【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 伺服系統(tǒng)的種類 2. 交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng) AC伺服系統(tǒng) 名詞　　“伺服”—詞源于希臘語(yǔ)“奴隸”的意思 。人們想把“伺服機(jī)構(gòu)”當(dāng)個(gè)得心應(yīng)手的馴服工具，服從控制信號(hào)的要求而動(dòng)作。在訊號(hào)來(lái)到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。訊號(hào)來(lái)到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)訊號(hào)消失，轉(zhuǎn)子能即時(shí)自行停轉(zhuǎn)。由于它的“伺服”性能，因此而得名—伺服系統(tǒng)。 定義　　（1）伺服系統(tǒng)—是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)值(或給定值)的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 　?。?）在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，使輸出量能夠以一定的準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱為隨動(dòng)系統(tǒng)，亦稱伺服系統(tǒng)。 　　伺服的主要任務(wù)是按控制命令的要求，對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力距、速度和位置控制得非常靈活方便。 伺服系統(tǒng)的組成　　伺服系統(tǒng)是具有反饋的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。它由位置檢測(cè)部分、誤差放大部分、執(zhí)行部分及被控對(duì)象組成。 伺服系統(tǒng)的性能要求　　伺服系統(tǒng)必須具備可控性好，穩(wěn)定性高和速應(yīng)性強(qiáng)等基本性能。說(shuō)明一下，可控性好是指訊號(hào)消失以后，能立即自行停轉(zhuǎn)。穩(wěn)定性高是指轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)距的增加而均勻下降。速應(yīng)性強(qiáng)是指反應(yīng)快、靈敏、響態(tài)品質(zhì)好。 伺服系統(tǒng)的種類　　通常根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)的種類來(lái)分類，有電氣式、油壓式或電氣—油壓式三種。 　　伺服系統(tǒng)若按功能來(lái)分，則有計(jì)量伺服和功率伺服系統(tǒng)。模擬伺服和功率伺服系統(tǒng)。位置伺服和加速度伺服系統(tǒng)等。 　　電氣式伺服系統(tǒng)根據(jù)電氣信號(hào)可分為DC直流伺服系統(tǒng)和AC交流伺服系統(tǒng)二大類。AC交流伺服系統(tǒng)又有異步電機(jī)伺服系統(tǒng)和同步電機(jī)伺服系統(tǒng)兩種。 　　這里只討論電氣式伺服系統(tǒng)中的一種—交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)。 2. 交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng) AC伺服系統(tǒng)　　電氣伺服技術(shù)應(yīng)用最廣，主要原因是控制方便，靈活，容易獲得驅(qū)動(dòng)能源，沒有公害污染，維護(hù)也比較容易。特別是隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，它為電氣伺服技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的前景。 　　早在70年代，小慣量的伺服直流電動(dòng)機(jī)已經(jīng)實(shí)用化了。到了70年代末期交流伺服系統(tǒng)開始發(fā)展，逐步實(shí)用化，AC伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣,并且還有取代DC伺服系統(tǒng)的趨勢(shì)成為電氣伺服系統(tǒng)的主流。 永磁轉(zhuǎn)子的同步伺服電動(dòng)機(jī)由于永磁材料不斷提高，價(jià)格不斷下降，控制又比異步電機(jī)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)高性能的緣故，所以永磁同步電機(jī)的AC伺服系統(tǒng)應(yīng)用更為廣泛。 　　目前，在交流同步伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，普通應(yīng)用的交流永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)有兩大類。 　　一類稱為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，它要求將方波電流直入定子繞組（BLDCM） 　　另一類稱為三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，它要求輸入定子繞組的電源仍然是三相正弦波形。（PM?SM） 　　無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(BLDCM)，用裝有永磁體的轉(zhuǎn)子取代有刷直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極，將原直流電動(dòng)機(jī)的電樞變?yōu)槎ㄗ?。有刷直流電?dòng)機(jī)是依靠機(jī)械換向器將直流電流轉(zhuǎn)換為近似梯形波的交流電流供給電樞繞組，而無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(BLDCM)是將方波電流(實(shí)際上也是梯形波)直接輸入定子。將有刷直流電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子顛倒一下，并采用永磁轉(zhuǎn)子，就可以省去機(jī)械換向器和電刷，由此得名無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。 BLDCM定子每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為梯形波，為了產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，要求功率逆變器向BLDCM定子輸入三相對(duì)稱方波電流，而SPWM、PM、SM定子每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為近似正弦波，需要向SPWM、PM、SM定子輸入三相對(duì)稱正弦波電流。 　　永磁同步電機(jī)的磁場(chǎng)來(lái)自電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上的永久磁鐵，永久磁鐵的特性在很大程度上決定了電機(jī)的特性，目前采用的永磁材料主要有鐵淦氧，鋁鎳鈷，釹鐵硼以及SmCO5 Sm2CO17. 　　在轉(zhuǎn)子上安裝永磁鐵的方式有兩種。一種是將成形永久磁鐵裝在轉(zhuǎn)子表面，即所謂外裝式；另一種是將形成永久磁鐵埋入轉(zhuǎn)子里面，即所謂內(nèi)裝式。永久磁鐵的形狀可分為扇形和矩形兩種。 　　根據(jù)確定的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的每相勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的分布不同，三相永磁同步電動(dòng)機(jī)可分為兩種類型：正弦波型和方波型永磁同步電機(jī)，前者每相勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)分布是正弦波狀，后者每相勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)分布呈方波狀，根據(jù)子路結(jié)構(gòu)和永磁體形狀的不同而不同。對(duì)于徑向勵(lì)磁結(jié)構(gòu)，永磁體直接面向均勻氣隙，如果采用系統(tǒng)永磁材料，由于稀土永磁的取向性好，可以方便的獲得具有較好方波形狀的氣隙磁場(chǎng)。對(duì)于采用非均勻氣隙或非均勻磁化方向長(zhǎng)度的永磁體的徑向勵(lì)磁結(jié)構(gòu)，氣隙磁場(chǎng)波形可以實(shí)現(xiàn)正弦分布。 　　綜上所述兩類永磁AC同步伺服電動(dòng)機(jī)的差異歸納如下:： 　　控制原理相似，給定指令信號(hào)加到AC伺服系統(tǒng)的輸入端，電動(dòng)機(jī)軸上位置反饋信號(hào)與給定位置相比較，根據(jù)比較結(jié)果控制伺服的運(yùn)動(dòng)，直至達(dá)到所要求的位置為止。PM、SM和BLDCM二類伺服系統(tǒng)構(gòu)成的基本思路是一致的。 　　兩種永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)比較而言，方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有控制簡(jiǎn)單、成本低、檢測(cè)裝置簡(jiǎn)單、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)容易等優(yōu)點(diǎn)。但是方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)原理上存在固有缺陷，因電樞中電流和電樞磁勢(shì)移動(dòng)的不連續(xù)性而存在電磁脈動(dòng)，而這種脈動(dòng)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生噪聲，在中低速又是平穩(wěn)的力矩驅(qū)動(dòng)的主要障礙。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)又使得電機(jī)速度控制特性惡化，從而限制了由其構(gòu)成的方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)在高精度、高性能要求的伺服驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合下的應(yīng)用（尤其是在低速直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合）。因此，對(duì)于一般性能的電伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，選用方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)及相應(yīng)的控制方式。而PM、SM伺服系統(tǒng)要求定子輸入三相正弦波電流，可以獲得更好的平穩(wěn)性，具有更優(yōu)越的低速伺服性能。因而廣泛用于數(shù)控機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人等高性能高精度的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。 　　3. 伺服系統(tǒng)的發(fā)展過程 　　伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了由液壓到電氣的過程, 電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型分為直流(DC)伺服系統(tǒng)和交流(AC)伺服系統(tǒng)。交流伺服系統(tǒng)按其采用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型又可分為永磁同步(SM型)電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)和感應(yīng)式異步(IM型)電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)。 　　由于直流伺服電動(dòng)機(jī)存在機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 維修工作量大包括電刷、換向器等則成為直流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。隨著微處理技術(shù)、大功率電力電子技術(shù)的成熟和電機(jī)永磁材料的發(fā)展和成本降低, 交流伺服系統(tǒng)得到長(zhǎng)足發(fā)展并將逐步取代直流伺服系統(tǒng)。 　　1990年以前，由于技術(shù)成本等原因，國(guó)內(nèi)伺服電機(jī)以直流永磁有刷電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)為主，而且主要集中在機(jī)床和國(guó)防軍工行業(yè)。1990年以后，進(jìn)口永磁交流伺服電機(jī)系統(tǒng)逐步進(jìn)入中國(guó)，此期間得益于稀土永磁材料的發(fā)展、電力電子及微電子技術(shù)日新月異的進(jìn)步，交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)也很快從模擬式過渡到全數(shù)字式。由于交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置采用了先進(jìn)全數(shù)字式驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)調(diào)整方便，產(chǎn)品生產(chǎn)的一致性可靠性增加，同時(shí)可集成復(fù)雜的電機(jī)控制算法和智能化控制功能，如增益自動(dòng)調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)通訊功能等，大大拓展了交流伺服電機(jī)的適用領(lǐng)域；另外隨著各行業(yè)，如機(jī)床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、激光加工設(shè)備、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等，對(duì)工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求不斷提高，這些領(lǐng)域?qū)涣魉欧姍C(jī)的需求將迅猛增長(zhǎng)，交流伺服將逐步替代原有直流有刷伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。 　　正弦波交流伺服系統(tǒng)綜合了伺服電動(dòng)機(jī)、角速度和角位移傳感器的最新成就，與采用新型電力電子器件、專用集成電路和專用控制算法的交流伺服驅(qū)動(dòng)器相匹配，組成新型高性能機(jī)電一體化產(chǎn)品。使原有的直流伺服系統(tǒng)面臨淘汰的危機(jī)，成為當(dāng)今世界伺服驅(qū)動(dòng)的主流及發(fā)展方向。正弦波交流伺服廣泛使用于航空、航天、兵器、船舶、電子及核工業(yè)等領(lǐng)域，如自行火炮、衛(wèi)星姿態(tài)控制、雷達(dá)驅(qū)動(dòng)、機(jī)載吊艙定位系統(tǒng)、戰(zhàn)車火控及火力系統(tǒng)、水下滅雷機(jī)器人等。 　　　　松下交流伺服電機(jī)(AC Servo) A4系列 　　1. 快速使用 　　電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必須的三根電纜：動(dòng)力電纜；電機(jī)動(dòng)力線，電機(jī)編碼器線。 　　控制線接口X5： 　　伺服使能必須接的引腳：DC24V電源(7,41) 伺服使能SRVON(29) 　　控制信號(hào)：位置控制（脈沖方向輸入3，4，5，6） 　　速度控制（模擬量輸入14，15 0到177。10V） 　　扭矩控制（模擬量輸入 14,15） 　　其他輔助控制功能： 　　10點(diǎn)輸入：①伺服使能②模式選擇③增益切換④報(bào)警清除。 　　6點(diǎn)輸出： ①報(bào)警(ALM)②準(zhǔn)備(SRDY)③制動(dòng)器釋放(BRKOFF)④零速檢測(cè)(ZSP)⑤轉(zhuǎn)矩控制TLC。⑥定位完成或者速度到達(dá)　　它比步進(jìn)系統(tǒng)就多了一個(gè)編碼器反饋，構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)然這個(gè)閉環(huán)僅僅是相對(duì)而言。伺服系統(tǒng)現(xiàn)在逐漸取代了步進(jìn)系統(tǒng)，所以大家會(huì)逐漸熟來(lái)源：[jdzj]機(jī)電之家機(jī)電行業(yè)電子商務(wù)平臺(tái)！大慣量伺服系統(tǒng)調(diào)試介紹[ 來(lái)源：機(jī)電論文 | 類別：技術(shù) | 時(shí)間：2009116 15:03:14 ] [字體：大 中 小] 對(duì)于調(diào)試過程可說(shuō)是難點(diǎn)重重，因?yàn)榭蛻魴C(jī)械整體的負(fù)載就非常的大，而且還要在加工的過程中在加工槽里注滿水，使得負(fù)載慣量和負(fù)載質(zhì)量更大，增加了伺服的控制難度。為了保證２個(gè)脈沖的追蹤誤差，所以伺服控制器的增益必須維持在一個(gè)較高的水平，但是由于幾乎不允許出現(xiàn)任何的振動(dòng)，那么伺服控制系統(tǒng)的增益還不能夠過大，也就是說(shuō)在穩(wěn)定的響應(yīng)水平和穩(wěn)定的控制平衡度之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)，這個(gè)平衡點(diǎn)的選取就是我們調(diào)試的關(guān)鍵。 由于該設(shè)備的運(yùn)行速度不能超過我們調(diào)試軟件估測(cè)負(fù)載慣量所需的運(yùn)行速度200rpm，所以只能通過不斷的試驗(yàn)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以找到最佳的增益參數(shù)，也就是將伺服參數(shù)中跟增益有關(guān)的200（位置控制增益），202（位置前饋增益），203（位置前饋增益平滑常量），204（速度控制增益），206（速度積分補(bǔ)償），以及跟共振有關(guān)的225（共振抑制低通濾波），223（共振抑制Notch filter），224（共振抑制Notch filter衰減率）進(jìn)行不斷的試驗(yàn)設(shè)置和運(yùn)行測(cè)試，200主要作用是保持位置環(huán)控制響應(yīng)水平的，204主要作用是保持速度環(huán)控制響應(yīng)水平的，這兩個(gè)值是伺服響應(yīng)的基礎(chǔ)，而 202和206的主要作用就是減小位置控制誤差和速度控制誤差的，將這兩個(gè)值調(diào)到很高的位置可以明顯地減小追隨誤差。203作用就是可以大大的降低傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)。 剛剛開始調(diào)試時(shí)，很快就將伺服的響應(yīng)水平調(diào)整到一個(gè)不使伺服電機(jī)運(yùn)行有振動(dòng)的最高的控制水平，但是在運(yùn)行的某幾個(gè)點(diǎn)的時(shí)候，會(huì)跳變到3～4個(gè)脈沖。這是慢走絲設(shè)備運(yùn)行不允許的，必須通過調(diào)整伺服的增益來(lái)改善這樣的運(yùn)行效果，因?yàn)檫@樣的追隨誤差的跳變是由于在某個(gè)運(yùn)行點(diǎn)上伺服系統(tǒng)的負(fù)載情況發(fā)生改變，而由于伺服系統(tǒng)的響應(yīng)又不夠快，所以才會(huì)出現(xiàn)追隨誤差變大的情況。通過以上分析，需要實(shí)現(xiàn)的就是提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)水平又不能使伺服電機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)任何的振動(dòng)。為了既不讓電機(jī)振動(dòng)，又提高增益水平，只有將203加大降低機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的振動(dòng)，才能提高204和200從而提高伺服系統(tǒng)整體的增益水平位置較高的響應(yīng)，同時(shí)，還不能把203的值調(diào)整地過高，因?yàn)樗鼤?huì)影響位置追蹤誤差。 在增調(diào)整已經(jīng)很理想的情況下，開始安裝工件試切。在試切過程發(fā)現(xiàn)一個(gè)很異常的現(xiàn)象，y軸的追蹤誤差會(huì)有一個(gè)不斷的跳變，當(dāng)時(shí)y軸根本沒有信號(hào)輸入，是不應(yīng)該有任何移動(dòng)的。出現(xiàn)這樣的情況只有兩種可能，一是有信號(hào)干擾，二是發(fā)生了機(jī)械振動(dòng)！通過判斷是在x軸以一定速度移動(dòng)時(shí)，y軸會(huì)有共振產(chǎn)生！利用我們調(diào)試軟件ASDA_A_SW 找到共振頻率，消除共振，調(diào)試完成。來(lái)源：[jdzj]機(jī)電之家機(jī)電行業(yè)電子商務(wù)平臺(tái)！松下交流伺服電機(jī)（AC Servo）A4系列的應(yīng)用[ 來(lái)源：機(jī)電論文 | 類別：技術(shù) | 時(shí)間：2009116 15:12:55 ] [字體：大 中 小] 　　松下交流伺服電機(jī)(AC Servo)A4系列的應(yīng)用　　　　電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必須的三根電纜：動(dòng)力電纜；電機(jī)動(dòng)力線，電機(jī)編碼器線?！　】刂凭€接口X5：　　伺服使能必須接的引腳：DC24V電源(7,41)伺服使能SRVON(29)　　控制信號(hào)：位置控制————(脈沖方向輸入3，4，5，6)　　速度控制————(模擬量輸入14，15 0到177。10V)　　扭矩控制——————(模擬量輸入14,15)　　其他輔助控制功能：　　10點(diǎn)輸入：①伺服使能②模式選擇③增益切換④報(bào)警清除?！　?點(diǎn)輸出：①報(bào)警(ALM)②準(zhǔn)備(SRDY)③制動(dòng)器釋放(BRKOFF)④零速檢測(cè)(ZSP)⑤轉(zhuǎn)矩控制TLC。⑥定位完成或者速度到達(dá)?！　∷炔竭M(jìn)系統(tǒng)就多了一個(gè)編碼器反饋，構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)然這個(gè)閉環(huán)僅僅是相對(duì)而言。伺服系統(tǒng)現(xiàn)在逐漸取代了步進(jìn)系統(tǒng)，所以大家會(huì)逐漸熟悉。來(lái)源：[jdzj]機(jī)電之家機(jī)電行業(yè)電子商務(wù)平臺(tái)！伺服中的自舉電路問題探討[ 來(lái)源：機(jī)電論文 | 類別：技術(shù) | 時(shí)間：2009116 15:14:49 ] [字體：大 中 小] 對(duì)于伺服的三相IGBT或PIM，IPM驅(qū)動(dòng)級(jí)而言，是指功率橋臂高端和低端柵極驅(qū)動(dòng)都需要15～18V電源供給，一般低端三管共地供電，較容易理解，而高端三管的供電則需要與低端隔離，并各自隔離，因此高端供電必須隔離，產(chǎn)生高端隔離供電的方式大致有變壓器隔離供電和自舉隔離供電等兩大類型，變壓器隔離也很容易理解，但是也存在設(shè)計(jì)復(fù)雜和占板面較大等缺點(diǎn)。 因此在一些低端和緊湊型設(shè)計(jì)中，往往采用自舉供電，其原理為在同一橋臂的低端管子飽和導(dǎo)通時(shí)，高端管子的隔離電源的地會(huì)被拉低到與直流母線地僅相差一個(gè)飽和壓降的低壓態(tài)，此時(shí)為低端柵極供電的15～18V電壓就可以通過“自舉二極管”向高端隔離電源的儲(chǔ)能“自舉電容”充電，等低端管子截至，而高端管子就可以在剛才充電后的“自舉電容”的電壓供給下后開通，此后高端管子的隔離電源地就被抬升到與直流母線正相差無(wú)幾的高電壓態(tài)，此時(shí)高端柵極驅(qū)動(dòng)電源完全由“自舉電容”提供，與此同時(shí)“自舉二極管”則起到高端電源與低端電源的高壓隔離的作用。 “自舉二極管”必須是高耐壓的快回復(fù)二極管，且必須能夠承受自舉充電瞬間的大電流沖擊，“自舉電容”的容量也必須合適，既要能夠滿足高端電源的負(fù)荷能力，又要避免充電瞬間對(duì)“自舉二極管”的沖擊。 需要指出的是，自