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交流伺服电机的速度控制

伺服控制报告

永磁交流同步伺服电机的速度控制

机自73组员：

张乐07011061

张强07011061

李祚07011061

刘晓宇07011061

陈建伟07011061

永磁交流同步伺服电机的速度控制 (1)

1伺服系统简介 (1)

2绪论 (1)

3总体方案设计 (1)

3.1控制单元 (2)

3.2位置反馈装置 (2)

3.3功率驱动单元 (2)

4系统硬件设计 (2)

4.1控制模块 (2)

4.2驱动模块 (3)

5系统软件设计 (4)

5.1定时器中断服务程序 (5)

5.2转子位置及速度计算程序 (6)

5.3AD转换及数据处理程序 (7)

5.4驱动故障保护程序 (8)

6系统数学模型及仿真 (9)

7系统控制策略的选择 (11)

7.1电流内环P调节器的分析与设计 (11)

7.2电流环内各环节数学模型的建立 (12)

7.3速度外环传统PI调节器的分析与设计 (14)

8基于LabWindows/CVI的系统控制软件设计 (17)

8.1关于LabWindows/CVI (17)

8.2控制软件设计 (18)

8.3发送任务 (18)

8.4接收任务 (19)

8.5用户交互任务 (20)

8.6事件及其处理方法 (20)

9设计小结 (22)

永磁交流同步伺服电机的速度控制

1伺服系统简介

伺服控制用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统,又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）

2绪论

伺服电机属于一类控制电机，分为直流伺服电机和交流伺服电机两种。由于交流伺服电机具有体积小、重量轻、大转矩输出、低惯量和良好的控制性能等优点，故被广泛地应用于自动控制系统和自动检

测系统中作为执行元件，将控制电信号转换为转轴的机械转动。由于伺服电机定位精度相当高，现代位置控制系统已越来越多地采用以交流伺服电机为主要部件的位置控制系统，本文介绍永磁交流同步伺服电机的速度控制

3总体方案设计

交流伺服系统一般包括上图所示几个部分：功率驱动单元、位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器、位置反馈单元及电流反馈单元等。由于本文主要进行

速度控制，因此将上图简化后得到本次设计结构如下：

3.1控制单元

控制单元是整个交流伺服系统的核心，包含着系统位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器。数字信号处理器(DSP)已被广泛应用于交流伺服系统，世界各大芯片公司也推出了面向电机控制的专用DSP芯片。

3.2位置反馈装置

位置反馈装置是交流伺服系统的重要组成部件，选择的是否合理直接关系到系统的静态及动态特性。目前常用的位置传感器主要有高分辨率的旋转变压器、光电编码器、磁性编码器等元件。

3.3功率驱动单元

功率驱动单元采用全桥不控整流，三相电压型逆变器变频的Ac。DC—AC结构。逆变部分采用集成驱动电路、保护电路积功率开关于一体的智能功率模块(IPM)，开关频率可达20KHz。

实际工作时通过计算机上的控制元件向伺服系统发出指令，伺服系统控制伺服电机运动，通过安装在转轴上的光电编码器测得电机的转动信息。当电机转动时，光电编码器随着转动，能够产生a、b两路脉冲信号，这两路信号相差90°相位角，由此可测出光电编码器转动方向与电机转速。如果a相脉冲比b相脉冲超前则电机正转，反之则电机反转。通过对这两路正交信号在一定时间内的计数，可以计算出电机当前的转速。然后对预定值与测量值进行比较，将差值通过D／A 转换器转换成电压信号输出给驱动器，从而实现对伺服电机的闭环控制。

4系统硬件设计

系统硬件原理框图如图1所示。

永磁同步电机伺服系统硬件平台主要由控制模块与驱动模块构成，主要完成以下功能：

4.1控制模块

控制模块主要完成控制算法的实现。控制模块通过AD转换和编码器电路获取伺服系统的运行情况，再根据给定和算法来计算出控制输出，并完成输出。此外，当系统出现故障时，控制模块要及时停止输出。在本平台中控制模块还需要完成系统运行数据的采集以及与上位机和数据采集模块的通讯工作。

4.2驱动模块

驱动模块完成对永磁同步电机的驱动工作以及永磁同步电机伺服系统运行信息的收集工作等。其主要功能如下：

1、电机运行信息的收集

对于永磁同步电机伺服系统，系统所必须获取的系统信息为：三相电流、转子位置、转子转速、控制目标位置等。其中，三相电流是永磁同步电机高性能控制的必须数据。而转子转速通常是通过转子位置的差分获得。如果系统要完成位置伺服控制，那么系统必须获取控制目标位置数据。一般情况下，控制电路与驱动电路的模拟信号或者脉冲信号在电压标准方面存在差异。为此驱动电路部分需要使用通过运算放大器或者光耦构建电路来完成信号变换。

2、驱动电机与保护系统

驱动电路最重要的工作是根据控制电路的控制信号完成对永磁同步电机的直接驱动。为防止驱动部分的干扰影响控制电路的稳定性。一般驱动电路的供电与控制电路的供电是互相独立的。因此，电路之间需要使用高速光耦来完成信号的隔离与准确传输。此外，在研究实验过程中，一般无法保证算法不会出现问题。因此，研究用平台的驱动电路要求具有相较应用性平台更完善的保护功能。所以，我们需要设

计硬件电路来完成：母线电压异常保护、电流过流保护、系统过温保护、IPM 上下桥短路保护等功能。

伺服系统硬件电路设计：

出于设计的方便，使用了一些现成的模块。大致分为：伺服永磁同步电机、驱动模块、控制模块、数据采集模块。

永磁同步伺服电机：

本设计采用伺服永磁同步电机主要参数

额定输出功率200W

额定转速3000rpm

最高转速3600rpm

额定转矩0．637N．m

峰值力矩(瞬间) 1．911Ⅳ．朋

电枢线间绕组电阻12．4 Q

电枢线问绕组电感31．9mH

额定线电流(有效值) 1．3A

额定线电压(有效值) 119．8V

峰值电流(有效值) 3．9A

速度位置传感器光学编码器(2500ppr)

本设计中驱动模块使用高压功率驱动板。它是集IPM、开关电源、高速光耦、保护电路、吸收电路、外围接口、散热器于一体，采用国际标准工艺定制的全功能逆变驱动器。具有以下特点：

1、输入80"--260V AC／DC电源，最大峰值电流15A，输出功率为2KW左右，

更换

驱动模块最大可到5KW。

2、采用IPM模块，具有过流，过热，欠压，过压，输出电流检测等完整的保护

措施，PWM频率最高可达20K。

3、内置60W大功率反激式开关电源，具有强劲的电流输出能力，使系统更趋安

全。8路隔离输出，基本满足所有客户的电源要求。

4、高速光耦使用安捷伦高速光耦HCPL4504作电气隔离，隔离强度为15KV／uS，

彻底保证弱电与强电系统的隔离。

5、4组独立IPM供电，杜绝因自举充电带来的隐患。

6、增量式光电编码器信号输入接口和霍尔传感器信号输入接口。

7、霍尔电流传感器，保证电流采样的精度和绝缘。

选用高压功率驱动板，芯片是32位定点高速数字处理器，最高工作频率

150Mttz。

数据采集电路如下：

通过搭建辅助电路建立一个数据采集系统，其功能为将控制板发送来的数据，进行简单处理后打包发送给上位机，上位机再将

数据记录存储。

5系统软件设计

控制系统主程序流程如图1所示，当系统上电复位后需要完成系统的初始化工作包括：初始化各个使用到的模块如等；配置并初始化

I／O口；各控制环的变量等参数初始化设置等，之后完成转子初始位置确定。当完成这些初始化工作后系统进入主循环中对数据包解析，等待控制指令。

5.1定时器中断服务程序

DSP主程序初始化后，当接收到启动指令后，DSP会执行启动程序：首先初始化相关EVA寄存器与变量(本设计中定时周期为200us)，然后开启了EVA定时器T1，开始输出。定时时间到后，定时器将向DSP发出下溢中断，DSP会响应中断并自动保存现场转入中断服务程序。中断服务程序中将完成输出的计算，计算包括电流信号的Park变换、位置信号的处理、速度环算法、电流环算法及最后的逆Park 变换和SVM输出计算等，其流程如图2所示。为简化程序流程，设计中AD采样被设置为定时器的下溢中断触发。由于AD转换需要消耗一定时间，因此中断服务程序中查询式读取AD采样结果时AD采样过程可能仍未完成，这样会使得程序陷入等待中。如果发生这种情况，中断服务程序有限的时间必然会被浪费。因此，程序中将不涉及到AD采样结果的子程序(位置计算等)安排在读取AD采样结果之前，从而提高处理器的运行效率。此外，中断服务程序中除了输出的计算外，还要把采集到的数据装入数据发送缓冲区，完成实时数据的收集工作。具体的处理器时间分配如图3所示。

5.2转子位置及速度计算程序

本设计中使用增量式编码器获取转子位置，电机每转编码器会发出2500个脉冲。DSP的正交编码脉冲处理电路将编码器A、B两路信号(来自QEPl与QEP2)自动地利用每个A、B信号的四个边沿(两个上升沿与两个下降沿)将输入信号4倍频，从而使每转得到10000个计数脉冲(如图4所示)，提高了编码器信号的分辨率。本设计中解码后的脉冲使用计数器T2计数，因此我们可以根据T2的计数值计算转子的位置。为了解决增量式编码器误差累计的问题，编码器带有一个零位脉冲信号Z(本设计中在转子的机械0位置即电角度0位置发生归零)。设计中使用DSP的捕获单元，捕获Z信号后中断服务程序将对计数器进行清零，从而可以在转子转动一周即对转子位置进行校正，保证了位置计算结果的准确性。其中断服务程序流程如图5所示。

在获取到T2计数器值后，我们需要通过计算将读取到的计数值转换为转子的

位置并计算出转速。通过分析我们可以获得到以下关系。

转子机械角度=T2计数值×机械角度系数

机械角度系数：2π／10000

转子电角度=转子机械角度×4(电机极对数)

本文中速度计算采用简单的M 测速法。根据该法，如果在相等的时间间隔z

T 内，读取计数器的记数变化量为0?。，则电机的转速为：

T n ???=10000600 5.3 AD 转换及数据处理程序

程序中AD 模块被设置为由定时器下溢中断启动，单次采样时问为0.16us ，依

次对U 、V 相电流各进行8次采样。采样时间约为2．56us 。程序中使用查询方式读取转换结果，通过查询判断ADC 状态与标志寄存器2(ADC —ST —FLG)的忙状态位，等待转换完成后读取转换结果。为解决干扰对信号的影响，处理程序中对采样结

果进行简单的处理即：将读取到的8个结果进行去掉最大值与最小值后求平均，提高AD采样的准确性。获取到电流值后，还需要对电流值进行判断，确定电机是否过流。如过流则程序需要关闭输出，报告故障，以保护系统。流程如图6所示。

5.4驱动故障保护程序

出现错误时，驱动板会出现过流、短路或者电源故障等情况，此时驱动板将产生故障信号。本设计中该故障信号接入DSP的PDPINTA引脚，使故障信号引发DSP 发生中断。中断发生后DSP自动封锁PWM输出，同时进入相应中断服务程序。中断服务程序如图5—7所示将完成一系列保护操作：终止PWM输出、停止定时器、故障信息发送等，从而保证系统在最短时间内终止实验从而防止电机和驱动过载而烧毁，保护系统。

6系统数学模型及仿真

1972年德国西门子公司的F.Blaschke提出了交流电动机的矢量控制原理。该理论通过矢量旋转变换和转子磁场定向，将定子电流分解为与磁场方向(d轴方向)相同的激磁分量，和与磁场方向正向(q轴方向)的转矩分量，得到类似直流电机的解耦的数学模型。

具体来讲，就是通过电机外部控制，对电枢磁通势相对励磁磁场进行空间定向控制，也就是直接控制两者之间的空间角度，称为“角度控制”。在实际角度控制中，一种特殊的控制方式就是使电枢磁通势与励磁磁场的夹角为90度，即二者的空间角度为90度，这种控制就称为“磁场定向控制”。此电枢磁通势与励磁磁场正交，从而在电机控制中获得良好的去耦特性，使每安培电流产生的电磁推力最大。

参考相关文献，可得永磁同步电机的d-q轴数学方程如下：

（1）磁链方程

其中，ψd、ψq为d、q坐标轴上的定子磁链分量； Lsd、Lsq为d、q坐标轴上的等效电枢电感；id、iq为d、q坐标轴上的定子电流分量；

ψr为永磁体产生的与定子交链的磁链。

（2）电压方程

将式（1）中的ψd、ψq带入到上式中，用p表示微分算子，可得

其中，ud、uq为d、q坐标轴上的定子电压分量；Rs为定子电阻；ωe为转子旋转的电角速度

（3）转矩方程

将式（1）中的ψd、ψq带入到上式中,可得

其中，Tem为电磁转矩；P为转子极对数

(4)运动方程

其中，J为转动惯量（包括转子转动惯量和机械负载折算过来的转动惯量）；ωm为电机转速；B为粘滞摩擦系数；TL为负载转矩

经矢量控制后，令

i=0，则永磁同步机电压平衡方程变为

对于PMSM的永磁体转子，rψ是恒定值，由公式（2.12）可以看出电磁转矩Te和q轴电流iq成正比，控制iq就能直接控制电磁转矩，iq也因此叫做定子电流的转矩分量，相应的id叫做定子电流的励磁分量。此时从电动机端口来看相当于一台它励直流电动机，定子电流中只有交轴转矩分量，定子磁动势空间矢量与永磁体磁场空间矢量正交。

在永磁同步电机控制系统中，为了改变注入电机定子电流的频率和幅值，控制设备需要实时的产生六路PWM脉冲去控制逆变器的通断。空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）能明显减少逆变器输出电流的谐波成分及电动机的谐波损耗，降低了转矩的脉动，提高了直流电压利用率。由于其控制简单，方便实现数字化，目前应用越来越广.本设计中我们就采用它来工作。

电压空间矢量技术（SVPWM，也称为磁通正弦PWM）是从电动机的角度出发，着眼于使电机获得幅值恒定的圆形磁场，即正弦磁通。它以三相对称正弦波电压供电时的理想圆形磁通轨迹为基准，用逆变器不同的开关模式产生的实际磁通去逼近基准磁通圆，从而达到较高的控制性能。由于本人精力、能力有限，在此不再详述。

7系统控制策略的选择

经过查找学习伺服系统资料，我们决定采用速度外环和电流内环的双环闭环控制系统，其中电流环的作用是提高系统的快速性，抑制电流环内部的干扰，限制最大电流保证系统的安全；速度环的作用是增强系统的抗扰动能力，抑制速度波动。因此系统调节器的设计就包括电流内环调节器的设计和速度外环调节器的设计。调节器的设计实际上是确定各PID控制器中的比例增益系数、积分时间常数和微分时间常数。在设计伺服系统调节器的时候，其设计原则如下：（1）先设计内环,再设计外环；

（2）内环的频带宽度要高于外环,即电流环的频率响应要高于速度环；

（3）设计速度外环时,通常可根据等效条件,把电流内环等效为一阶惯性环节；

7.1电流内环P调节器的分析与设计

电流内环的作用是提高系统的快速性，抑制电流环内部的干扰，限制最大电流保证系统的安全。为实现的简便及动态响应的快速性，电流内环调节器决定采用比例(P)调节器。

7.2电流环内各环节数学模型的建立

电流环设计的基础是各环节的数学模型的建立，这其中包括PMSM的数学模型、电流检测环节的数学模型、滤波环节的数学模型和PWM逆变器的数学模型等。在建立起各环节的数学模型后，整个电流环的数学模型随之建立。

（1）PMSM电流解耦控制的数学模型的建立

经矢量控制后，令

i=0，则永磁同步机电压平衡方程变为

由上式可知，因为存在ud，它在三相永磁同步电机中将产生电枢反应转矩,使得转矩具有非线性特性。但在实际的三相永磁同步电机伺服系统中，

所以，电枢反应影响可以忽略不计。此时

由于Er =ωeψ r为三相永磁同步伺服电机的反电动势，所以有

其中Ta =Ls q /Rs为PMSM的电气时间常数；p为微分算子。

对式进行拉普拉斯变换，整理后可得电压、电流传递函数为：

将电磁转矩方程式代入机械运动方程式，可得到

其中Kt=Pψr为三相永磁同步电机的转矩常数；I1=ML/KT――等效负载电流；B为阻尼系数；J为电机的转动惯量。

对此式进行拉普拉斯变换并整理后得

若忽略阻尼系数B的影响，则可以得到电流与角速度的关系为

（2）电流检测环节、滤波环节的数学模型

可以将电流反馈环节当作比例环节处理。其传递系数用Kcf表示。对于滤波环节，它可视为惯性环节，其时间常数为Tcf，通常Tcf的取值选择为

所以电流检测和滤波环节的传递函数为：

（3）逆变器的数学模型

三相PWM逆变器可看成是一个纯滞后的放大环节，放大系数是一个常数，用KPWM表示。其滞后作用可以认为是调制比较器的滞后时间、为确保安全而设置的触发时间及功率开关器件本身的关断延时时间等三部分组成。三者之和一般不会超过PWM周期的一半。所以实际计算中逆变器的延时时间TPWM'等于PWM周期TPWM 的一半，即

而KPWM的取值为：

故逆变器的传递函数为

由以上可得电流环传递方块图

系统传递函数为

特征方程为

根据控制理论的相关知识可解得：

对这个式子进行简化处理,可以得到KPC的工程计算公式如下

7.3速度外环传统PI调节器的分析与设计

速度调节器是交流伺服系统中极为重要的一个环节，其控制性能是伺服系统的一个重要组成部分。一般来说伺服系统要满足小的速度脉动、快的频率响应和宽的调速范围，而速度调节器设计的好坏直接影响这些性能指标。速度环调节器采用PI调节。在设计完电流内环之后，再利用电流与角速度的关系，即可以得到速度

环的等效结构图如下所示

其中KAD为AD转换器的转换系数；Kf为速度转换系数；3/2为2/3变换系数；KP为度调节器中的比例增益系数；Ti为速度调节器的积分时间。

电流环闭环传递函数为

一般情况下可合并两个小时间常数的惯性环节，电流环闭环等效传递函数可简化为：

其中，T ∑i =T PWM '+Tcf。由于T∑i的导数远大于速度环的截止频率，则电流闭环等效函数进一步简化为一阶惯性环节：

其中

于是伺服系统速度环的固有部分的传递函数为

则可以推导出速度调节器各增益系数的工程计算公式如下

其中KP为速度调节器增益系数；Ti为速度调节器

积分时间；γm为

相角稳定裕度，ωc1 =2πf1，f1为速度环闭环频带宽度。

电机简化为直流电机进行仿真，仿真方块图如下

对系统输入输入阶跃

得到的系统输出

Matlab程序的输出

8基于LabWindows/CVI的系统控制软件设计

8.1关于LabWindows/CVI

LabWindows/CVI是National Instruments公司推出的一套面向测控领域的软件开发平台。它以ANSI C为核心，将功能强大，使用灵活的C语言平台与数据采集，分析和表达的测控专业工具有机地接和起来。它的集成化开发平台，交互式编程方法，丰富的控件和库函数大大增强了C语言的功能，为熟悉C语言的开发人员建立检测系统，自动测量环境，数据采集系统，过程监控系统等提供了一个理想的软件开发环境。

8.2控制软件设计

软件系统设计采用LabWindows／CVI 9．0作为软件开发环境，它提供了丰富的图形用户界面元素和集成了多种接口的功能库。软件的开发效率高，便于系统的调试和维护。

软件按功能可划分为发送任务、接收任务和用户交互任务，其任务状态图如图2所示。软件设计遵循了软件工程化设计原则，按各任务模块进行设计，整个软件总体流程图如图3所示。

控制和在线检测软件采用UDP／IP组播方式进行数据通讯，系统内各硬件单元均以200次/s的速度向系统网络组播地址发送数据报文。UDP／IP组播通讯常用于一个功能主机集群网络的通讯，当网络中混杂了多个功能的主机集群时，组播通讯能很好地起到区分功能主机集群的作用，不同功能的主机集群创建一个组播地址，这个集群中的主机通过组播方式进行同一功能间的数据通讯。

8.3发送任务

发送任务主要的功能是向电机发送控制指令数据，当软件成功配置网络参数后，发送任务将定时以200次／s的速率向网络组播地址发送电机的控制指令数据，电机的DSP主控模块将接收PC端主机发送的数据，根据通讯协议，电机将按协议规定数据位置读取各自的控制指令数据，并按指令数据对电机进行控制。发送任务的程序流程如图5所示。

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）。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。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）的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行的永磁交流伺服系统。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1000r/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

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

伺服电机原理及选型.

什么是伺服电机? 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。伺服电机是可以连续旋转的电-机械转换器。作为液压阀控制器的伺服电机,属于功率很小的微特电机,以永磁式直流伺服电机和并激式直流伺服电机最为常用。伺服电机的作用:伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确。伺服电机的分类:直流伺服电机和交流伺服电机。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。具有起动转矩大,调速范围宽,机械特性和调节特性的线性度好,控制方便等优点,但换向电刷的磨损和易产生火花会影响其使用寿命。近年来出现的无刷直流伺服电机避免了电刷摩擦和换向干扰,因此灵敏度高,死区小,噪声低,寿命长,对周围电子设备干扰小。直流伺服电机的输出转速/输入电压的传递函数可近似视为一阶迟后环节,其机电时间常数一般大约在十几毫秒到几十毫秒之间。而某些低惯量直流伺服电机(如空心杯转子型、印刷绕组型、无槽型的时间常数仅为几毫秒到二十毫秒。小功率规格的直流伺服电机的额定转速在3000r/min以上,甚至大于 10000r/min。因此作为液压阀的控制器需配用高速比的减速器。而直流力矩伺服电机(即低速直流伺服电机可在几十转/分的低速下,甚至在长期堵转的条件下工作,故可直接驱动被控件而不需减速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。控制复杂,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,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。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。交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别? 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。

交流伺服电动机的原理及三种转速控制方式

交流伺服电动机的原理及三种转速控制方式交流伺服电机的定子装有三相对称的绕组，而转子是永久磁极。当定子的绕组中通过三相电源后，定子与转子之间必然产生一个旋转场。这个旋转磁场的转速称为同步转速。电机的转速也就是磁场的转速。由于转子有磁极，所以在极低频率下也能旋转运行。所以它比异步电机的调速范围更宽。而与直流伺服电机相比，它没有机械换向器，特别是它没有了碳刷，完全排除了换向时产生火花对机槭造成的磨损，另外交流伺服电机自带一个编码器。可以随时将电机运行的情况“报告”给驱动器，驱动器又根据得到的11报告"更精确的控制电机的运行。由此可见交流伺服电机优点确实很多。可是技术含量也高了，价格也高了。最重要是对交流伺服电机的调试技术提高了。也就是电机虽好，如果调试不好一样是问题多多。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H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（或称执行电动机）是自动控制系统和计算装置中广泛应用的一种执行元件。其作用为把接受的电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度，按电流种类的不同，伺服电动机可分为直流和交流两大类。下面简单介绍交流伺服电动机有以下三种转速控制方式： (1)幅值控制控制电流与励磁电流的相位差保持90°不变，改变控制电压的大小。 (2)相位控制控制电压与励磁电压的大小，保持额定值不变，改变控制电压的相位。 (3)幅值一相位控制同时改变控制电压幅值和相位.交流伺服电动机转轴的转向随控制电压相位的反相而改变。

伺服电机控制速度运行规划图

伺服电机控制速度运行规划图 1、这个图是伺服电机位置控制速度运行规划图，图上每一个点的高度表示这个时刻电机的运行速度； 2、这个图不是运动控制轨迹图； 3、这个伺服电机位置控制速度图说明位置控制过程，伺服电机由启动、加速、匀速、减速、停车几个运行速度部分，完成一个位置控制过程。 4、伺服电机的一个位置控制过程，有上电启动到停车，是一个连续转动的过程，不是脉冲步进进式前进的，编码器的反馈脉冲只是记录了运转过程电机的速度和角位移；： 5、伺服电机的启动指令、加速指令、减速指令、停车指令，是PLC计数器、比较器运算得出的； 6、例如：指令脉冲数-编码器反馈脉冲数/电子齿轮比=0 ，PLC输出端输出停车指令，变频调速机构完成制动停车！ 7、所以大家不要认为，PLC发脉冲电机转，不发就不转，发得快就转得快，发的慢就转的慢，好像PLC发脉冲控制着电机转动；

8、伺服电机的速度v单位是：指令脉冲数/秒，或者是：编码器反馈脉冲数/电子齿轮比·秒； 9、速度曲线图所围的面积=指令脉冲数=编码器反馈脉冲数/电子齿轮比； 10、伺服电机速度的上限可以这样计算，电机速度的上限（r/s）×周指令脉冲数=PLC计数脉冲额定频率； 11、伺服电机速度的上限可以这样计算，电机速度的上限（r/s）=PLC计数脉冲额定频率×电子齿轮比/编码器解析度；

12、伺服电机运行速度可以设定，必须小于上限速度，即电机速度（r/s）＜PLC计数脉冲额定频率/周指令脉冲数； 13、伺服电机速度不设定，也可以默认为电子齿轮比、编码器解析度、PLC计数脉冲额定频率确定的上限速度； 14、减速曲线下方三角形的面积=减速位置； 15、 t3 - t2 为减速时间； 16、加、减速时间的设定和变频器一样；

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。一般说驱动器控制的好不好，每个厂家的都说自己做的最好，但是现在有个比较直观的比较方式，叫响应带宽。当转矩控制或者速度控制时，通过脉冲发生器给他一个方波信号，使电机不断的正转、反转，不断的调高频率，示波器上显示的是个扫频信号，当包络线的顶点到达最高值的70.7%时，表示已经失步，此时的频率的高低，就能显示出谁的产品牛了，一般的电流环能作到1000Hz以上，而速度环只能作到几十赫兹。换一种比较专业的说法： 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）。可以通过即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。

伺服电机原理

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

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

伺服电机的工作原理

https://www.docsj.com/doc/da15890328.html,/ebook/2007/B10036766/5.html https://www.docsj.com/doc/da15890328.html,/ebook/2007/B10036766/5.html https://www.docsj.com/doc/da15890328.html, 伺服电机的工作原理2008-04-10 10:42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

伺服电机转速控制

伺服电机转速的PLC控制 [摘要]利用西门子PLC输出的模拟量、伺服控制器完成了对伺服电机转速精准的控制。提高了系统控制的可靠性和精确度。满足了工业现场的需要。 [关键词]伺服系统；PLC；模拟量 1.引言伺服电机在自动控制系统中用作执行元件，它将接收到的控制信号转换为轴的角位移或角速度输出。通常的控制方式有三种： ①通讯方式，利用RS232或RS485方式与上位机进行通讯，实现控制； ②模拟量控制方式，利用模拟量的大小和极性来控制电机的转速和方向； ③差分信号控制方式，利用差分信号的频率来控制电机速度。简单、方便的实现对伺服电机转速的精确控制是工业控制领域内的一个期望目标，本文主要研究如何利用PLC输出的模拟量实现对伺服电机的速度较为精准的控制。 2.控制系统电路控制装置选用西门子S7-200系列PLC CPU224XPCN，这种型号的PLC除了带有输入输出点外。还有1个模拟量输入点和1个模拟量输出点，这一型号PLC所具有的模拟量模块，能够满足控制伺服电机的需要。触摸屏选用西门子触摸屏，型号为TP177B。具体控制方案如图l所示，触摸屏是人机对话接口，最初的指令信息要从这里输入。输入的信息通过通讯端口传送到PLC。经运算后，PLC输出模拟量，并连接到伺服控制器的模拟量输入端口。伺服控制器对接收到的模拟量进行内部运算，而后驱动伺服电机达到相应的转速。伺服电机通过测速元件将转速信息反馈到伺服控制器，形成闭环系统，实现转速稳定的效果。图1 控制方案方案中的伺服电机，设计工作转速范围为500～6000RPM，精度要求为±3RPM。 3.控制过程在触摸屏中设置一个对话框，可输入4位数值，然后将此对话框中的数据属性设置成对应PLC中的整形变量数据(如VW310)。目的是当在对话框中输人数值后，电机就能够达到与该数值相同的速度。 PLC输出的模拟量是0～10V，对应的整形数据是0～32000；而伺服电机的输入模拟量是0～l0V。对应的转速是0-6500 RPM。由于这些数值都是理论上的，并且最终希望得到的还是输

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。

伺服驱动器的工作原理

伺服驱动器的工作原理。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。 3、速度模式：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回馈以做运算用。位置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

伺服电机及选型完整版

伺服电机及选型 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

伺服电机伺服电机(servomotor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机。伺服电机可以控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，可把所收到的转换成电动机轴上的角位移或输出。 “伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思，“伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机：在控制信号发出之前，转子静止不动，当控制信号发出时，转子立即转动；当控制信号消失时，转子能即时停转。因此伺服电机指的是随时跟随命令进行动作的一种电机，是以其工作性质命名的。伺服主要靠脉冲来定位，伺服电机接收到一个脉冲就会旋转一个脉冲对应的角度，从而实现位移。伺服本身带有编码器，具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，就会发出对应数量的脉冲。等于是把电机旋转的详细信息反馈回去，形成闭环。这样的话，系统就会知道发了多少脉冲给电机，同时又收了多少脉冲回来，这样就能很精准的控制电机的转动，实现非常精准的定位。一、伺服电机分类 1、直流伺服结构简单控制容易。但从实际运行考虑，直流伺服电动机引入了机械换向装置，成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花影响生产，会产生电磁干扰。而且碳刷需要维护更换。机械换向器的换向能力，也限制了电动机的容量和速度。2、交流伺服分为永磁同步伺服电机和异步伺服电机。目前运动控制基本都用同步电机。永磁同步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）。特点如下： 1、控制速度非常快，从启动到额定转速只需几毫秒；而相同情况下异步电机却需要几秒钟。 2、启动扭矩大，可以带动大惯量的物体进行运动。 ? 3、功率密度大，相同功率范围下相比异步电机可以把体积做得更小、重量做得更轻。 ? 4、运行效率高。 ? 5、可支持低速长时间运行。 ? 6、断电无自转现象，可快速控制停止动作。 7、控制和响应性能比异步伺服电机高很多。二、伺服电机计算、电机转矩电机转矩，简单的说，就是转动的力量的大小。也就是电机可以发出多大的力，转矩是一种力矩，力矩在物理中的定义是：力矩= 力×力臂这里的力臂就可以看成电机所带动的物体的转动半径。如果电机转矩太小，就带不动所要带的物体，也就是感觉电机的“劲”不够大。假设我们是采用滚珠丝杆使工件做平行移动：假设：

伺服电机工作原理

伺服电机的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。 1、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。

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

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