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伺服电机及控制教学大纲-

伺服电机及控制教学大纲-
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《伺服电机及控制》课程教学大纲

课程代码:060032012

课程英文名称:Servo Motor and Control

课程总学时:32 讲课:28 实验:4 上机:0

适用专业:自动化专业

大纲编写(修订)时间:2017.11

一、大纲使用说明

(一)课程的地位及教学目标

本课程是自动化专业任选课,教学目的是使学生了解有关伺服电机及控制的基础知识,并了解伺服控制技术的应用场合,应注重理论与实践相结合。

(二)知识、能力及技能方面的基本要求

通过理论教学和实验教学,学生应掌握伺服电机的基本构造、工作原理以及相关控制技术。

(三)实施说明

由于本课程的基础理论可以通过电机学、运动控制基础、自动控制原理和电力拖动直流控制系统等基础理论推演得出,因此可以在教学的过程中采取互动的方式完成教学任务。而具体的应用环境与实例更可以以学生为主,通过查阅资料,独立完成学习过程。这样,可以引导学生逐步自主学习,使之终生受益。在保证知识体系相对完整的前提下,重点放在伺服电机的基本工作原理及控制策略等方面。

将素质教育纳入到传统的专业教育的每一个环节和过程之中,要从培养人的高度,有重点、分主次、依对象来展开,做到收放自如,游刃有余。

总学时应严格把握,理论教学学时与实验教学学时可依环境的变化而做适当调整。

素质教育是全民教育的核心,也是为国家培养合格人才战略的保证,关系到国家未来的发展与腾飞。高等教育的宗旨就是为国家培养更多具有高素质的专门人才。这一原则应该在教学大纲实施的过程中得到充分的肯定和发扬。

(四)对先修课的要求

熟练掌握电机学的基本原理和必要的自动控制理论的知识。

(五)对习题课、实验环节的要求

习题应以思考题为主,主要使学生掌握伺服电机的基本工作原理及控制技术。通过实验,可以培养学生较强的解决实际问题的能力,更进一步加深对所学基础理论的理解,达到综合运用和再提升的目的。

(六)课程考核方式

1.考核方式:考查。

2.考试方法:开卷。

3.课程总成绩:最终理论考试、平时考核(包括作业、小测验、提问等)、实验环节考核成绩的总和。

(七)主要参考书目:

钱平主编.伺服系统第2版.北京:机械工业出版社,2017。

寇宝泉主编. 交流伺服电机及其控制技术.北京:机械工业出版社,2012。

二、英文摘要

本课程是自动化专业学生选修的一门实践性很强的基础课程。课程通过对伺服电机及控制内容的讲授,使学生掌握伺服电机及控制的基本知识、基本原理和基本方法,并具有编程和设计能力。伺服系统的作用、组成、基本要求及特点,三相异步电机伺服控制系统,永磁同步电机伺服控制系统,无刷直流电机控制系统,进给伺服系统。本课程将为后续课程的学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础。

三、课程学时总体分配表

四、教学内容及基本要求

第1部分概述

总学时(单位:学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0

具体内容:

1) 伺服系统的作用及组成

2) 伺服系统的基本要求及特点

重点:

伺服系统的组成

课外作业: 伺服系统的组成

第2部分三相异步电机伺服控制系统

总学时(单位:学时):8 讲课:8 实验:2 上机:0

具体内容:

1) 三相异步电动机矢量控制的基本思想

2) 三相交流电机中的坐标变换

3) 磁场定向矢量控制系统

重点:

三相交流电动机中的坐标变换

磁场定向矢量控制系统

课外作业:

磁场定向矢量控制系统

实验:2学时

三相异步电机伺服控制系统特性研究(2学时)

第3部分永磁同步电机伺服控制系统

总学时(单位:学时):8 讲课:8 实验:2 上机:0

具体内容:

1)三相永磁同步伺服电动机及其数学模型

2)三相永磁同步伺服电动机的控制策略

3)速度反馈信号的检测和处理

4)伺服电动机初始位置的检测

重点:

三相永磁同步伺服电动机的控制策略

课外作业:

三相永磁同步伺服电动机的控制策略

实验:2学时

永磁同步电机伺服控制系统特性研究(2学时)第4部分无刷直流电机控制系统

总学时(单位:学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0

具体内容:

1)无刷直流电机的组成结构和工作原理

2)无刷直流电机的基本公式和数学模型

3)无刷直流电机的驱动控制

重点:

无刷直流电机的工作原理

无刷直流电机的基本公式和数学模型

课外作业:

无刷直流电机的驱动控制

第5部分进给伺服系统

总学时(单位:学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0 具体内容:

1)进给伺服系统概述

2)脉冲比较的进给位置伺服系统

3)相位比较的进给位置伺服系统

4)幅值比较的进给位置伺服系统

5)数据采样式进给位置伺服系统

重点:

相位比较的进给位置伺服系统

幅值比较的进给位置伺服系统

习题:

相位比较的进给位置伺服系统

幅值比较的进给位置伺服系统

步进电机控制器--说明书[1].答案

步进电机,伺服电机可编程控制器KH-01使用说明 一、系统特点 ●控制轴数:单轴; ●指令特点:任意可编程(可实现各种复杂运行:定位控制和非定位控制); ●最高输出频率:40KHz(特别适合控制细分驱动器); ●输出频率分辨率:1Hz; ●编程条数:99条; ●输入点:6个(光电隔离); ●输出点:3个(光电隔离); ●一次连续位移范围:—7999999~7999999; ●工作状态:自动运行状态,手动运行状态,程序编辑状态,参数设定状态; ●升降速曲线:2条(最优化); ●显示功能位数:8位数码管显示、手动/自动状态显示、运行/停止状态显示、步数/计数值/程序显示、编辑程序,参数显示、输入/输出状态显示、CP脉冲和方向显示; ●自动运行功能:可编辑,通过面板按键和加在端子的电平可控制自动运行的启动和停止; ●手动运行功能:可调整位置(手动的点动速度和点动步数可设定); ●参数设定功能:可设定起跳频率、升降速曲线、反向间隙、手动长度、手动速度、中断跳转行号和回零速度; ●程序编辑功能:可任意插入、删除可修改程序。具有跳转行号、数据判零、语句条数超长和超短的判断功能; ●回零点功能:可双向自动回到零点; ●编程指令:共14条指令; ●外操作功能:通过参数设定和编程,在(限位A)A操作和(限位B)B操作端子上加开关可执行外部中断操作; ●电源:AC220V(电源误差不大于±15%)。

一、前面板图 前面板图包括: 1、八位数码管显示 2、六路输入状态指示灯 3、三路输出状态指示灯 4、 CP脉冲信号指示灯

5、 CW方向电平指示灯 6、按键:共10个按键,且大部分按键为复合按键,他们在不同状态表示的功能不同,下面的说明中,我们只去取功能之一表示按键。 后面板图及信号说明: 后面板图为接线端子,包括: 1、方向、脉冲、+5V为步进电机驱动器控制线,此三端分别连至驱动器的相应端,其中: 脉冲————步进脉冲信号 方向————电机转向电平信号 +5V————前两路信号的公共阳端 CP、CW的状态分别对应面板上的指示灯 2、启动:启动程序自动运行,相当于面板上的启动键。 3、停止:暂停正在运行的程序,相当于面板上的停止键,再次启动后,程序继续运行。 4、 (限位A)A操作和(限位B)B操作是本控制器的一大特点:对于步进电机,我们一般进行定量定位控制,如控制电机以一定的速度运行一定的位移这种方式很容易解决,只需把速度量和位移量编程即可。但还有相当多的控制是不能事先定位的,例如控制步进电机从起始点开始朝一方向运行,直到碰到一行程开关后停止,当然再反向运行回到起始点。再例如要求步进电机在两个行程开关之间往复运行n次,等等。在这些操作中,我们事先并不知道步进电机的位移量的具体值,又应当如何编程呢?本控制器利用:“中断操作”,我们称之为“(限位A)A操作”和“(限位B)B操作”。以“(限位A)A操作”为例,工作流程为:当程序在运行时,如果“(限位A)A 操作”又信号输入,电机作降速停止,程序在此中断,程序记住了中断处的座标,程序跳转到“(限位A)A操作”入口地址所指定的程序处运行程序。 5、输入1和输入2通过开关量输入端。 6、输出1、输出2和输出3通过开关量输出端。 7、+24V、地—输入输出开关量外部电源,本电源为DC24V/0.2A,此电源由控制器内部隔离提供。 8、 ~220V控制器电源输入端。 输入信号和输出信号接口电路: 本控制器的“启动”、“停止”、“(限位A)A操作”、“(限位B)B操作”、“输入1”、“输入2”为输入信号,他们具有相同的输入接口电路。“输出1”、“输出2”、“输出3”称为输出信号。他们具有相同的输出接口电路。输入和输出电路都有光电隔离,以保证控制器的内部没有相互干扰,控制器内部工作电源(+5V)和外部工作电源(+24V)相互独立,并没有联系,这两组电源由控制器内部变压器的两个独立绕组提供。 开关量输入信号输出信号的状态,分别对应面板上的指示灯。对于输入量,输入低电平(开关闭合时)灯亮,反之灯灭;对于输出量,输出0时为低电平,指示灯灭,反之灯亮。 开关量输入电路:

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

直流伺服电机控制系统设计

电子信息与电气工程系课程设计报告 设计题目:直流伺服电机控制系统设计 系别:电子信息与电气工程系 年级专业: 学号: 学生姓名: 2006级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书

摘要 随着集成电路技术的飞速发展,微控制器在伺服控制系统普遍应用,这种数字伺服系统的性能可以大大超过模拟伺服系统。数字伺服系统可以实现高精度的位置控制、速度跟踪,可以随意地改变控制方式。单片机和DSP在伺服电机控制中得到了广泛地应用,用单片机作为控制器的数字伺服控制系统,有体积小、可靠性高、经济性好等明显优点。。本设计研究的直流伺服电机控制系统即以单片机作为核心部件,主要是单片机为控制核心通过软硬件结合的方式对直流伺服电机转速实现开环控制。 对于伺服电机的闭环控制,采用PID控制,利用MATLAB软件对单位阶跃输入响应的PID 校正动态模拟仿真,研究PID控制作用以及PID各参数值对控制系统的影响,通过试凑法得到最佳PID参数。同时能更深度地掌握在自动控制领域应用极为广泛的MATLAB软件。 关键词:单片机直流伺服电机 PID MATLAB

目录 1.引言 ...................................................... 错误!未定义书签。2.单片机控制系统硬件组成.................................... 错误!未定义书签。 微控制器................................................ 错误!未定义书签。 DAC0808转换器.......................................... 错误!未定义书签。 运算放大器............................................... 错误!未定义书签。 按键输入和显示模块....................................... 错误!未定义书签。 按键输入............................................ 错误!未定义书签。 显示模块............................................ 错误!未定义书签。 直流伺服电动机.......................................... 错误!未定义书签。 3.单片机控制系统软件设计..................................... 错误!未定义书签。 主程序................................................... 错误!未定义书签。 键盘处理子程序........................................... 错误!未定义书签。 4.控制系统原理图及仿真....................................... 错误!未定义书签。 控制系统方框图........................................... 错误!未定义书签。 控制系统电路原理图....................................... 错误!未定义书签。 Proteus仿真结果........................................ 错误!未定义书签。组件对直流伺服控制系统的仿真................................. 错误!未定义书签。 MATLAB与Simulink简介.................................. 错误!未定义书签。 MATLAB简介......................................... 错误!未定义书签。 Simulink简介....................................... 错误!未定义书签。 直流伺服电机数学模型.................................... 错误!未定义书签。 系统Simulink模型及时域特性仿真......................... 错误!未定义书签。 开环系统Simulink模型及仿真......................... 错误!未定义书签。 单位负反馈系统Simulink模型及仿真................... 错误!未定义书签。 PID校正................................................ 错误!未定义书签。 PID参数的凑试法确定................................ 错误!未定义书签。 比例控制器校正...................................... 错误!未定义书签。 比例积分控制器校正.................................. 错误!未定义书签。 PID控制器校正...................................... 错误!未定义书签。6.小结...................................................... 错误!未定义书签。参考文献..................................................... 错误!未定义书签。附录 ........................................................ 错误!未定义书签。

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

《伺服控制系统课程设计》

《伺服控制系统课程设计》 指导书 ?动化与电??程学院 ?零??年??

?、伺服控制系统课程设计的意义、?标和程序 (3) ?、伺服控制系统课程设计内容及要求 (5) 三、考核?式和报告要求 (11)

?、伺服控制系统课程设计的意义、?标和程序 (?)伺服控制系统程设计的意义 伺服控制系统课程设计是?动化专业?才培养计划的重要组成部分,是实现培养?标的重要教学环节,是?才培养质量的重要体现。通过伺服控制系统课程设计,可以培养考??所学基础课及专业课知识和相关技能,解决具体的?程问题的综合能?。本次课程设计要求考?在指导教师的指导下,独?地完成伺服控制系统的设计和仿真,解决与之相关的问题,熟悉伺服控制系统中控制器设计与整定、电机建模和仿真和其他检测装置的选型以及?程实践中常?的设计?法,具有实践性、综合性强的显著特点。因?对培养考?的综合素质、增强?程意识和创新能?具有?常重要的作?。 伺服控制系统课程设计是考?在课程学习结束后的实践性教学环节;是学习、深化、拓宽、综合所学知识的重要过程;是考?学习、研究与实践成果的全?总结;是考?综合素质与?程实践能?培养效果的全?检验;也是?向?程教育认证?作的重要评价内容。 (?)课程设计的?标 课程设计基本教学?标是培养考?综合运?所学知识和技能,分析与解决?程实际问题,在实践中实现知识与能?的深化与升华,同时培养考?严肃认真的科学态度和严谨求实的?作作风。使考?通过综合课程设计在具备?程师素质??更快地得到提?。对本次课程设计有以下???的要求: 1.主要任务 本次任务在教师指导下,独?完成给定的设计任务,考?在完成任务后应编写提交课程设计报告。 2.专业知识

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

直流无刷伺服电机运动控制系统设计

直流无刷伺服电机运动控制系统设计 Motionchip是一种性能优异的专用运动控制芯片,扩展容易,使用方便。本文基于该芯片设计了一款可用于直流有刷/无刷伺服电机的智能伺服驱动器,并将该驱动器运用到加氢反应器超声检测成像系统中,上位机通过485总线分别控制直流有刷电机和无刷电机,取得了很好的控制效果,满足了该系统的高精度要求。 在传统的电机伺服控制装置中,一般采用一个或多个单片机作为伺服控制的核心处理器。由于这种伺服控制器外围电路复杂,计算速度慢,从而导致控制效果不理想。近年来,许多新的电机控制算法被研究并运用于电机控制系统中,如矢量控制、直接转矩控制等。随着这些控制算法的日益复杂,必须具备高速运算能力的处理器才能实现实时计算和控制。为了适应这种需要,国外许多公司开发了控制电机专用的高档单片机和数字信号处理器(DSP)。现在,通常使用的伺服控制器的控制核心部分大都由DSP和大规模可编程逻辑器件组成,这种方案可以根据不同需要,灵活的设计出性能很好的专用伺服控制器,但是一般研制周期都比较长。 MotionChip的特点 MotionChip是瑞士Technosoft公司开发的一种高性能且易于使用的电机运动控制芯片,它是基于TMS320C240的DSP,外围设置了许多电机伺服控制专用的可编程配置管脚。TMS320C240是美国TI公司推出的电机控制专用16位定点数字信号处理器,其具有高速的运算能力和专为电机控制设计的外围接口电路。MotionChip很好的利用了该DSP的优点,并集成多种电机控制算法于一身,以简化用户设计难度为目的,设计成为一种新颖的电机专用控制芯片。MotionChip有着集成全部必要的配置功能在一块芯片的优点,它是一种为各种电机类型进行快速和低投入设计全数字、智能驱动器的理想核心处理器。具有如下特点: ?可用于控制5种电机类型:直流有刷/无刷电机、交流永磁同步电机、交流感应电机和步进电机,且易于嵌入到用户的硬件结构中; ?可以选择独立或主从方式工作,并可根据需要,设置成通过网络接口进行多伺服控制器协同工作; ?全数字控制环的实现,包括电流/转矩控制环、速度控制环、位置控制环; ?可实现各种命令结构:开环、转矩、速度、位置或外环控制,步进电机的微步进控制,并可实现控制结构的配置,其中包括交流矢量控制; ?可以配置使用各种运动和保护传感器(位置、速度、电流、转矩、电压、温度等); ?使用各种通讯接口,可以实现RS232/RS485通讯、CAN总线通讯; ?基于Windows95/98/2000/ME/NT/XP平台,强大功能的IPM Motion Studio 高级图形编程调试软件:可通过RS232快速设置,调整各参数与编程运动控制程序。其功能强大的运动语言包括:34种运动模式、判决、函数调用,事件驱动运动控制、中断。因此便于开发和使用。 ?可以通过动态链接库TMLlib,利用VC/VB实现PC机控制;也可以与Labview和PLC无缝连接,通过动态链接库,用户可以在上层开发电机的控制程序,研究控制策略。 运动控制系统设计

伺服电机控制系统

伺服电机控制系统 对于数字化伺服电机控制系统,转矩环的性能直接影响着系统的控制效果,电流采样的精度和实时性很大程度上决定了系统的动、静态性能,精确的电流检测是提高系统控制精度、稳定性和快速性的重要环节,也是实现高性能闭环控制系统的关键。在伺服电机控制系统中,电流检测的方案有多种,常见的一种方案是使用霍耳传感器[1],将电流信号经过电磁转换,变换为直流电压信号输出,然后,通过运放和比较器构成的处理电路处理后,输入到处理器;另一种方案是,取采样电阻两端的电压,经线性光藕或者隔离放大器进行信号隔离,调理后接A/D转换器输入进行数字化,获取电流的采样值,而数字化的过程即可以利用处理器中的A/D转换通道实现[3] [4],也可以利用根据原理实现的模拟量直接转换为数字量的隔离调制芯片来实现[2]。本文通过对这三种方案分别进行电路设计和具体实验后所得结果的比较分析,对三种方案各自的特点有了清晰的认识,这有利于基于不同的条件选择合适的方案来提高伺服控制系统的整体性能。 2 伺服电机控制系统简介

本系统采用交直交电压型变频电路,主电路由整流电路、滤波电路及智能功率模块IPM逆变电路构成,控制部分以DSP 芯片TMS320LF2812为核心,CPLD作为辅助处理模块,构成功能齐全的全数字矢量控制系统,系统结构如图1所示,从图1可以看出,本系统是一个有电流、转速和位置负反馈的三闭环系统, DSP负责采样各相电流,计算电机的转速和位置,最后运用矢量控制算法,得到电压矢量PWM控制信号,经过光藕隔离电路后,驱动逆变器功率开关器件;同时DSP 还监控变频调速系统的运行状态,当系统出现短路、过流、过压、过热等故障时,DSP将封锁SVPWM信号,使电机停机,并通过LED显示。CPLD模块负责对光栅尺反馈的位置信息和上位机发送脉冲形式指令信息进行滤波和计数,并将数据以总线方式传送给DSP;同时处理键盘输入和显示输出,以及开关量的输入输出。 伺服电机控制系统中电流采样的作用就是检测交流同步 电动机的三相定子电流并转换成相应的信号输入到DSP中,再由DSP的AD模块转化成数字量进行处理。因为本文研究的是三相平衡系统Ia+Ib+Ic=0,因此只要检测其中的两路电流,就可以得到三相电流。

安川伺服电机说明书

YSKAWA 安川∑Ⅱ数字交流伺服  安装调试说明书  (2004.7版本)

目 录 1. 安川连接示意图  2. 通电前的检查  3. 通电时的检查 4. 安川伺服驱动器的参数设定  5. 安川伺服驱动器的伺服增益调整

1. 安川连接示意图  重要提示: 由于电机和编码器是同轴连接,因此,在电机轴端安装带轮或连轴器时,请勿敲击。否则,会损坏编码器。(此种 情况,不在安川的保修范围!)

2. 通电前的检查  1) 确认安川伺服驱动器和电机插头的连接,相序是否正确:  A.SGMGH电机,不带刹车制动器的连接: 伺服驱动器 电机插头  U A V B W C 接地 D B.SGMGH电机 0.5KW-4.4KW,带刹车制动器电机的连接: 伺服驱动器 电机插头  U A V B W C  接地 D  刹车电源 E  刹车电源 F   刹车电源为: DC90V (无极性)     C. SGMGH电机5.5KW-15KW,带刹车制动器电机的连接:    伺服驱动器 电机插头  U A V B W C  接地 D  电机制动器插头 刹车电源 A 刹车电源 B   刹车电源为: DC90V (无极性)   注: 1.相序错误,通电时会发生电机抖动现象。  2.相线与“接地”短路,会发生过载报警。

2)确认安川伺服驱动器CN2和伺服电机编码器联接正确,  接插件螺丝拧紧。  3)确认伺服驱动器CN1和数控系统的插头联接正确,  接插件螺丝拧紧。    3.通电时的检查   1) 确认三相主电路输入电压在200V-220V范围内。  建议用户选用380V/200V的三相伺服变压器。  2)确认单相辅助电路输入电压在200V-220V范围内。    4.安川伺服驱动器的参数设定  安川伺服驱动器参数,操作方法如下:(1)参数密码设定;  (2)用户参数和功能参数的设定;   1)参数密码设定  为防止任意修改参数,将“Fn010”辅助功能参数,设定: ? “0000” 允许改写 PnXXX 的用户参数,及部分辅助功 能“FnXXX”参数。  ? “0001” 禁止改写 PnXXX 的用户参数,及部分辅助功 能“FnXXX”参数。

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

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。

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