伺服系統(tǒng)技術(shù)(編輯修改稿)
2024-10-27 15:43 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制信號(hào)由單片機(jī)（或計(jì)算機(jī)） 產(chǎn)生，其基本控制作用如下： ? 控制換相順序（也稱脈沖分配） ? 控制轉(zhuǎn)向（正反序通電） ? 控制速度（由單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率的大小決定） 167。 5. 3 直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) 一、直流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 直流伺服電機(jī)類型 電勵(lì)磁：勵(lì)磁量容易調(diào)整，成本低，效率低 永久磁鐵：不需勵(lì)磁功率，效率高，性能好 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成： 直流 伺服電機(jī) 轉(zhuǎn)速或位置反饋裝置 直流電源及驅(qū)動(dòng)電路 接口電路 電樞控制原理： 控制電樞繞組中的電流大小和 方向，就可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速 和方向，輸出一定的電磁轉(zhuǎn)矩， 轉(zhuǎn)速的大小通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器 （編碼器）檢測(cè)并反饋。 圖 1 電樞控制原理 二、直流伺服電機(jī)的特性 機(jī)械特性 調(diào)節(jié)特性 當(dāng)控制電壓恒定時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速 與轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系 靜態(tài)特性： 當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速 與控制電壓變化的關(guān)系 圖 2 直流電機(jī)的靜態(tài)特性 三、直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 動(dòng)態(tài)特性： 當(dāng)在電樞上外加階躍電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化過(guò)程，即： n=f(t)或 =f(t) ?直流電機(jī)的選擇 設(shè)計(jì)的要求 ? 根據(jù)負(fù)載的大小，選擇小慣量電機(jī)或大慣量電機(jī)（也稱力矩電機(jī)） ? 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩 和 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 滿足要求 ? 折算到電機(jī)軸的負(fù)載總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小于或等于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速 穩(wěn)定運(yùn)行，低速或重載 ? 滿足穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩要求 nLM TT ?轉(zhuǎn)子JJ LM ? ? 滿足動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩要求 四、直流伺服電機(jī)的調(diào)速 fLq TTTT ??? ?其中： Tq為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩 為加速轉(zhuǎn)矩 Tf為摩擦轉(zhuǎn)矩 ?T加速過(guò)程近似線性過(guò)程，則加速轉(zhuǎn)矩為： amamtnJtJdtdJT602 ???? ???其中： nm為最高轉(zhuǎn)速 m? 為最高角速度 ? 頻繁啟制動(dòng)或負(fù)載經(jīng)常變化時(shí)，轉(zhuǎn)矩均方根值小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 根據(jù)等效發(fā)熱準(zhǔn)則，有： ntt TdtTt ??021其中： Tn為額定轉(zhuǎn)速 t為整個(gè)工作時(shí)間（或周期） Tt為瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩 有三種調(diào)速方法： ? 電樞控制調(diào)速 （即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）：不同的轉(zhuǎn)速時(shí)， ? 磁場(chǎng)控制調(diào)速 （即恒功率調(diào)速）：不同的轉(zhuǎn)速時(shí)， ? 混合調(diào)速（ 即恒功率調(diào)速），如主軸伺服驅(qū)動(dòng)，在額定轉(zhuǎn)速以下為恒 轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率調(diào)速 . .cons tIT L ??如進(jìn)給伺服系統(tǒng) 如小慣量高速伺服系統(tǒng) .cons tIP ??167。 5. 4 交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) 一、交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成 由伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器組成 ? 伺服電機(jī) 包括永磁同步電機(jī)、鼠籠式異步電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī) ? 伺服驅(qū)動(dòng)器 采用電流型脈寬調(diào)制（ PWM）三相逆變器、電流環(huán)為內(nèi)環(huán)、速度環(huán)為外環(huán) 的多環(huán)閉環(huán)控制系統(tǒng) 按照伺服電機(jī)類型將交流伺服系統(tǒng)分為兩大類： 異步型交流伺服系統(tǒng)（ IM） 同步型交流伺服系統(tǒng)（ SM） 正弦波電流驅(qū)動(dòng)的永磁交流伺服系統(tǒng) 矩形波電流驅(qū)動(dòng)的無(wú)刷直流伺服系統(tǒng) 二、異步交流伺服電機(jī) 轉(zhuǎn)速公式： )1(60 sfn p ??00nn ns ?? 其中： f為電源頻率 s為轉(zhuǎn)差率 p為極對(duì)數(shù) n0為同步轉(zhuǎn)速： 通常采取恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：即在調(diào)速時(shí)， 轉(zhuǎn)矩維持在 Tmax,氣隙磁通也在 max?fUCfEC ??m a x?f為加在定子繞組的電源頻率 E為定子繞組的電勢(shì) C為常數(shù) 其中： U為電機(jī)的外加電壓 ? 控制方式 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)控制電壓的大小或相位達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的 目的，有三種方式： fn p600 ?? 幅值控制： 調(diào)節(jié)控制電壓幅值大小，改變轉(zhuǎn)速 ? 相位控制： 調(diào)節(jié)控制電壓的相位角，改變轉(zhuǎn)速 ? 幅值相位控制（電容控制）： 調(diào)節(jié)控制電壓時(shí)，相位角隨之改變，達(dá)到改變轉(zhuǎn)速目的 ? 工作特性 機(jī)械特性： 轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線 調(diào)節(jié)特性： 轉(zhuǎn)速和控制電壓的關(guān)系曲線 圖 3 交流電機(jī)的靜態(tài)特性 控制繞組 勵(lì)磁繞組 輸出特性 P=f(n)： 控制電壓不變時(shí)，輸出功率和轉(zhuǎn)速 的關(guān)系曲線，是有最大值的拋物線，當(dāng)堵轉(zhuǎn)或空轉(zhuǎn)時(shí)，輸出功率為零， 輸出功率的最大值在 n=55%n空轉(zhuǎn)。 動(dòng)態(tài)特性 n=f(t) 外加階躍電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的 變化過(guò)程，理論分析知，交流和 直流伺服電機(jī)的傳遞函數(shù)類似， 因此，理想時(shí)，二者的動(dòng)態(tài)性相似 三、同步交流伺服電機(jī) 包括永磁同步交流電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī) 永磁同步交流電機(jī) PMSM（ Permanent Mag Synchronous Motor） ： 無(wú)刷直流電機(jī) BDCM（ Brushless DC Motor） ： 用永磁體轉(zhuǎn)子代替繞線式轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組，省卻了勵(lì)磁線圈、滑環(huán)、電 刷等。 將直流同步電機(jī)的定子永磁勵(lì)磁改為永磁體轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，直流電機(jī)的電樞電 流改為定子三相繞組正、負(fù)方波電流，帶有電子換相器，其控制方式與交 流伺服類似。 四、交流伺服電機(jī)的矢量控制 直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，轉(zhuǎn)矩的控制容易，動(dòng)態(tài)性好，而交流 電機(jī)的電樞電流不容易得到，轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)控制較困難，進(jìn)行矢量控制的 目的就是 模擬直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律 三相交流量 兩相交流量 交流 /直流變換 逆變換 等效直流量 還原三相交流量 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制 五、交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇 電機(jī)選擇 成本 轉(zhuǎn)矩慣量比 功率密度 調(diào)速范圍 對(duì)傳感器要求 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)性
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