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伺服电机驱动控制器

伺服电机驱动控制器
伺服电机驱动控制器

目录

一、伺服驱动概述 (1)

二、本产品特性 (2)

三、电路原理图及PCB版图 (4)

四、电路功能模块分析 (4)

五、焊接(附元件清单) (14)

六、编者设计体会 (16)

一.伺服驱动概述

1. 伺服电机的概念

伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,作为一种执行元件,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,是一种补助马达间接变速装置。伺服电机是可以连续旋转的电-机械转换器,直流伺服电机的输出转速与输入电压成正比,并能实现正反向速度控制。

2.伺服电机分类

普通直流伺服电动机

直流伺服电机 { 低惯量直流伺服电动机

直流力矩电动机

3. 控制系统对伺服电动机的基本要求

宽广的调速范围

机械特性和调节特性均为线性

无“自转”现象

快速响应

控制功率小、重量轻、体积小等。

4. 直流伺服电机的基本特性

(1)机械特性在输入的电枢电压Ua保持不变时,电机的转速n随电磁转矩M 变化而变化的规律,称直流电机的机械特性

(2)调节特性直流电机在一定的电磁转矩M(或负载转矩)下电机的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律,被称为直流电机的调节特性

(3)动态特性从原来的稳定状态到新的稳定状态,存在一个过渡过程,这就是直流电机的动态特性

5. 直流伺服电机的驱动原理

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

直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷直流伺服电机电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护不存在碳刷损耗的情况,效率很高,运行温度低噪音小,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境

6.步进电机:

直流伺服电机,它包括定子、转子铁芯、电机转轴、伺服电机绕组换向器、伺服电机绕组、测速电机绕组、测速电机换向器,所述的转子铁芯由矽钢冲片叠压固定在电机转轴上构成, 按电刷类型可分为有刷直流伺服电机和无刷直流伺服电机;直流伺服电机的基本特性如下:

1、机械特性在输入的电枢电压Ua保持不变时,电机的转速n随电磁转矩M变化而变化的规律,称直流电机的机械特性。

2、调节特性直流电机在一定的电磁转矩M(或负载转矩)下电机的稳态转速n 随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律,被称为直流电机的调节特性。

3、动态特性从原来的稳定状态到新的稳定状态,存在一个过渡过程,这就是直流电机的动态特性。

二、本产品特性

此产品为直流电机驱动器,可控制电机的转速,分几个档位,旋动档位可设定电机以不同的速度转动。此产品可用于带电机的机器的电机控制部分,具有很高的性能。

产品基本特性如下:

本产品是基于MC33030直流伺服电机控制器/驱动器芯片的具有过流保护功能的大功率高精度电机控制系统。该驱动电路输入24V直流电压,为H桥供电,提供大电流驱动直流电机(MC33030驱动能力较弱),经稳压后为芯片供电,并输出5v直流电压,经档位控制分压后,作为基准,输入到MC33030主控芯片;该电路带有微调模块,可以对基准电压进行微调;具有反馈功能,将反馈信号输入MC33030,进行闭环控制;具有过流保护功能,防止电机损坏。

该产品由电源模块,主控芯片MC33030电路, H 驱动桥模块, 过流保护模块, 微调模块, 平衡模块组成。各模块作用如下:

①电源模块: 输入为21V 直流电,输出12V,5V 直流电,并通过自举电路产生24V 电源给H 桥供电

②微调模块:微调电机速度

③平衡模块:电路结构与微调电路相似。通过U5D 引入正反馈,输出接到微调电路比较器的同相输入端。与S10共同影响U1A的输出。

④ MC33030伺服模块:MC33030是单片的直流伺服电机控制器。

⑤H桥:增加电路驱动能力,实现大功率输出。

⑥过流保护模块:防止过载烧毁电路

伺服电机驱动器特性

--使用MC33030伺服驱动芯片,可靠性高,带保护功能

--支持正传与反转控制,速度控制

--高输出功率,高电源转换效率

--抗干扰能力强,适用于各种复杂电磁环境

--21V 直流电源供电

--内部12V,5V 直流电电压调整和稳压,并通过自举电路产生24V 电源给H 桥供电。

--微调电机速度

--过流保护, 防止过载烧毁电路

PCB板特性

--双面线路板

--工艺:FR-4喷锡板

--厚度:1.6mm

--阻焊:绿色

应用

--汽车油门控

--直流电机驱动

三、电路原理图

PCB:

四、电路功能模块分析

(一)系统框图

该系统划分为以下几部分:

①电源模块:该电源模块的输入为21V直流电,输出12V,5V直流电,并通过自举电路产生24V电源给H桥供电。

②微调模块:微调电机速度

③平衡模块

④MC33030伺服模块

⑤H桥:增加电路驱动能力,实现大功率输出。

⑥过流保护模块:防止过载烧毁电路

系统框图如下所示:

(二)各模块详细分析

1、电源电路:

Q12和Q3采用集成稳压器7812和7805。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压。 C14,C3,C15,C10,C9,C8,C5,C4,C16为滤波电容。D1,D13为防反接保护二极管,D34,D14为防反灌二极管,Y是电源指示灯。R32用于分压,防止7805过热损坏。MG11019是达林顿复合管,用于过流保护,R1,R2,R3构成电源电流取样电路,电源电流过大会使Q1导通。ZR1,ZR2时压敏电阻,用于过压保护,防止电路故障时损坏后级电路。

2、微调电路

该电路由四比较器U1(LM339)和四运放U2(LM2902)构成,待比较信号从S10,S15,S16,S14输入。33K和15K电阻构成分压电路,用于衰减输入信号。100pF 电容用于滤除噪声。八个1N4148二极管用于过压保护,防止输入电压高于电源或低于地。

LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器,该电压比较器的特点是:1)失调电压小,典型值为2mV;2)电源电压范围宽,单电源为2-36V,双电源电压为±1V-±18V;3)对比较信号源的内阻限制较宽;4)共模范围很大,为0~(Ucc-1.5V)Vo;5)差动输入电压范围较大,大到可以等于电源电压;6)输出端电位可灵活方便地选用。LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端,用“+”表示,另一个称为反相输入端,用“-”表示。用作比较两个电压时,任意一个输入端加一个固定电压做参考电压(也称为门限电平,它可选择LM339输入共模范围的任何一点),另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时,输出管截止,相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时,输出管饱和,

相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态,因此,把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管,在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻(称为上拉电阻,选3-15K)。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时,它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外,各比较器的输出端允许连接在一起使用。

LM339的反向输入端接固定电平,输出为集电极开路,接电位器以便调节输出电压。LM2902是通用四运放。构成电压跟随器,用于降低输出电阻。四只IN4007二极管用于选出四路中的最高输出电压。

3、平衡电路

电路结构与微调电路相似。通过U5D引入正反馈,输出接到微调电路比较器的同相输入端。与S10共同影响U1A的输出。平衡电路是于产生相同和相反信号

的电路,它将这些信号送入两个导线。电路的平衡特性越好,信号的散射就越小,它的噪声抑制特性也越好 (因此它的 EMC 性能就越好)。

4、H桥电路

图1中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动电路”是

因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿,而电机就是H中的横杠(注意:图1及随后的两个图都只是示意图,而不是完整的电路图,其中三极管的驱动电路没有画出来)。

如图所示,H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转,必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况,电流可能会从左至右或从右至左流过电机,从而控制电机的转向。

图1 H桥驱动电路

要使电机运转,必须使对角线上的一对三极管导通。例如,如图2所示,当Q1管和Q4管导通时,电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机,然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示,该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时,电流将从左至右流过电机,从而驱动电机按特定方向转动(电机周围的箭头指示为顺时针方向)。

图2 H桥电路驱动电机顺时针转动

图3所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况,电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时,电流将从右至左流过电机,从而驱动电机沿另一方向转动(电机周围的箭头表示为逆时针方向)。

图3 H桥驱动电机逆时针转动

使能控制和方向逻辑

驱动电机时,保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通,那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时,电路中除了三极管外没有其他任何负载,因此电路上的电流就可能达到最大值(该电流仅受电源性能限制),甚至烧坏三极管。基于上述原因,在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。

图4 所示就是基于这种考虑的改进电路,它在基本H桥电路的基础上增

加了4个与门和2个非门。4个与门同一个“使能”导通信号相接,这样,用这一个信号就能控制整个电路的开关。而2个非门通过提供一种方向输人,可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。(与本节前面的示意图一样,图4所示也不是一个完整的电路图,特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。)

图4 具有使能控制和方向逻辑的H桥电路

采用以上方法,电机的运转就只需要用三个信号控制:两个方向信号和一个使能信号。如果DIR-L信号为0,DIR-R信号为1,并且使能信号是1,那么三极管Q1和Q4导通,电流从左至右流经电机(如图5所示);如果DIR-L 信号变为1,而DIR-R信号变为0,那么Q2和Q3将导通,电流则反向流过电机。

图5使能信号与方向信号的使用

这是一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿,而电机就是H中的横杠。H 桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转,必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况,电流可能会从左至右或从右至左流过电机,从而控制电机的转向。

要使电机运转,必须使对角线上的一对三极管导通。驱动电机时,保证H

桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q9和Q11同时导通,那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时,电路中除了三极管外没有其他任何负载,因此电路上的电流就可能达到最大值(该电流仅受电源性能限制),甚至烧坏三极管。基于上述原因,在实际驱动电路中通常要用硬件电路

方便地控制三极管的开关。

Q6,Q7,Q4,Q5构成达林顿管的驱动电路,用于控制三极管的开关,防止上下桥臂直通,造成功率管损坏。

5、过流保护

LM399作为比较器使用,U4A是普通比较器,用于延迟保护,C28充电到6V 时输出高电平。U4B构成定时电路,用于过流保护后的恢复。电路输出接到

MC33030的关断控制引脚。

6、MC33030

MC33030是单片的直流伺服电机控制器。提供一个完整的闭环系统电路。包括一个片上运算放大器和宽输入共模范围窗口比较器,驱动和制动逻辑与方向逻辑,H桥驱动能力高达1A,具有独立可编程的过电流监控,过电压监视器。非常适合几乎所有的伺服应用。MC33030具有以下功能。

?片上反馈监测误差放大器

?窗口探测器盲区和自我为中心

参考输入

?驱动/制动逻辑记忆与方向

?1.0 A电源H型开关

?可编程的过电流检测

?可编程的过电流关断延迟

?过压关断

MC33030自带H桥电路,但驱动能力不足,所以外接由分立构成的H桥电路。

五、焊接

1.电路板焊接流程

①焊接微小器件(电阻、电容等)

②焊接电源部分,并进行电源的调试,确保各组电源的正确无误

③焊接IC

④焊接接插件。

⑤电路焊接完毕,酒精浸泡10 分钟左右,用刷子洗刷干净,晾干。

⑥电路板的检查:A、元件有没有错焊、漏焊。B、元件的方向、极性是否正确。C、仔细检查是否有短路和虚焊。(注:电路板检查应重复两三次。)

2.电路板焊接工艺要求

①焊接表面必须保持清洁

即使是可焊性好的焊件,由于长期存储和污染等原因,焊件的表面可能产生有害的氧化膜、油污等。所以,在实施焊接前必须清洁表面,否则难以保证质量。

②焊接时温度、时间要适当,加热均匀

焊接时,将焊料和被焊金属加热到焊接温度,使熔化的焊料在被焊金属表面浸湿扩散并形成金属化合物。因此,要保证焊点牢固,一定要有适当的焊接温度。在足够高的温度下,焊料才能充分浸湿,并充分扩散形成合金层。过高的温度是不利于焊接的。焊接时间对焊锡、焊接元件的浸湿性、结合层形成都有很大的影响。准确掌握焊接时间是优质焊接的关键。

③焊点要有足够的机械强度

为了保证被焊件在受到振动或冲击时不至于脱落、松动,因此,要求焊点要有足够的机械强度。为使焊点有足够的机械强度,一般可采用把被焊元器件的引线端子打弯后再焊接的方法,但不能用过多的焊料堆积,这样容易造成虚焊和焊点与焊点之间的短路。

④焊接必须可靠,保证导电性能

为使焊点有良好的导电性能,必须防止虚焊。虚焊是指焊料与被焊物表面没有形成合金结构,只是简单地依附在被焊金属的表面。在焊接时,如果只有一部分形成合金,而其余部分没有形成合金,则这种焊点在短期内也能通过电流,用仪表测量也很难发现问题。但随着时间的推移,没有形成合金的表面就要被氧化,此时便会出现时通时断的现象,这势必造成产品的质量问题。

附:元件清单

电阻等详尽列表:

六、编者设计体会

通过这次的综合课程设计我学习到了许多实用的东西,这些东西我在课本上永远也学不到。其实我一直都明白实践是检验我们所学内容,并学以致用的唯一途径,要想真正学得一技之长就必须学着自己动手做一些东西。通过这次的综合课程设计,我回顾了以前所学的模电知识,发现虽然许多的基本原理自己都懂,但真正做起东西来真的很难,无从下手,甚至现成的电路南来分析都很困难,这是我们学习的通病,不联系实际,当遇到实际问题时却解决不了了。试想一个学工程的不会解决实际问题这不可笑么。我们应在学习基础知识的同时注重自己动手能力的锻炼。

这次综合课程设计的实施过程中我遇到很多的问题,像H桥,MC33030芯片是我以前根本就没有接触过的,只能边学边做。开始觉得自己什么都不会有些气馁,但我对自己说不能放弃,放弃不是我的风格,于是我继续坚持了下来。不会的东西我就问以前参加过电子设计竞赛的人,他们懂得很多,从他们那里我获得许多宝贵的知识,感谢他们。

画原理图之前我甚至都没怎么接触过这类软件,只是上学期课程设计的时候用过protel 99se 不过基本都忘记了,Altium Designer没有接触过,用过之后发现后者比前者方便了许多。我是从网上下载的视频教程一点一点从开始学得。

这个设计中,用的大多是模电知识,当时学模电时我就一头雾水,似懂非懂的样子,应用起来自然是不够的。为了弄好,我又复习了一遍模电,这样思路清晰了许多。

总之,通过这次的综合课程设计我学到了很多,更懂得了动手能力对我们的重要性,以后我要加强这方面的锻炼。

新力川伺服驱动使用说明

感谢您使用本产品,本使用操作手册提供LCDA系列伺服驱动器的相关信息。内容包括: ●伺服驱动器和伺服电机的安装与检查 ●伺服驱动器的组成说明 ●试运行操作的步骤 ●伺服驱动器的控制功能介绍与调整方法 ●所有参数说明 ●通讯协议说明 ●检测与保养 ●异常排除 ●应用例解说 本使用操作手册适合下列使用者参考: ●伺服系统设计者 ●安装或配线人员 ●试运行调机人员 ●维护或检查人员 在使用前,请您仔细详读本手册以确保使用上的正确。此外,请将它妥善保存在安全的地点以便随时查阅。下列在您尚未读完本手册时,务必遵守事项: ●安装的环境必须没有水气,腐蚀性气体或可燃性气体。 ●接线时,禁止将三相电源接至马达U、V、W的连接器,因为一旦接错 时将损坏伺服驱动器。 ●接地工程必须确实实施。 ●在通电时,请勿拆解驱动器、马达或更改配线。 ●在通电动作前,请确定紧急停机装置是否随时开启。 ●在通电动作时,请勿接触散热片,以免烫伤。 如果您在使用上仍有问题,请洽询经销商或者本公司客服中心。

安全注意事项 LCDA 系列为一开放型(Open Type )伺服驱动器,操作时须安装于遮蔽式的控制箱内。本驱动器利用精密的回授控制与结合高速运算能力的数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP ),控制IGBT 产生精确的电流输出,用来驱动三相永磁式同步交流伺服马达(PMSM )达到精准定位。 LCDA 系列可使用于工业应用场合上,且建议安装于使用手册中的配线(电)箱环境(驱动器、线材与电机都必须安装于符合环境等级的安装环境最低要求规格)。 在按收检验、安装、配线、操作、维护与检查时,应随时注意以下安全注意事项。 标志[危险]、[警告]与[禁止]代表的含义: ? 意指可能潜藏危险,若未遵守要求可能会对人员造成严 重伤或致命 ? 意指可能潜藏危险,若未遵守可能会对人员造成中度的 伤害,或导致产品严重损坏,甚至故障 ? 意指绝对禁止的行动,若未遵守可能会导致产品损坏, 或甚至故障而无法使用

伺服电机的驱动器和电机的变频器有什么区别和联系

伺服电机的驱动器和电机的变频器有什么区别和联系 通常情况下,是不会这样作的,因为如果伺服电机在有自身驱动的时候,应该属于独立的系统,再连接变频器不能达到直接驱动的目的。 但是如果伺服控制器和变频器具备通信接口,同时需要达到同步或其他通信功能,可以如此连接,前提条件是变频器和伺服控制器具备强大的通讯功能或可编程功能,日系产品没有见过如此使用,欧美部分产品可以实现这样的配置。 另外一种情况是伺服控制器和变频器都作为上位控制的从站,实际是总线控制, 和你的描述有本质的区别。 PLC给出的控制信号可以直接送到伺服电机的驱动 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。 一、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

直流(DC)与交流(AC)伺服电机及驱动

目录 直流(DC与交流(AC伺服电机及驱动 (1 1.直流(DC伺服电机及其驱动 (1 (1直流伺服电机的特性及选用 (1 (2直流伺服电机与驱动 (2 (3PWM直流调速驱动系统原理 (3 2.交流(AC伺服电机及其驱动 (4 直流(DC与交流(AC伺服电机及驱动 1.直流(DC伺服电机及其驱动 (1直流伺服电机的特性及选用 直流伺服电机通过电刷和换向器产生的整流作用,使磁场磁动势和电枢电流磁动势正交,从而产生转矩。其电枢大多为永久磁铁。 直流伺服电机具有较高的响应速度、精度和频率,优良的控制特性等优点。但由于使用电刷和换向器,故寿命较低,需要定期维修。 20世纪60年代研制出了小惯量直流伺服电机,其电枢无槽,绕组直接粘接固定在电枢铁心上,因而转动惯量小、反应灵敏、动态特性好,适用于高速且负载惯量较小的场合,否则需根据其具体的惯量比设置精密齿轮副才能与负载惯量匹配,增加了成本。 直流印刷电枢电动机是一种盘形伺服电机,电枢由导电板的切口成形,导体的线圈端部起换向器作用,这种空心式高性能伺服电机大多用于工业机器人、小型NC 机床及线切割机床上。

宽调速直流伺服电机的结构特点是励磁便于调整,易于安排补偿绕组和换向极,电动机的换向性能得到改善,成本低,可以在较宽的速度范围内得到恒转速特性。永久磁铁的宽调速直流伺服电机的结构如下图所示。有不带制动器a和带制动器b两种结构。 电动机定子(磁钢1采用矫顽力高、不易去磁的永磁材料(如铁氧体永久磁铁、转子(电枢2直径大并且有槽,因而热容量大,结构上又采用了通常凸极式和隐极式永磁电动机磁路的组合,提高了电动机气隙磁通密度。同时,在电动机尾部装有高精密低纹波的测速发电机,并可加装光电编码器或旋转变压器及制动器,为速度环提供了较高的增量,能获得优良的低速刚度和动态性能。 日本发那科(FANUC公司生产的用于工业机器人、CNC机床、加工中心(MC 的L系列(低惯量系列、M系列(中惯量系列和H系列(大惯量系列直流伺服电机。其中L系列适合于频繁启动、制动场合应用,M系列是在H系列的基础上发展起来的,其惯量较H系列小,适合于晶体管脉宽调制(PWM驱动,因而提高了整个伺服系统的频率响应。而H系列是大惯量控制用电动机,它有较大的输出功率,采用六相全波

伺服驱动器硬件设计方案

伺服驱动器硬件设计方案 伺服驱动器的硬件研发主要包括控制板和电源板的设计,控制板承担与上位机进行交互和实时生成精准的PWM信号。电源板的作用根据PWM信号,利用调制的原理产生特定频率,特定相位和特定幅值的三相电流以驱动电机以达到最优控制。 一控制板研发 1)控制板的架构主要的任务就是核心器件的选择。 安川、西门子等国际知名的公司都是采样ASIC的方式的芯片,这样就可以按照自己 的设计需要来制造专用于伺服控制的芯片,由于采样ASIC方式,所以芯片的运行速 度非常快,那么就比较容易实现电流环的快速响应,并且可以并行工作,那么也很 容易实现多轴的一体化设计。采样ASIC的方式有很多的好处,比如加密等。但是采 样ASIC的风险和前期的投入也是非常的巨大的,并且还要受该国的芯片设计和制造 工艺的限制。 根据我国的实际的国情和国际的因素等多种原因,核心芯片比较适宜采样通用的 DSP,ARM等处理器,比如Ti的C2000飞思卡尔的K60,英飞凌的XE164等。研究 台达的伺服驱动器发现其架构是采用Ti的DSP 2812+CPLD,这和我们公司GSK的方 案基本一样。我们也是采用DSP2812加CPLD(EPM570T144)来实现核心的控制功能。 2)核心器件的控制功能的分工。 DSP实现位置环、速度环、电流环的控制以及利用事件管理器PWM接口实现产生特 定的PWM信号。可以利用其灵活的编程特性快速的运算能力实现特定的控制算法等,还可以利用其自身的A/D完成对电机电流的转换,但是DSP自身的A/D精度普遍较 低,并且还受基准电压电源的纹波PCB的LAYOUT模数混合电路的处理技巧影响, 所以高档的伺服几乎都采用了外部A/D来完成电流采样的处理。比如路斯特安川等。 也有一些高档的伺服使用一些特殊的电流传感器,该传感器的输出已经是数字信 号,这样就可以节省了外部A/D芯片和增强抗干扰能力。如西门子的变频器采用 ACPL7860,发那克用于机器人的六驱一体的伺服也是采用了ACPL7860,西门子的伺 服S120采用了Ti的芯片AMC1203。 CPLD的作用是用来协助DSP以减少其自身的开销,比如完成速度的计算,位置的 计算,控制外部A/D对电机电流进行转换,因此当实现位置环速度环电流环所需要 的位置数据,速度数据,电流数据,那么DSP就可以直接从CPLD/FPGA处读取,不 需要耗费DSP的宝贵时间来计算这些数据。如果是增量式编码器采用M/T法测速效 果是最好的,但M/T法对DSP处理器的资源开销很大, 而CPLD/FPGA可以非常方便 使用M/T法进行测速。如果是绝对式编码器也可以非常方便采用CPLD/FPGA来解 析通信协议,并实现测速。一些高档的伺服也采用了CPLD/FPGA实现总线和以太网 功能。

伺服电机的三种控制方式

选购要点:伺服电机的三种控制方式 伺服电机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以及满足何种运动功能来选择。接下来,松文机电为大家带来伺服电机的三种控制方式。 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(在一个运动控制系统中“上位控制”和“执行机构”是系统中举足轻重的两个组成部分。“执行机构”部分一般不外乎:步进电机,伺服电机,以及直流电机等。它们作为执行机构,带动刀具或工件动作,我们称之为“四肢”;“上位控制”单元的四种方案:单片机系统,专业运动控制PLC,PC+运动控制卡,专用控制系统。“上位控制”是“指挥”执行机构动作的,我们也称之为“大脑”。 随着PC(Personal Computer)的发展和普及,采用PC+运动控制卡作为上位控制将是运动控制系统的一个主要发展趋势。这种方案可充分利用计算机资源,用于运动过程、运动轨迹都比较复杂,且柔性比较强的机器和设备。从用户使用的角度来看,基于PC机的运动控制卡主要是功能上的差别:硬件接口(输入/输出信号的种类、性能)和软件接口(运动控制函数库的功能函数)。按信号类型一般分为:数字卡和模拟卡。数字卡一般用于控制步进电机和伺服电机,模拟卡用于控制模拟式的伺服电机;数字卡可分为步进卡和伺服卡,步进卡的脉冲输出频率一般较低(几百K左右的频率),适用于控制步进电机;伺服卡的脉冲输出频率较高(可达几兆的频率),能够满足对伺服电机的控制。目前随着数字式伺服电机的发展和普及,数字卡逐渐成为运动控制卡的主流。)有比较好的闭环控制功能,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

交流伺服电机与运动控制卡的接口实验

交流伺服电机与运动控制卡的接口实验 一、实验目的 1.认知富士交流伺服电机及驱动器的硬件接口电路 2.认知MPC2810运动控制卡的硬件接口 3.掌握驱动器与MPC2810运动控制卡的硬件连接 二、实验器材 MPC2810运动控制卡、富士交流伺服电机及驱动器,数控实验台II,若干导线,万用表 三、实验内容及步骤 有关富士交流伺服电机及驱动器的详细信息参见《富士AC 伺服系统FALDIC-W 系列用户手册》,有关MPC2810运动控制卡的详细信息参见《MPC2810运动控制器用户手册》。 一)、MPC2810运动控制器相关简介 MPC2810运动控制器是乐创自动化技术有限公司自主研发生产的基于PC的运动控制器,单张卡可控制4轴的步进电机或数字式伺服电机。通过多卡共用可支持多于4轴的运动控制系统的开发。 MPC2810运动控制器以IBM-PC及其兼容机为主机,基于PCI总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元。它与PC机构成主从式控制结构:PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作(例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、控制指令的发送、外部信号的监控等等);运动控制器完成运动控制的所有细节(包括直线和圆弧插补、脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等)。 MPC2810运动控制器配备了功能强大、内容丰富的Windows动态链接库,可方便地开发出各种运动控制系统。对当前流行的编程开发工具,如Visual Basic6.0,Visual C++6.0提供了开发用Lib库及头文件和模块声名文件,可方便地链接动态链接库,其他32位Windows开发工具如Delphi、C++Builder等也很容易使用MPC2810函数库。另外,支持标准Windows动态链接库调用的组态软件也可以使用MPC2810运动控制器。 MPC2810运动控制器广泛适用于:激光加工设备;数控机床、加工中心、机器人等;X-Y-Z控制台;绘图仪、雕刻机、印刷机械;送料装置、云台;打标机、绕线机;医疗设备;包装机械、纺织机

永磁同步伺服电机驱动器设计原理

永磁同步伺服电机(PMSM) 驱动器设计原理 周瑞华周瑞华先生,中达电通股份有限公司应用工程师。 关键词:PMSM 整流功率驱动单元控制单元 永磁交流伺服系统的驱动器经历了模拟式、模拟数字混合式的发展后,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、低可靠性等缺点,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。后者由两部分组成: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,也是技术垄断的核心。 一交流永磁伺服系统的基本结构 交流永磁伺服系统主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通信接口单元、伺服电机及相应的反馈检测器件组成。 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。我们的交流永磁同步驱动器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,实现数字化、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起动电路,以减小起动过程对驱动器的冲击。 伺服驱动器大体可以划分为功能比较独立的两个模块,如图1所示。功率板(驱动板)是强电部分其中包括两个单元,一是功率驱动单元用于电机的驱动,二是开关电源单元为整个系统提供数字和模拟电源;控制板是弱电部分,是电机的控制核心也是伺服驱动器技术核心,控制算法的运行载体。控制板通过相应的算法输出PWM信号,作为驱动电路的驱动信号,来改变逆变器的输出功率,以达到控制三相永磁式同步交流伺服电机的目的。

PLC控制伺服电机的方法

伺服电机的PLC控制方法 以松下Minas A4系列伺服驱动器为例,介绍PLC控制伺服电机的方法。伺服电机有三种控制模式:速度控制,位置控制,转矩控制{由伺服电机驱动器的Pr02参数与32(C-MODE)端子状态选择},本章简要介绍位置模式的控制方法 一、按照伺服电机驱动器说明书上的"位置

控制模式控制信号接线图"连接导线 3(PULS1),4(PULS2)为脉冲信号端子,PULS1连接直流电源正极(24V电源需串连2K左右的电阻),PULS2连接控制器(如PLC 的输出端子)。 5(SIGN1),6(SIGN2)为控制方向信号端子,SIGN1连接直流电源正极(24V电源需串连2K左右的电阻),SIGN2连接控制器(如PLC的输出端子)。当此端子接收信号变化时,伺服电机的运转方向改变。实际运转方向由伺服电机驱动器的P41,P42这两个参数控制。 7(com+)与外接24V直流电源的正极相连。 29(SRV-0N),伺服使能信号,此端子与外接24V直流电源的负极相连,则伺服电机进入使能状态,通俗地讲就是伺服电机已经准备好,接收脉冲即可以运转。 上面所述的六根线连接完毕(电源、编

码器、电机线当然不能忘),伺服电机即可根据控制器发出的脉冲与方向信号运转。其他的信号端子,如伺服报警、偏差计数清零、定位完成等可根据您的要求接入控制器。构成更完善的控制系统。 二、设置伺服电机驱动器的参数。 1、Pr02----控制模式选择,设定Pr02参数为0或是3或是4。3与4的区别在于当32(C-MODE)端子为短路时,控制模式相应变为速度模式或是转矩模式,而设为0,则只为位置控制模式。如果您只要求位置控制的话,Pr02设定为0或是3或是4是一样的。 2、Pr10,Pr11,Pr12----增益与积分调整,在运行中根据伺服电机的运行情况相应调整,达到伺服电机运行平稳。当然其他的参数也需要调整(Pr13,Pr14,Pr15,Pr16,Pr20也是很重要的参数),在您不太熟悉前只调整这三个参数也

伺服电机的三种控制方式有哪些

伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。在不同场景下,伺服电机的控制方式各有不同,在进行选择之前你需要先了解伺服电机是三种控制方式各有其特点,下面小编就给大家介绍一下伺服电机的三种控制方式。 伺服电机控制方式有脉冲、模拟量和通讯控制这三种 1、伺服电机脉冲控制方式 在一些小型单机设备,选用脉冲控制实现电机的定位,应该是最常见的应用方式,这种控制方式简单,易于理解。基本的控制思路:脉冲总量确定电机位移,脉冲频率确定电机速度。都是脉冲控制,但是实现方式并不一样: 第一种,驱动器接收两路(A、B路)高速脉冲,通过两路脉冲的相位差,确定电机的旋转方向。如上图中,如果B相比A相快90度,为正转;那么B相比A相慢90度,则为反转。运行时,这种控制的两相脉冲为交替状,因此我们也叫这样的控制方式为差分控制。具有差分的特点,那也说明了这种控制方式,控制脉冲具有更高的抗干扰能力,在一些干扰较强的应用场景,优先选用这种方式。但是这种方式一个电机轴需要占用两路高速脉冲端口,对高速脉冲口紧张的情况,比较尴尬。

第二种,驱动器依然接收两路高速脉冲,但是两路高速脉冲并不同时存在,一路脉冲处于输出状态时,另一路必须处于无效状态。选用这种控制方式时,一定要确保在同一时刻只有一路脉冲的输出。两路脉冲,一路输出为正方向运行,另一路为负方向运行。和上面的情况一样,这种方式也是一个电机轴需要占用两路高速脉冲端口。 第三种,只需要给驱动器一路脉冲信号,电机正反向运行由一路方向IO信号确定。这种控制方式控制更加简单,高速脉冲口资源占用也最少。在一般的小型系统中,可以优先选用这种方式。 2、伺服电机模拟量控制方式 在需要使用伺服电机实现速度控制的应用场景,我们可以选用模拟量来实现电机的速度控制,模拟量的值决定了电机的运行速度。模拟量有两种方式可以选择,电流或电压。电压方式,只需要在控制信号端加入一定大小的电压即可。实现简单,在有些场景使用一个电位器即可实现控制。但选用电压作为控制信号,在环境复杂的场景,电压容易被干扰,造成控制不稳定;电流方式,需要对应的电流输出模块。但电流信号抗干扰能力强,可以使用在复杂的场景。

交流伺服电机与伺服驱动器

SEAMADE 交流伺服电机与伺服驱动器 ●简介 交流伺服技术自八十年代初发展至今,技术日臻成就,性能不断提高,现已广泛应用于数控机床、印刷包装机械、纺织机械、自动化生产等自动化领域。 ●特点 电机:选用高工作温度,高磁能积优质的永磁材料制作,使用优化的电磁参数设计,电机长期运行仍保持优良的工作状态;用正弦波电流驱动,低速特性好;电机惯量适中,满足各种场合应用;IP65的防护等级,特别适用于工业环境。 驱动器:SDXXX 系列交流伺服是本公司研发的新一代交流伺服驱动器,主要采用最新的IRMCK201作为核心运算单元,并采用了复杂可编程器件EPLD及三菱智能功率模块,具有集成度高,体积小,响应速度快,保护完善,可靠性高等一系列优点。伺服电机自带编码器,位置信号反馈至伺服驱动器,与开环位置控制器一起构成半闭环控制系统。调速比为1:5000,从低速到高速都具有转矩特性。通过修改参数可对伺服系统的工作方式、运行特性作出适当的设置,以适应不同的要求。改进的空间矢量控制算法,比普通的SPWM产生的力矩更大,噪音更小。高达3倍的过载能力,带负载能力强。完善的保护功能:过流,过压,过热和编码器故障。监视功能允许15个参数状态,包括位置误差,电机转速、反馈脉冲、指令脉冲、电机电流等。高适应性,能够适应高速高精度电机,可以配套2-8磁极,200-6000线编码器的各型号电机。 ST系列交流伺服电机型号编号说明 110 ST -M 050 30 L F B Z 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1: 表示电机外径,单位:mm。 2:表示电机是正弦波驱动的永磁同步交流伺服电机。 3:表示电机安装的反馈元件,M—光电编码器,X—旋转变压器。 4:表示电机零速转矩,其值为三位数×0.1,单位:Nm。 5:表示电机额定转速,其值为二位数×100,单位:rpm。 6:表示电机适配的驱动器工作电压,L—AC220V,H—AC380V。 7:表示反馈元件的规格,F—复合式增量光电编码器(2500 C/T),R—1对极旋转变压器。8:表示电机类型,B—基本型。 9:表示电机安装了失电制动器。 SD系列交流伺服驱动器型号编号说明 SD 30 MN 1 2 3 1:表示采用空间矢量调制方式(SVPWM)的交流伺服驱动器 2:表示IPM模块的额定电流(15/20/30/50/75A) 3:表示功能代码(M:数字量与模拟量兼容)

交流伺服电机驱动器使用说明书.

交流伺服电机驱动器使用说明书 1 ?特点 16位CPU+32位DSP三环(位置、速度、电流)全数字化控制脉冲序列、速度、转矩 多种指令及其组合控制 转速、转矩实时动态显示 完善的自诊断保护功能,免维护型产品交流同步全封闭伺服电机适应各种恶劣环境体 积小、重量轻 2 ?指标 输入电源三相200V -10%?+15% 50/60HZ 控制方法IGBT PWM(正弦波) 反馈增量式编码器(2500P/r ) 控制输入伺服-ON报警清除CW、CCW驱动、静止 指令输入输入电压土10V 控制电源DC12?24V 最大200mA 保护功能OU LU OS OL OH REG OC ST CPU 错误,DSP错误,系统错误 通讯RS232C 频率特性200Hz或更高(Jm=Jc时)体积L250 X W85 X H205 重量3.8Kg 3?原理 见米纳斯驱动器方框图(图1)和控制方框图(图2) 4?接线 4.1主回路 卸下盖板坚固螺丝;取下端子盖板。用足够线经和连接器尺寸作连接,导线应采用额定温度600C以上的铜体线,装上端子盖板,拧紧盖板螺丝。螺丝拧紧力矩大于 1.2Nm M4或 2.0 Nm M5时才可能损坏端子,接地线径为2.0mn i 具体见接线图3 4.2CN SIG 连接器[ 具体见接线图4 驱动器和电机之间的电缆长度最大20M 这些线至少要离开主电路接线30cm,不要让这些线与电源进线走一线槽; 或让它们捆扎在一起 线经0.18mm2或以上屏蔽双绞线,有足够的耐弯曲力 屏蔽驱动器侧的屏蔽应连接到CN.SIG连接器的20脚,电机侧应连接到J 脚 若电缆长于10M,则编码器电源线+5V、0V应接双线 4.3CN I/F 连接 控制器等周边设备与驱动器之间距离最大为3M 这些线至少和主电路接线相隔30cm ,不要让这些线与电源进线走同一线槽 或和它们捆扎在一起 COM和COM之间的控制电源(V DC)由用户供给 控制信号输出端子可以接受最大24V或50mA不要施加超过此限位的电压 和电流 若用控制信号直接使继电器动作要象左图所示那样,并联一只二极管到继电 器。不接二极管或接错了二极管的极性,都将可能损坏驱动器 机身接地点(FG)要接到驱动器的一个接地端子具体见接线图5 5.参数

伺服驱动器硬件设计

伺服驱动器的硬件设计 永磁同步电机伺服驱动器的硬件由控制部分和功率部分组成,控制电路以ARM为控制核心,包括编码器接口电路、外围接口电路等等。控制电路实现以下功能:获得相关指令信号和反馈信号,运行矢量控制算法,生成用于控功率模块的PWM信号。功率电路包括整流电路、逆变电路、能耗制动电路、电流采样电路、功率模块及其驱动电路、辅助电源等,用以实现能量的交流-直流-交流形式变换,驱动电机实现对电机力矩、速度、位置的精确控制。 一、编码器接口电路 本系统针对采用增量式编码器的伺服电机设计,增量式编码器共有六对差分输出信号:A+-、B+-、Z+-、U+-、V+-、W+-,如下图所示6对差分信号的处理电路,其中选用了芯片AM26C32芯片。 器接口电路首先由AM26C32解差分,然后再由后经过RC低通滤波电路进行整形,得到3.3V 电平的单端信号。最后得到的Y_A-、Y_B-、Y_Z-输出到XMC4500,以获得电机的位置和速度信息,Y_U-、Y_V-、Y_W-输出给单片机以获得伺服电机的初始相角信息。 二、主回路设计 本系统主要是采用交-直-交电压型逆变的器的形式,主要有不控整流电路滤波电容、电流检测电路、只能功率模块(IPM)及电流采样电路。主回路的结构框图如下:

(一)整流电路设计 本系统采用的是电容滤波的单相不可控整流电路,这部分电路由输入保护电路、整流桥如下图所示: 主回路侧有220V交流进来先接一个2A断路器,以防止过电流,起到保护作用。然后安规电容增加3个安全电容来抑制EMI传导干扰。交流电源输入分为3个端子:火线(L)/零线(N)/地线(G)。在火线和地线之间以及在零线和地线之间并接的电容,一般统称为Y电容。这两个Y电容连接的位置比较关键,必须需要符合相关安全标准,以防引起电子设备漏电或机壳带电,容易危及人身安全及生命。它们都属于安全电容,从而要求电容值不能偏大,而耐压必须较高,Y电容的取值为4700PF。在火线和零线抑制之间并联的电容,一般称之为X 电容。由于这个电容连接的位置也比较关键,同样需要符合相关安全标准。X电容同样也属于安全电容之一。根据实际需要,X电容的容值允许比Y电容的容值大,但此时必须在X电容的两端并联一个安全电阻,用于防止电源线拔插时,由于该电容的充放电过程而致电源线插头长时间带电。选X2电容,电容值为0.47uF. (二)储能稳压及滤波电路 (三)功率模块及其驱动和保护电路 三、辅助电源设计

伺服电机控制方式的选择

伺服电机控制方式的选择 一般伺服电机主要有三种控制方式,即速度控制方式,转矩控制方式和位置控制方式,下面分别对每种控制方式进行详细说明。 1.速度控制方式 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,在有上位机控制装置的外环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机反馈以做运算用。速度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,位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了,这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差,增加了整个系统的定位精度。 2.转矩控制方式 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。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定力矩的

大小,也可以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,例如绕线装置或拉光纤设备。 3.位置控制方式 位置控制方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,也有些伺服驱动器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。 如何选择伺服电机的控制方式呢? 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。 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闭环控制功能,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。 如果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

伺服驱动器的工作原理复习过程

伺服驱动器的工作原 理

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。

伺服驱动系统方案设计

伺服驱动系统设计方案 伺服电机的原理: 伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。与普通电机一样,交流伺服电机也由定子和转子构成。定子上有两个绕组,即励磁绕组和控制绕组,两个绕组在空间相差90°电角度。伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动控制的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)。 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。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作用:伺服电机,可使控制速度,位置精度非常准确。 交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。但是,交流伺服电机必须具备一个性能,就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象,即无控制信号时,它不应转动,特别是当它已在转动时,如果控制信号消失,它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后,如控制信号消失,往往仍在继续转动。 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。 图3 伺服电动机的转矩特性

伺服电机工作原理图

伺服电机工作原理图 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。 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。

伺服驱动器参数设置方法

伺服驱动器参数设置方法 在自动化设备中,经常用到伺服电机,特别是位置控制,大部分品牌的伺服电机都有位置控制功能,通过控制器发出脉冲来控制伺服电机运行,脉冲数对应转的角度,脉冲频率对应速度(与电子齿轮设定有关),当一个新的系统,参数不能工作时,首先设定位置增益,确保电机无噪音情况下,尽量设大些,转动惯量比也非常重要,可通过自学习设定的数来参考,然后设定速度增益和速度积分时间,确保在低速运行时连续,位置精度受控即可。 1.位置比例增益:设定位置环调节器的比例增益。设置值越大,增益越高,刚度越大,相同频率指令脉冲条件下,位置滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调。参数数值由具体的伺服系统型号和负载情况确定。 2.位置前馈增益:设定位置环的前馈增益。设定值越大时,表示在任何频率的指令脉冲下,位置滞后量越小位置环的前馈增益大,控制系统的高速响应特性提高,但会使系统的位置不稳定,容易产生振荡。不需要很高的响应特性时,本参数通常设为0表示范围:0~100% 3.速度比例增益:设定速度调节器的比例增益。设置值越大,增益越高,刚度越大。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载值情况确定。一般情况下,负载惯量越大,设定值越大。在系统不产生振荡的条件下,尽量设定较大的值。 4.速度积分时间常数:设定速度调节器的积分时间常数。设置值越小,积分速度越快。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定。一般情况下,负载惯量越大,设定值越大。在系统不产生振荡的条件下,尽量设定较小的值。 5.速度反馈滤波因子:设定速度反馈低通滤波器特性。数值越大,截止频率越低,电机产生的噪音越小。如果负载惯量很大,可以适当减小设定值。数值太大,造成响应变慢,可能会引起振荡。数值越小,截止频率越高,速度反馈响应越快。如果需要较高的速度响应,可以适当减小设定值。 6.最大输出转矩设置:设置伺服驱动器的内部转矩限制值。设置值是额定转矩的百分比,任何时候,这个限制都有效定位完成范围设定位置控制方式下定位完成脉冲范围。本参数提供了位置控制方式下驱动器判断是否完成定位的依据,当位置偏差计数器内的剩余脉冲数小于或等于本参数设定值时,驱动器认为定位已完成,到位开关信号为ON,否则为OFF。 在位置控制方式时,输出位置定位完成信号,加减速时间常数设置值是表示电机从0~2000r/min的加速时间或从2000~0r/min的减速时间。加减速特性是线性的到达速度范围设置到达速度在非位置控制方式下,如果伺服电机速度超过本设定值,则速度到达开关信号为ON,否则为 OFF。在位置控制方式下,不用此参数。与旋转方向无关。 7.手动调整增益参数 调整速度比例增益KVP值。当伺服系统安装完后,必须调整参数,使系统稳定旋转。首先调整速度比例增益KVP值.调整之前必须把积分增益KVI及微分增益KVD调整至零,然后将KVP值渐渐加大;同时观察伺服电机停止时足否产生振荡,并且以手动方式调整KVP参数,观察旋转速度是否明显忽快忽慢.KVP值加大到产生以上现象时,必须将KVP值往回调小,使振荡消除、旋转速度稳定。此时的KVP值即初步确定的参数值。如有必要,经KⅥ和KVD调整后,可再作反复修正以达到理想值。 调整积分增益KⅥ值。将积分增益KVI值渐渐加大,使积分效应渐渐产生。由前述对积分控制的介绍可看出,KVP值配合积分效应增加到临界值后将产生振荡而不稳定,如同KVP值一样,将KVI值往回调小,使振荡消除、旋转速度稳定。此时的KVI值即初步确定的参数值。

交流伺服电机的工作原理

交流伺服电机的工作原理 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。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。 4. 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,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。 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。 自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统,这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期,各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全满足运动控制的要求,近年来随着微处理器、新型数字信号处理器(DSP 到目前为止,高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机,控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。 日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器,其中D系列适用于数控机床(最高转速为1000 r/min,力矩为0.25~2.8N.m),R系列适用于机器人(最高转速为3000r/min,力矩为0.016~0.16N.m)。之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制,力矩波动由24%降低到7%,并提高了可靠性。这样,只用了几年时间形成了八个系列(功率范围为0.05~6kW)较完整的体系,满足

伺服电机驱动器的工作原理

伺服电机驱动器的工作原理 伺服驱动器又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”,是用来控制伺服电机的一种控制器,其作用类似于变频器作用于普通交流马达,属于伺服系统的一部分,主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制,实现高精度的传动系统定位,目前是传动技术的高端产品。 伺服进给系统的要求 1、调速范围宽 2、定位精度高 3、有足够的传动刚性和高的速度稳定性 4、快速响应,无超调 为了保证生产率和加工质量,除了要求有较高的定位精度外,还要求有良好的快速响应特性,即要求跟踪指令信号的响应要快,因为数控系统在启动、制动时,要求加、减加速度足够大,缩短进给系统的过渡过程时间,减小轮廓过渡误差。 5、低速大转矩,过载能力强 一般来说,伺服驱动器具有数分钟甚至半小时内1.5倍以上的过载能力,在短时间内可以过载4~6倍而不损坏。 6、可靠性高 要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、工作稳定性好,具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。 对电机的要求 1、从最低速到最高速电机都能平稳运转,转矩波动要小,尤其在低速如0.1r/min或更低速时,仍有平稳的速度而无爬行现象。 2、电机应具有大的较长时间的过载能力,以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4~6倍而不损坏。 3、为了满足快速响应的要求,电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩,并具有尽可能小的时间常数和启动电压。 4、电机应能承受频繁启、制动和反转。 常州丰迪电气有限公司是一家专业生产三相步进电机、交流伺服电机、三相伺服电机、伺服电机驱动器、步进电机驱动器的企业,产品主要用于各类数控机床、医疗机械、包装机械、纺织机械等自动化控制领域。公司技术力量雄厚,生产工艺精湛,电机全部采用优质材料,技术性能和质量指标达到国内同类产品的领先水平,丰迪始终以诚信、共赢的经营宗旨立足于市场。下面就由丰迪电气讲述下伺服电机驱动器的工作原理。 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,可以实现比较复杂的控制算法,实现数字化、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。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流,得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电,再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元(AC-DC)主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。 随着伺服系统的大规模应用,伺服驱动器使用、伺服驱动器调试、伺服驱动器维修都是伺服驱动器在当今比较重要的技术课题,越来越多工控技术服务商对伺服驱动器进行了技术深层次研究。

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