伺服基础知识及简单应用

伺服基础知识

1，伺服驱动器制动电阻选择的问题？ 答：制动电阻的问题，这是个大问题。当然从工程的角度来讲，因为有些东西无法准确的计算，为安全起见，对于频繁启动停止，频繁正反转的场合，可以简单的用能量守恒原理来进行计算。而对于制动电阻的阻值选择的一般规律是制动电阻的阻值不能够太大，也不能够太小，而是有一个范围的。如果阻值太大的话，简单点说，假如是无穷大的话，相当于制动电阻断开，制动电阻不起制动的作用，伺服驱动器还是会报警过电压；如果阻值太小的话，则制动的时候通过该电阻的电流就将非常大，流过制动功率管的电流也会非常大，会将制动功率管烧毁，而制动功率管的额定电流一般是等同于驱动管的，所以制动电阻的最小值是不应当低于710/伺服驱动器的额定电流的（假定伺服驱动器是三相380V电压输入）。另外制动电阻分为两种：铝合金制动电阻和波纹制动电阻。当然网上资料说两种制动电阻各有优劣，但是我想对于一般的工程应用应该是都可以的。另外对于变频器的制动电阻的选择原理上与伺服驱动器是相似的。 2，为什么伺服驱动器加上使能后，所连接的伺服电机的轴用手不能转动？ 答：以伺服驱动器处于位置控制方式为例。运用自动控制的基本原理就可以进行解释。因为伺服驱动器加上使能后，整个闭环系

统就开始工作了，但这个时候伺服系统的给定却为零，假定伺服驱动器处于位置控制方式的话，那么位置脉冲指令给定则为零，如果用手去转动电机轴的话，相当于外部扰动而产生了一个小的位置反馈，因为这个时候的位置脉冲指令给定为零，所以就产生了一个负的位置偏差值，然后该偏差值与伺服系统的位置环增益的乘积就形成了速度指令给定信号，然后速度指令给定信号与内部的电流环输出了力矩，这个力矩就带动电机运转试图来消除这个位置偏差，所以当人试图去转动电机轴的时候就感觉转动不了。 3，伺服驱动器电子齿轮比的设置的问题？ 答：这里首先要区分伺服的控制方式，当然这里假定伺服是以接受脉冲的方式来控制的（伺服如果以总线的方式来控制的话，伺服驱动器就不用设置电子齿轮比了，但是在上位系统中却会有另外一个东西需要设置，这个东西就是脉冲当量，本质上和伺服驱动器的电子齿轮比是一回事），然后还有伺服是位置控制方式还是速度控制方式或力矩控制方式的问题，如果伺服是速度控制方式或力矩控制方式的话，显然电子齿轮比的设置就失去了意义。也就是说电子齿轮比的设置仅在位置控制方式的时候才有效。还有个问题就是伺服是作为直线轴还是作为旋转轴来使用。对于绣花机来说，X轴，Y轴，M轴，SP轴都是直线轴，因为大豪上位认为是1000个脉冲为一转，所以对于这些轴的电子齿轮比的

伺服电动机基本知识讲解

伺服电动机又叫执行电动机，或叫控制电动机。在自动控制系统中，伺服电动机是一个执行元件，它的作用是把信号（控制电压或相位）变换成机械位移，也就是把接收到的电信号变为电机的一定转速或角位移。其容量一般在0.1-100W,常用的是30W以下。伺服电动机有直流和交流之分。 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，如图1所示。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，如图2所示。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。

图1 交流伺服电动机原理图 图2 空心杯形转子伺服电动机结构 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。 图3 伺服电动机的转矩特性 2、运行范围较宽 如图3所示，较差率S在0到1的范围内伺服电动机都能稳定运转。 3、无自转现象

什么是伺服电机,伺服电机知识汇总

什么是伺服电机，伺服电机知识汇总 “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。 伺服电机是自动控制装置中被用作执行元件的微特电机，其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。 伺服电机分为交流伺服和直流伺服两大类 交流伺服电机的基本构造与交流感应电动机（异步电机）相似。在定子上有两个相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf，接恒定交流电压，利用施加到Wc上的交流电压或相位的变化，达到控制电机运行的目的。交流伺服电机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格（要求分别小于10％～15％和小于15％～25％）等特点。 直流伺服电机基本构造与一般直流电动机相似。电机转速n＝E ／K1j＝（Ua－IaRa）／K1j，式中E为电枢反电动势，K为常数，j为每极磁通，Ua、Ia为电枢电压和电枢电流，Ra为电枢电阻，改变Ua 或改变φ，均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法，在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被永久磁铁所取代，磁通φ恒定。直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时

间响应。 直流伺服电机的优点和缺点 优点：速度控制精确，转矩速度特性很硬，控制原理简单，使用方便，价格便宜。 缺点：电刷换向，速度限制，附加阻力，产生磨损微粒（无尘易爆环境不宜） 交流伺服电机的优点和缺点 优点：速度控制特性良好，在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡，90%以上的高效率，发热少，高速控制，高精确度位置控制（取决于编码器精度），额定运行区域内，可实现恒力矩，惯量低，低噪音，无电刷磨损，免维护（适用于无尘、易爆环境）缺点：控制较复杂，驱动器参数需要现场调整PID参数确定，需要更多的连线。 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，对使用环境有要求，通常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，力矩稳定转动平滑，控制复杂，智能化，电子换相方式灵活，可以方波或正弦波换相，电机免维护，高效节能，电磁辐射小，温升低寿命长，适用于各种环境。 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

伺服系统在数控机床上的应用

[摘要]伺服电机比步进电机性能更优越，随着现代电机控制理论的发展，伺服电机控制技术成为了机床数控系统的重要组成部分，并正朝着交流化、数字化、智能化方向发展。 [关键词] 数控系统伺服电机直接驱动 近年来，伺服电机控制技术正朝着交流化、数字化、智能化三个方向发展。作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。本文对其技术现状及发展趋势作简要探讨。 一、数控机床伺服系统 （一）开环伺服系统。开环伺服系统不设检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电动机按数控装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检测反馈和处理修正过程，采用步进电机作为驱动器件，机床的位置精度完全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度，难以达到比较高精度要求。步进电动机的转速不可能很高，运动部件的速度受到限制。但步进电机结构简单、可靠性高、成本低，且其控制电路也简单。所以开环控制系统多用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。 （二）全闭环伺服系统。闭环伺服系统主要由比较环节、伺服驱动放大器，进给伺服电动机、机械传动装置和直线位移测量装置组成。对机床运动部件的移动量具有检测与反馈修正功能，采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动部件。可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件，来构成高精度的全闭环位置控制系统。系统的直线位移检测器安装在移动部件上，其精度主要取决于位移检测装置的精度和灵敏度，其产生的加工精度比较高。但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等各种非线性因素，对系统稳定性有很大影响，使闭环进给伺服系统安装调试比较复杂。因此只是用在高精度和大型数控机床上。 （三）半闭环伺服系统。半闭环伺服系统的工作原理与全闭环伺服系统相同，同样采用伺服电动机作为驱动部件，可以采用内装于电机内的脉冲编码器，无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/ 速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，其系统的反馈信号取自电机轴或丝杆上，进给系统中的机械传动装置处于反馈回路之外，其刚度等非线性因素对系统稳定性没有影响，安装调试比较方便。机床的定位精度与机械传动装置的精度有关，而数控装置都有螺距误差补偿和间隙补偿等项功能，在传动装置精度不太高的情况下，可以利用补偿功能将加工精度提高到满意的程度。故半闭环伺服系统在数控机床中应用很广。 二、伺服电机控制性能优越 （一）低频特性好。步进电机易出现低速时低频振动现象。交流伺服电机不会出现此现象，运转非常平稳，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，可检测出机械的共振点，便于系统调整。 （二）控制精度高。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。例如松下全数字式交流伺服电机，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。 （三）过载能力强。步进电机不具有过载能力，为了克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩，选型时需要选取额定转矩比负载转矩大很多的电机，造成了力矩浪费的现象。而交流伺服电机具有较强的过载能力，例如松下交流伺服系统中的伺服电机的最大转矩达到额定转矩的三倍，可用

伺服电机的基本结构和工作原理

伺服电机的基本结构和工作原理 交流伺服电机通常都是单相异步电动机，有鼠笼形转子和杯形转子两种结构形式。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。固定和保护定子的机座一般用硬铝或不锈钢制成。笼型转子交流伺服电机的转子和普通三相笼式电机相同。杯形转子交流伺服电机的结构如图3-12由外定子4，杯形转子3和内定子5三部分组成。它的外定子和笼型转子交流伺服电机相同，转子则由非磁性导电材料（如铜或铝）制成空心杯形状，杯子底部固定在转轴7上。空心杯的壁很薄（小于0.5mm），因此转动惯量很小。内定子由硅钢片叠压而成，固定在一个端盖1、8上，内定子上没有绕组，仅作磁路用。电机工作时，内﹑外定子都不动，只有杯形转子在内、外定子之间的气隙中转动。对于输出功率较小的交流伺服电机，常将励磁绕组和控制绕组分别安放在内、外定子铁心的槽内。 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。 当电机原来处于静止状态时，如控制绕组不加控制电压，此时只有励磁绕组通电产生脉动磁场。可以把脉动磁场看成两个圆形旋转磁场。这两个圆形旋转磁场以同样的大小和转速，向相反方向旋转，所建立的正、反转旋转磁场分别切割笼型绕组（或杯形壁）并感应出大小相同，相位相反的电动势和电流（或涡流），这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩为零，伺服电机转子转不起来。一旦控制系统有偏差信号，控制绕组就要接受与之相对应的控制电压。在一般情况下，电机内部产生的磁场是椭圆形旋转磁场。一个椭圆形旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。这两个圆形旋转磁场幅值不等（与原椭圆旋转磁场转向相同的正转磁场大，与原转向相反的反转磁场小），但以相同的速度，向相反的方向旋转。它们切割转子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁力矩也 方向相反、大小不等（正转者大，反转者小）合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着正转磁场的方向转动起来，随着信号的增强，磁场接近圆形，此时正转磁场及其力矩增大，反转磁场及其力矩减小，合成力矩变大，如负载力矩不变，转子的速度就增加。如果改变控制电压的相位，即移相180o，旋转磁场的转向相反，因而产生的合成力矩方向也相反，伺

交流异步电机伺服控制技术的应用

交流异步电机伺服控制技术的应用 摘要对交流异步电机实现伺服控制是电机控制技术的一大突破，交流异步伺服控制技术在几种控制技术中具有明显的优势，控制功能和精度已经达到了同步伺服的水平，在各行业自动控制领域，特别是中、大功率运动控制系统有很好的应用前景。采用滑差频率矢量控制原理、系统级芯片SOC 和“软伺服”技术的时光全数字化交流伺服控制器，可应用于需要对位置、速度、加速度和转矩进行控制的各种领域。 关键词交流异步电机伺服控制应用 1 交流异步电动机伺服控制系统 1.1交流异步电动机 交流异步电动机是应用最广的驱动设备，占总动力负载的85 % 左右。三相交流异步电机具有效率较高、结构简单、牢固耐用、经济可靠以及成本较低等优点，在工业、农业和国民经济的各个部门中，具有极其重要的地位。三相交流异步电动机是由流过定子线圈的电流产生旋转磁场而令转子转动，旋转磁场和转子转动之间的速度差称为转差。转子的感应电流与转差成比例关系。为保证旋转磁场与感应电流保持正交关系，需要进行AC矢量控制。但与直流电机和交流同步电机的励磁（或永久）磁场相比，对交流异步电机的控制难度要大得多。在调速性能和改善功率因数，尤其是高精度伺服控制方面，技术上一直未取得突破。 随着微电子、电力电子与计算机技术的发展，变频技术出现，变频器不需改变电机结构，通过改变电机输入电压及频率，扩大了电机的调速范围。但变频技术满足不了“高、精、尖”产品对于工业控制技术的要求。自动控制技术要求对电机的输出参数如位置、速度、加速度、转矩进行控制，即伺服控制。 时光科技有限公司自主研发了具有完全知识产权的全数字化交流伺服控制技术，实现了对三相交流异步电机的高精度伺服控制。对交流异步电机实现伺服控制是电机控制技术的一大突破，使得交流异步电机在发挥固有的优势的基础上，大大扩展了应用领域。 伺服系统又称为随动系统，它的基本功能就是按照指令要求实现对执行机构运动的控制，使系统的输出精确地跟随指令值变化。其特点是：宽的调速范围，转速、转向可控；线性的机械特性和调节特性；快速响应；无自转现象（零速锁定）。 1.2交流伺服控制系统 伺服控制器伺服电动机组 伺服系统控制的方式有：位置控制、速度控制、转矩控制以及混合控制，即前三者之间的切换。近几年来，伺服控制的优势已经被广泛认识，交流伺服技术在各个领域得到广泛应用。 2 几种电机控制方式的比较

伺服系统介绍.doc

一、相关概念 伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。 在机器人中，伺服驱动器控制电机的运转。驱动器采用速度环，位置环，电流环三环闭环电路，内部还设有错误检出和保护电路。驱动器通过通信连接器，控制连接器，编码连接器跟外部输入信号和输出信号相连。通信连接器主要用于跟电脑或控制器通信。控制连接器用于跟伺服控制器联接，驱动器所需的输入信号、输出信号、控制信号和一些方式选择信号都通过该控制连接器传输，它是驱动器最为关键的连接器。编码连接器跟电机编码器连接，用于接收编码器闭环反馈信号，即速度反馈和换向信号。 伺服电机主要用于驱动机器人的关节。关节越多，机器人的柔性和精准度越高，所需要使用的伺服电机的数量就越多。机器人对伺服电机的要求非常高，必须满足快速响应、高起动转矩、动转矩惯量比大、调速范围宽，要适应机器人的形体做到体积小、重量轻，还必须经受频繁的正反向和加减速运行等苛刻的条件，做到高可靠性和稳定性。伺服电机分为直流、交流和步进，工业机器人用的较多的是交流。 机器人用伺服电机

二、伺服系统的技术现状 2.1视觉伺服系统 随着机器人技术的迅猛发展,机器人承担的任务更加复杂多样,传统的检测手段往往面临着检测范围的局限性和检测手段的单一性.视觉伺服控制利用视觉信息作为反馈，对环境进行非接触式的测量,具有更大的信息量，提高了机器人系统的灵活性和精确性,在机器人控制中具有不可替代的作用。 视觉系统由图像获取和视觉处理两部分组成,图像的获取是利用相机模型将三维空间投影到二维图像空间的过程,而视觉处理则是利用获取的图像信息得到视觉反馈的过程。基本的相机模型主要包括针孔模型和球面投影模型,统一化模型是对球面模型的推广,将各种相机的图像映射到归一化的球面上。视觉伺服中的视觉反馈主要有基于位置、图像特征和多视图几何的方法。 其中,基于位置的方法将视觉系统动态隐含在了目标识别和定位中，从而简化了控制器的设计，但是一般需要已知目标物体的模型，且对图像噪声和相机标定误差较为敏感。基于图像特征的视觉反馈构造方法，其中基于特征点的方法在以往的视觉伺服中应用较为广泛，研究较为成熟，但是容易受到图像噪声和物体遮挡的影响，并且现有的特征提取方法在发生尺度和旋转变化时的重复性和精度都不是太好，在实际应用中存在较大的问题。因此，学者们提出了基于全局图像特征的视觉反馈方法，利用更多的图像信息对任务进行描述，从而增强视觉系统的鲁棒性，但是模型较为复杂，控制器的设计较为困难，且可能陷入局部极小点。目前针对这一类系统的控制器设计的研究还比较少,一般利用局部线性化模型进行控制,只能保证局部的稳定性。多视图几何描述了物体多幅图像之间的关系，间接反映了相机之间的几何关系。相比于基于图像特征的方法，多视图几何与笛卡尔空间的关系较为直接，简化了控制器的设计。常用的多视图几何包括单应性、对极几何以及三焦张量。 2.2伺服系统控制技术 现代的机器人伺服系统多采用交流伺服驱动系统，而且正在逐渐向数字化方向转变。数字控制技术已经五孔不入，如信号处理技术中的数字滤波、数字控制器，把功能更加强大的控制器芯片已经各种智能处理模块应用到工业机器人交流伺服系统中，可以实现更好的控制性能。 最近几十年，由于微电子技术的进步，各种方便用户开发的微控制器与数字信号处理器件大量涌现市场，为各种先进的智能控制算法在控制系统中的应用提供了可能。如今，各种新型的伺服控制策略大量涌现，大有与传统控制策略一较高低的趋势下面简单介绍几种： 1）矢量控制矢量控制技术的提出，为交流伺服驱动系统的快速进步提供了理论支持。矢量控制技术的主要原理为：以转子旋转磁场作为参考系，将电动机定子矢量电流经过两次坐标变换分解为直轴电流和交轴电流分量，且使两电流分量相互正交，同时对交直轴电流分量的

微型伺服电机基本知识

微型伺服电机基本知识（附录） 微型的伺服电机在无线电业余爱好者的航模活动 中使用已有很长一段历史，而且应用最为广泛，国内亦称之为“舵机”，含义为：“掌舵人操纵的机器”。舵机是一种位置伺服的驱动器。它是机器人、机电系统和航模的重要执行机构。它接收一定的控制信号，输出一定的角度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。标准的舵机有3条导线：电源线（红）、地线（黑或灰）、控制线（白或橙黄）。控 制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号（PWM），方波脉冲信号的周期为20ms（即频率为50 Hz)，当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比，也就是利用占空比的变化来改变舵机的位置。可见，其主要用作运动方向的控制部件。因此，机器人模型中也常用到它作为可控的运动关节，这些活动关节在机械原理中常称它为自由度。 以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系为：0.5ms--------------≈0度；

0.9ms-------------≈45度； 1.5ms-------------≈90度； 2.1ms------------≈135度； 2.5ms------------≈180度； 相关资料地址： https://www.docsj.com/doc/e516898005.html,/conan803/blog/item/2435c0fd02127c4ed7887d7d.html https://www.docsj.com/doc/e516898005.html,/question/111534191.html https://www.docsj.com/doc/e516898005.html,/zhidao/answer.aspx?id=108091132

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

伺服电机控制技术的应用与发展

龙源期刊网 https://www.docsj.com/doc/e516898005.html, 伺服电机控制技术的应用与发展 作者：黄新宇 来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第07期 【摘要】现阶段，随着社会的发展，我国的科学技术的发展也有了很大的进步。电机的 主要功能是将电能转变为机械能，应用领域非常广泛，涉及航空、机械运转以及运输等多个行业。电力电子技术水平的不断提升，使电机功能更加多样化，尤其是在信息时代下，更体现了智能化的特点。电机为电机控制技术发展提供推动力，使其可以更加多方位地满足安全需求。处理器和数字化伺服系统的协调发展，相应提高了数控系统计算性能，达到了缩减时间的目的。硬件伺服控制系统实现了向软件伺服控制系统的转变，提高了伺服系统运行性能。这些变革都为加工技术提供了推动力。 【关键词】伺服电机；控制技术；应用与发展 1 伺服控制系统 1.1 开环伺服系统 开环伺服系统中并未设置检测反馈设备，因此也不存在运动反馈控制回路。一旦设备发出了脉冲指令，这时电动机便开始运行。虽然可能存在运动误差，但是不会做出任何信息错误反馈。期间，步进电动机在开环伺服中是最为关键的驱动部件。步进电机在步距角精度、机械传动精度等方面具有极大优势，直接关系到开环系统的精准度。通常，针对开环系统精準度没有过高要求。尽管步进电动机的转速不高，部件运行期间也存在限制，但其结构精简、可靠性高、制造成本低，所以为控制电路赋予了简单的特点。因此，开环控制系统内部没有对精度和速度提出严格要求的装置，一般会使用步进电动机。 1.2 半闭环伺服系统 该系统中的主要装置为无刷旋转变压器，用以检测位置、速度，而最关键的部件是装载中放置的脉冲编码器。电机轴中装载了系统内全部反馈信号，此外也包括负责系统机械传动的装置。非线性因素不会对系统运行造成影响，相反还会为安装调试提供便利。机械传动装置精准度与半闭环伺服系统定位精准度有直接关系，即便是机械传动装置的精度低，但是通过数控装置中具备的误差补偿和间隙补偿两种功能，也会提升其精准度。所以，半闭环伺服系统更多被应用于数控机床。 图1所示是伺服电机控制系统，它以C8051F060为核心，同时还有显示电路、编码器、编码器处理电路、RS485通信电路、伺服电机驱动电路、伺服电机。 2 伺服电机控制技术的应用

伺服电机基本知识范文

伺服电机 中文名称：伺服电机 英文名称：servo motor 定义：转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压所属学科：航空科技(一级学科) ；航空机电系统(二级学科) 伺服电机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,可使控制速度,位置精度非常准确。将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象 一：伺服电机工作原理 1.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。 2.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。 3.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， 5．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。

伺服系统基础知识资料

交流永磁同步伺服驱动系统 一、伺服系统简介 伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。在20世纪60年代，最早是直流电机作为主要执行部件，在70年代以后，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。 交流永磁同步伺服驱动系统（以下简称伺服系统），是基于国外高端伺服技术开发出适合于国内环境的伺服驱动系统，具有性能优异、可靠性强，广泛应用于数控机床、织袜机械、纺织机械、绣花机、雕刻机械等领域，在这些要求高精度高动态性能以及小体积的场合，应用交流永磁同步电机（PMSM）的伺服系统具有明显的优势。其中，PMSM具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特性和效率都很高。交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方面来衡量。伺服系统调速范围一般的在1:5000～1:10000；定位精度一般都要达到±1个脉冲；稳速精度，尤其是低速下的稳速精度，比如给定1rpm时，一般的在±0.1rpm以内，高性能的可以达到±0.01rpm以内；动态响应方面，通常衡量的指标是系统最高响应频率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后不超过90°或者幅值不小于50％。应用在特定要求高的一些场合，目前国内主流产品的频率在200～500Hz。运行稳定性方面，主要是指系统在电压波动、负载波动、电机参数变化、上位控制器输出特性变化、电磁干扰、以及其他特殊运行条件下，维持稳定运行并保证一定的性能指标的能力。 二、伺服系统的组成 伺服系统的组成 1.上位机 上位机通过控制端口发送指令（模拟指令或脉冲指令）给驱动器。驱动器跟随外部指令来执行，同时驱动器反馈信号给上位机。 2.驱动器

永磁同步电机基础知识

(一) PMSM 的数学模型 交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统。永磁同步电机的三相绕组分布在定子上，永磁体安装在转子上。在永磁同步电机运行过程中，定子与转子始终处于相对运动状态，永磁体与绕组，绕组与绕组之间相互影响，电磁关系十分复杂，再加上磁路饱和等非线性因素，要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的。为了简化永磁同步电机的数学模型，我们通常做如下假设： 1) 忽略电机的磁路饱和，认为磁路是线性的； 2) 不考虑涡流和磁滞损耗； 3) 当定子绕组加上三相对称正弦电流时，气隙中只产生正弦分布的磁势，忽略气隙中的高次谐波； 4) 驱动开关管和续流二极管为理想元件； 5) 忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响。 永磁同步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成，在两相旋转坐标系下的数学模型如下： (l)电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示: d d s d d c q q q s q q c d di u R i L dt di u R i L dt ωψωψ?=+-????=++?? 其中，Rs 为定子电阻；ud 、uq 分别为d 、q 轴上的两相电压；id 、iq 分别为d 、q 轴上对应的两相电流；Ld 、Lq 分别为直轴电感和交轴电感；ωc 为电角速度；ψd 、ψq 分别为直轴磁链和交轴磁链。 若要获得三相静止坐标系下的电压方程，则需做两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，如下式所示。 cos sin 22cos()sin()3322cos()sin()33a d b q c u u u u u θθθπθπθπθπ?? ?-????? ??=--- ? ???? ???? ?+-+? ? (2)d/q 轴磁链方程： d d d f q q q L i L i ψψψ=+???=?? 其中，ψf 为永磁体产生的磁链，为常数，0f r e ωψ=，而c r p ωω=是机械角速度，p 为同步电机的极对数，ωc 为电角速度，e0为空载反电动势，其值为每项 倍。

电液伺服控制系统的设计

。 电液伺服控制系统的设计与仿真 引言 电液伺服系统具有响应速度快、输出功率大、控制精确性高等突出优点，因而在航空航天、军事、冶金、交通、工程机械等领域得到广泛应用。随着电液伺服阀的诞生，使液压伺服技术进入了电液伺服时代，其应用领域也得到广泛的扩展。随着液压系统逐渐趋于复杂和对液压系统仿真要求的不断提高，传统的利用微分方程和差分方程建模进行动态特性仿真的方法已经不能满足需要。因此，利用AMESim、Matlab／Simulink等仿真软件对电液伺服控制系统进行动态仿真，对于改进系统的设计以及提高液压系统的可靠性都具有重要意义。 1 液压系统动态特性研究概述 随着液压技术的不断发展与进步和应用领域与范围的不断扩大，系统柔性化与各种性能要求更高，采用传统的以完成执行机构预定动作循环和限于系统静态性能的系统设计远远不能满足要求。因此，现代液压系统设计研究人员对系统动态特性进行研究，了解和掌握液压系统动态工作特性与参数变化，以提高系统的响应特性、控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。 液压系统动态特性简述 … 液压系统动态特性是其在失去原来平衡状态到达新的平衡状态过程中所表现出来的特性，原因主要是由传动与控制系统的过程变化以及外界干扰引起的。在此过程中，系统各参变量随时间变化性能的好坏，决定系统动态特性的优劣。系统动态特性主要表现为稳定性（系统中压力瞬间峰值与波动情况）以及过渡过程品质（执行、控制机构的响应品质和响应速度）问题。 液压系统动态特性的研究方法主要有传递函数分析法、模拟仿真法、实验研究法和数字仿真法等。数字仿真法是利用计算机技术研究液压系统动态特性的一种方法。先是建立液压系统动态过程的数字模型——状态方程，然后在计算机上求出系统中主要变量在动态过程的时域解。该方法适用于线性与非线性系统，可以模拟出输入函数作用下系统各参变量的变化情况，从而获得对系统动态过程直接、全面的了解，使研究人员在设计阶段就可预测液压系统动态性能，以便及时对设计结果进行验证与改进，保证系统的工作性能和可靠性，具有精确、适应性强、周期短以及费用低等优点。 仿真环境简介 基于Matlab平台的Simulink是动态系统仿真领域中著名的仿真集成环境，它在众多领域得到广泛应用。Simulink借助Matlab的计算功能，可方便地建立各种模型、改变仿真参数，有效解决了仿真技术中的问题。Simulink提供了交互的仿真环境，既可通过下拉菜单进行仿真，也可通过命令进行仿真。虽然Simulink提供了丰富的模块库，但是在Matlab／Simulink下对液压系统进行建模及仿真需要做很多简化工作，而模型的简化使得仿真结果往往出现一定的误差。AMESim (Advanced Modeling Environment for Simulation of Engineering Systems)是法国IMAGINE公司开发的一套高级仿真软件。它是一个图形化的开发环境，用于工程系统的建模、仿真和动态性能分析。AMESim的特点是面向工程应用从而使其成为

PLC控制伺服电机

第1章PLC 基础知识 1.1 PLC简介 1.1.1 PLC的定义 PLC(Programmable Logic Co ntroller)是一种以计算机(微处理器)为核心的通用工业控 制装置,专为工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子学系统。目前已经广泛地'应用于工业生产的各个领域。早期的可编程序控制器只能用于开关量的逻辑控制，被称为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PC。现代可编程序控制器采用微处理(Microprocessor)作为中央处理单元，其功能大大增强，它不仅具有逻辑控制功能，还具有算术运算、模拟量处理和通信联网等功能。PLC的高可靠性到目前为止没有任 何一种工业控制设备可以达到，PLC 对环境的要求较低，与其它装置的外部连线和电平转换极少，可直接接各种不同类型的接触器或电磁阀等。 这样看来，PC这一名称已经不能准确反映它的特性，于是，人们将其称为可编程序控 制器(Programmable Controller)，简称PLC。但是近年来个人计算机(Personal Compute) 也简称PLC，为了避免混淆，可编程序控制器常被称为PLC。 1.1.2 PLC的产生和发展 在PLC 出现之前，机械控制及工业生产控制是用工业继电器实现的。在一个复杂的控制系统中，可能要使用成千上百个各式各样的继电器，接线、安装的工作量很大。如果控制工艺及要求发生变化，控制柜内的元件和接线也需要作相应的改动，但是这种改造往往费用高、工期长。在一个复杂的继电器控制系统中，如果有一个继电器损坏、甚至某一个继电器的某一点接触点不良，都会导致整个系统工作不正常，由于元件多、线路复杂，查找和排除故障往往很困难。继电器控制的这些固有缺点，各日新月异的工业生产带来了不可逾越的障碍。由此，人们产生了一种寻求新型控制装置的想法。 1968 年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司( GM 公司)为了适应汽车型号不断翻新的要求，提出如下设想：能否把计算机功能完备、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，做成一种通用控制装置，并把计算机的编程方法合成程序输入方式加以简化，用面向过程、面向问题的“自然语言”编程，使得不熟悉计算机的人也可以方便使用。这样，使用人员不必在编程上花费大量的精力，而是集中力量去考虑如何发挥该装置的功能和作用。这一设想提出之后，美国数字设备公司 (DEC公司)首先响应，于1969年研制出了世界上第一台PLC。此后，这项新技术就迅速发展起来。 PLC 的发展过程大致如下： 第一代：从第一台可编程序控制器诞生到70 年代初期。其特点是：CPU 有中小型规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器；功能简单，主要能完成条件、定时、计数控制；机种单一，没有形成系列；可靠性略高于继电接触器系统；没有成型的编程语言。 第二代：70 年代初期到70 年代末期。其特点是：CPU 采用微处理器，存储器采用EPROM，使PLC的技术得到了较大的发展：PLC具有了逻辑运算、定时、计数、数值计算、数据处理、计算机接口和模拟量控制等功能：软件上开发出自诊断程序，可靠性进一步提高；系统开始向标准化、系统化发展；结构上

伺服控制总结

现代伺服运动控制系统综述 1 绪论 随着生产力的不断发展，要求交流伺服运动控制系统向数字化、高精度、高速度、高性能方向发展。要充分利用迅速发展的电子和计算机技术，采用数字式伺服系统，利用危机实现调节控制，增强软件控制功能，排除模拟电路的非线性误差和调整误差以及温度飘雨等因素的影响，这可大大提高伺服系统的性能，并为实现最优控制、自适应控制创造条件。控制理论在伺服运动控制系统中的实现和应用，寻求更优良的控制策略对交流伺服系统进行控制是提高其性能的有效途径之一。随着计算机性能的的日新月异，伺服系统的控制手段也向着模糊控制、神经网络等更加智能化的方向发展。在机电一体化技术迅速发展的同时，运动控制技术作为其关键组成部分，也得到前所未有的大发展，国内外各个厂家相继推出运动控制的新技术、新产品。主要有全闭环交流伺服驱动技术、直线电机驱动技术、可编程计算机控制器、国际开放式结构高性能DSP多轴运动控制系统技术、基于现场总线的运动控制技术和运动控制卡能几项具有代表性的新技术。 2 伺服运动控制系统 2.1 伺服系统 伺服技术是以精确运动控制和力能输出为目的，综合运用机电能量变换与驱动控制技术、检测技术、自动控制技术、计算机控制技术等，实现精确驱动与系统控制的工程实用技术。伺服技术与系统是基础自动化系统的最重要的控制技术之一和底层自动化系统（装备）。是现代机电一体化和工业自动化领域的支撑技术之一。 以伺服技术为核心的伺服系统（servo – system）又称随动系统。伺服系统专指被控制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）。 伺服系统最初用于船舶的自动驾驶、火炮控制和指挥仪中，后来逐渐推广到很多领域，特别是自动车床、天线位置控制、导弹和飞船的制导等。

变频器伺服驱动器基础知识

变频器伺服驱动器基础知识 变频器，也叫变频驱动器，通常主要是控制电机的速度或转矩输出。 如今大多数变频器使用脉宽调制或PWM来产生可变的输出电压，电流和频率。在此，二极管桥式整流器从电源获取交流电（ac）电力并提供中间直流（dc）电路电压。在中间直流电路中，直流电压通过一个低通滤波器。然后，控制变频器逆变器中的六个高速电子开关，以产生具有各种宽度的直流母线电压高度的短脉冲。 通过改变脉冲宽度，转换器创建一个输出波形，其平均值是一个正弦电压和电流波形，频率可以改变。这是用来控制电机速度，转矩或位置的可变输出。 pwm变频器 在中间直流电路中，直流电压通过一个低通滤波器。 用于现代转换器，主要是因为它比较高效。输出开关是开或关，不运行在任何中间状态，不能在任何可能增加功耗和能量损失的中间状态下工作。 变频器驱动的电动机有时装有位置反馈装置。在这些情况下，反馈装置可以在低速下提高电机精度，动态响应和扭矩产量。 变频器与伺服驱动器有什么不同？ 变频器通常控制速度或扭矩。相反，伺服驱动器通常用于控制电机的位置。 变频器pwm波形 输出开关是开或关，通过改变脉冲的宽度，转换器产生一个输出波形，该波形的平均值是正弦电压和电流波形，其频率可以变化。正是这种可变输出用于控制电机速度、转矩或位置。

在某些变频器应用中，对电机效率的要求越来越高 - 所以变频器越来越多地控制永磁电机。其次，新型变频器的性能更好，与伺服驱动器相媲美。最后。基于以太网的网络的出现改善了所有类型的控制，包括运动和驱动控制。 变频器和伺服驱动器具有以下特点：连接到任一种变频器的电机将变频器提供的电能转换为旋转或直线运动。电机输出可以连接到任何数量的执行器或机械机器上进行工作。 装配，网络处理，加工和包装行业的机器都使用变频器类型来协调工作轴，并最终将材料转换为日常产品。 变频器如何与其他元件通信？ 大多数现代变频器通过通信网络与控制系统中的其他部件连接，从而提高诊断和机器控制。 此外，大多数变频器制造商今天正从专有网络转向开放式网络，用于伺服驱动器和变频器。例如，以太网/ IP可以连接工厂的所有设备、过程和信息（用一个网络结构）来提供实时信息和控制。 事实上，基于以太网的网络比以往任何时候都允许更多的信息从变频器和其他智能机器组件流向机器控制，并最终进入工厂级控制系统。更好地集成伺服驱动器，变频器和控制，也使配置和诊断更容易。 新的变频器与过去的设计有什么不同？ 模块化（带有分布式控制）的机器越来越普遍，因为它们使设计更加可靠和可重用。 在这里，变频器（以及伺服驱动器）直接安装到机器上。移动控制硬件更接近应用程序或在机器上最小化设计的物理足迹，简化连接，并减少布线和安装成本高达30%。