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南調(diào)機(jī)電設(shè)備——伺服驅(qū)動(dòng)器的基本要求
伺服驅(qū)動(dòng)器
1、調(diào)速范圍寬
2、定位精度高
3、有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性
4、快速響應(yīng),無超調(diào)
為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量,除了要求有較高的定位精度外,還要求有良好的快速響應(yīng)特性,即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快,因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí),要求加、減加速度足夠大,縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間,減小輪廓過渡誤差。
5、低速大轉(zhuǎn)矩,過載能力強(qiáng)
一般來說,伺服驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)分鐘甚至半小時(shí)內(nèi)1.5倍以上的過載能力,在短時(shí)間內(nèi)可以過載4~6倍而不損壞。
6、可靠性高
要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好,具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。
對(duì)電機(jī)的要求
1、從速到速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小,尤其在低速如0.1r/min或更低速時(shí),仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。
2、電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過載能力,以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4~6倍而不損壞。
3、為了滿足快速響應(yīng)的要求,電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。
4、電機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。
南調(diào)機(jī)電設(shè)備——伺服的三個(gè)環(huán)控制
伺服電機(jī)一般為三個(gè)環(huán)控制,所謂三環(huán)就是3個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。內(nèi)的PID環(huán)就是電流環(huán),此環(huán)完全在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部進(jìn)行,通過霍爾裝置檢測(cè)驅(qū)動(dòng)器給電機(jī)的各相的輸出電流,負(fù)反饋給電流的設(shè)定進(jìn)行PID調(diào)節(jié),從而達(dá)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(jī)轉(zhuǎn)矩的,所以在轉(zhuǎn)矩模式下驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)算,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。
第2環(huán)是速度環(huán),通過檢測(cè)的電機(jī)編碼器的信號(hào)來進(jìn)行負(fù)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(shí)就包含了速度環(huán)和電流環(huán),換句話說任何模式都必須使用電流環(huán),電流環(huán)是控制的根本,在速度和位置控制的同時(shí)系統(tǒng)實(shí)際也在進(jìn)行電流(轉(zhuǎn)矩)的控制以達(dá)到對(duì)速度和位置的相應(yīng)控制。
第3環(huán)是位置環(huán),它是外環(huán),可以在驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)編碼器間構(gòu)建也可以在外部控制器和電機(jī)編碼器或終負(fù)載間構(gòu)建,要根據(jù)實(shí)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(jìn)行了所有3個(gè)環(huán)的運(yùn)算,此時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)算量,動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度也慢。
南調(diào)機(jī)電設(shè)備——伺服驅(qū)動(dòng)器的作用
伺服驅(qū)動(dòng)器是驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)使設(shè)備產(chǎn)生動(dòng)力而正常運(yùn)轉(zhuǎn),它的功能細(xì)分的話有很多種,而隨著品牌的不同功能性也不盡相同。類似科峰 自 動(dòng)化的伺服電機(jī)功能相對(duì)較多,盤點(diǎn)一下大致有以下幾個(gè)方面:
1、參數(shù)分組化設(shè)置、控制模式再線任意切換;
2、控制電源交流輸入、可設(shè)置的寬電壓輸入;
3、瞬間掉電快速停機(jī)保護(hù)功能;
4、再生制動(dòng)、動(dòng)態(tài)制動(dòng)功能;
5、系統(tǒng)電壓監(jiān)控,低壓警告功能;
6、調(diào)試軟件支持參數(shù)管理、監(jiān)控、示波器功能。
驅(qū)動(dòng)器方面:伺服驅(qū)動(dòng)器在發(fā)展了變頻技術(shù)的前提下,在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電流環(huán),速度環(huán)和位置環(huán)(變頻器沒有該環(huán))都進(jìn)行了比一般變頻更的控制技術(shù)和算法運(yùn)算,在功能上也比傳統(tǒng)的變頻強(qiáng)大很多,主要的一點(diǎn)可以進(jìn)行的位置控制。通過上位控制器發(fā)送的脈沖序列來控制速度和位置(當(dāng)然也有些伺服內(nèi)部集成了控制單元或通過總線通訊的方式直接將位置和速度等參數(shù)設(shè)定在驅(qū)動(dòng)器里),驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的算法和更快更的計(jì)算以及性能更優(yōu)良的電子器件使之更優(yōu)越于變頻器。
電機(jī)方面:伺服電機(jī)的材料、結(jié)構(gòu)和加工工藝要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻器驅(qū)動(dòng)的交流電機(jī)(一般交流電機(jī)或恒力矩、恒功率等各類變頻電機(jī)),也就是說當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸出電流、電壓、頻率變化很快的電源時(shí),伺服電機(jī)就能根據(jù)電源變化產(chǎn)生響應(yīng)的動(dòng)作變化,響應(yīng)特性和抗過載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻器驅(qū)動(dòng)的交流電機(jī),電機(jī)方面的嚴(yán)重差異也是兩者性能不同的根本。就是說不是變頻器輸出不了變化那么快的電源信號(hào),而是電機(jī)本身就反應(yīng)不了,所以在變頻的內(nèi)部算法設(shè)定時(shí)為了保護(hù)電機(jī)做了相應(yīng)的過載設(shè)定。當(dāng)然即使不設(shè)定變頻器的輸出能力還是有限的,有些性能優(yōu)良的變頻器就可以直接驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)?。?!
南調(diào)機(jī)電設(shè)備——伺服電機(jī)? 伺服驅(qū)動(dòng)器的控制原理
伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)有機(jī)的整體,伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能是電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器二者配合所反映的綜合效果。
1、永磁式同步伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
圖1為一臺(tái)8極的永磁式同步伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)截面圖,其定子為硅鋼片疊成的鐵芯和三相繞組,轉(zhuǎn)子是由高矯頑力稀土磁性材料(例如釹鐵錋)制成的磁極。為了檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置,在電動(dòng)機(jī)非負(fù)載端的端蓋外面還安裝上光電編碼器。驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較,調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度(線數(shù))。電磁轉(zhuǎn)矩與定子電流大小的關(guān)系并不是一個(gè)線性關(guān)系。事實(shí)上,只有定子旋轉(zhuǎn)磁極對(duì)轉(zhuǎn)子磁極的切向吸力才能產(chǎn)生帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電磁力矩。因此,可把定子電流所產(chǎn)生的磁勢(shì)分解為兩個(gè)方向的分量,沿著轉(zhuǎn)子磁極方向的為直軸(或稱d軸)分量,與轉(zhuǎn)子磁極方向正交的為交軸(或稱q軸)分量。顯然,只有q軸分量才能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。
由此可見,不能簡(jiǎn)單地通過調(diào)節(jié)定子電流來控制電磁轉(zhuǎn)矩,而是要根據(jù)定、轉(zhuǎn)子磁極軸線間的夾角θ確定定子電流磁勢(shì)的q軸和d軸分量的方向和幅值,進(jìn)而分別對(duì)q軸分量和d軸分量加以控制,才能實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩的控制。這種按勵(lì)磁磁場(chǎng)方向?qū)Χㄗ与娏鞔艅?shì)定向再行控制的方法稱為“磁場(chǎng)定向”的矢量控制。
2、位置控制模式下的伺服系統(tǒng)是一個(gè)三閉環(huán)控制系統(tǒng),兩個(gè)內(nèi)環(huán)分別是電流環(huán)和速度環(huán)。
? 穩(wěn)態(tài)誤差接近為零;? 動(dòng)態(tài):在偏差信號(hào)作用下驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速或減速。