加出血和水肿)。 4、运动康复训练:中风后的运动康复训练不是一个简单的恢复记忆、排异或打通经络的过程,是一个类似婴儿学步的复杂的再学习过程,其中包括完成动作,调节平衡,观察环境,规避危险,安全保护,效果评估和动作改进等环节,其每一个动作的恢复都涉及全身的肌肉、神经、感官及大脑思维联系的重建。这是在医生指导下患者通过努力自救的过程。不可依赖医生,不要指望神医,不要等待奇迹出现,要靠自己的意志,靠自己的努力,在医生指导下通过系统认真的训练创造奇迹。 健肢训练与患肢训练具有同样的重要性。训练中限制键肢训练患肢可促进患肢恢复。对于一部分患者需要通过训练健肢取代患肢并成为优势肢(如用左手写字)。 肢体康复的过程是先大关节(近心端),后小关节(远心端)。上肢康复顺序为先肩、后肘、再腕,最后才是手指。 重力辅助训练:康复训练初期,患肢力量小,感觉不灵敏,可采用重力辅助法,用微小力量和微弱感觉控制肢体做大幅度的运动,帮助患者找到运动控制的感觉,加速运动反射过程的建立。如,上肢自然竖立,控制不同方向的倾倒或抗倾倒,上肢自然下垂,控制不同方向的摆动和转动等。康复

伺服电机工作原理

伺服电机工作原理

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伺服电机的工作原理图 伺服电机工作原理——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。 1、永磁交流伺服系统具有以下等优点: (1)电动机无电刷和换向器,工作可靠,维护和保养简单; (2)定子绕组散热快; (3)惯量小,易提高系统的快速性; (4)适应于高速大力矩工作状态; (5)相同功率下,体积和重量较小,广泛的应用于机床、机械设备、搬运机构、印刷设备、装配机器人、加工机械、高速卷绕机、纺织机械等场合,满足了传动领域的发展需求。 永磁交流伺服系统的驱动器经历了模拟式、模式混合式的发展后,目前已经进入了全数字的时代。全数字伺服驱动器不仅克服了模拟式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等确定,还充分发挥了数字控制在控制精度上的优势和控制方法的灵活,使伺服驱动器不仅结构简单,而且性能更加的可靠。现在,高性能的伺服系统,大多数采用永磁交流伺服系统其中包括永磁同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。伺服驱动器有两部分组成:驱动器硬件和控制算法。控制算法是决定交流伺服系统性能好坏的关键技术之一,是国外交流伺服技术封锁的主要部分,也是在技术垄断的核心。 2、交流永磁伺服系统的基本结构 交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成,其结构组成如图1所示。其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。我们的交流永磁同步驱动器其集先进的控制技术和控制策略为一体,使其非常适用于高精度、高性能要求的伺服驱动领域,还体现了强大的智能化、柔性化是传统的驱动系统所不可比拟的。 目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心,其优点是可以实现比较复杂的控制算法,事项数字化、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,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。

伺服控制系统(设计)

第一章伺服系统概述 伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。在伺服系统中,输出量能够自动、快速、准确地跟随输入量的变化,因此又称之为随动系统或自动跟踪系统。机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。 近年来,随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高,伺服技术已迎来了新的发展机遇,伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步电机、感应电机为伺服电机的新一代交流伺服系统。 目前,伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用,而且在许多高科技领域,如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性制造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。 1.1伺服系统的基本概念 1.1.1伺服系统的定义 “伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作,即控制信号到来之前,被控对象时静止不动的;接收到控制信号后,被控对象则按要求动作;控制信号消失之后,被控对象应自行停止。 伺服系统的主要任务是按照控制命令要求,对信号进行变换、调控和功率放大等处理,使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。 1.1.2伺服系统的组成 伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它由检测部分、误差放大部分、部分及被控对象组成。

1.1.3伺服系统性能的基本要求 1)精度高。伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。 2)稳定性好。稳定是指系统在给定输入或外界干扰的作用下,能在短暂的调节过程后,达到新的或者恢复到原来的平衡状态。 3)快速响应。响应速度是伺服系统动态品质的重要指标,它反映了系统的跟踪精度。 4)调速范围宽。调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。 5)低速大转矩。在伺服控制系统中,通常要求在低速时为恒转矩控制,电机能够提供较大的输出转矩;在高速时为恒功率控制,具有足够大的输出功率。 6)能够频繁的启动、制动以及正反转切换。 1.1.4 伺服系统的种类 伺服系统按照伺服驱动机的不同可分为电气式、液压式和气动式三种;按照功能的不同可分为计量伺服和功率伺服系统,模拟伺服和功率伺服系统,位置伺服、速度伺服和加速度伺服系统等。 电器伺服系统根据电气信号可分为直流伺服系统和交流伺服系统两大类。交流伺服系统又有感应电机伺服系统和永磁同步电机伺服系统两种。 1.2 伺服系统的发展过程 伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程,电器伺服系统的发展则与伺服电机的不同发展阶段具有紧密的联系,伺服电机至今已有50多年的发展历史,经历了三个主要发展阶段。 第一发展阶段(20世纪60年代以前):此阶段是以步进电动机驱动的液压伺服马达或以功率步进电动机直接驱动为中心的时代,伺服系统的位置控制多为

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