伺服电机原理与安装

         伺服电机原理与安装

 

 

 

随着工业自动化程度的不断提高，伺服控制技术、电力电子技术和微电子技术的快速发展，伺服运动与控制技术也在不断走向成熟，电机运动控制平台作为一种高性能的测试方式已经被广泛应用，人们对伺服性能的要求也在不断提高。

 

一 伺服电机原理 

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。

         

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闭环，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。

 

在性能上比较，交流伺服电机要优于直流伺服电机，交流伺服电机采用正弦波控制，转矩脉动小，容量可以比较大。直流伺服电机采用梯形波控制，相对差一些。直流伺服电机中无刷伺服电机比有刷伺服电机要性能要好。 

 

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。无论是 有刷直流伺服电机驱动器还是无刷直流伺服电机驱动器驱动器同样都是采用三闭环控制结构。

 

1、首先是电流环，此环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流，负反馈给电流的设定进行PID调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流，电流环就是控制电机转矩的，所以在转矩模式下驱动器的运算最小，动态响应最快。

 

2、第二环是速度环，通过检测的伺服电机编码器的信号来进行负反馈 PID 调节，它的环内 PID 输出直接就是电流环的设定，所以速度环控制时就包合了速皮环和电流环，换句话说任何棋式都必须使用电流环，电流环是控制的跟本，在速度和位置控制的同时系统实际也在进行电流（转矩）的控制以达到对速度和位置的相应控制。

 

3、第三环是位置环，它是最外环，可认在驱动器和伺服电机编码器间构建也可以在外部控制器和电机编码器或最终负载间构建，要根据实际情况来定。由于位置控制环内部输出就是速度环的设定，位置控制模式下系统进行了所有 3 个环的运算，此时的系统运算量最大，动态响应速度也最慢。

 

   a有刷直流伺服电机驱动器：电动机的工作原理和普通的直流电机完全相同，驱动器为三闭环结构，从内到外分别为电流环、速度环、位置环。电流环的输出控制电机的电枢电压，电流环的输入为速度环PID的输出，速度环的输入为位置环的PID输出，位置环的输入即是给定输入，控制原理图如上图。 

 

 

   b无刷直流伺服电机驱动器：供电电源为直流，经过内部的三相逆变器逆变成U/V/W的交流电，供给电动机，驱动器同样采用三闭环控制结构（电流环、速度环、位置环），驱动控制原理同上。

 

 

   c交流伺服电机驱动器：大体可以划分为功能比较独立的功率板和控制板两个模块，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。 

 

 

  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，简单的说是AC-DC-AC的变流过程。 

 

 

1、速度环主要进行PI（比例和积分），比例就是增益，所以我们要对速度增益和速度积分时间常数进行合适的调节才能达到理想效果。

 

2、位置环主要进行P（比例）调节。对此我们只要设定位置环的比例增益就好了。当进行位置模式需要调节位置环时，最好先调节速度环，位置环、速度环的参数调节没有什么固定的数值，要根据外部负载的机械传动连接方式、负载的运动方式、负载惯量、对速度、加速度要求以及电机本身的转子惯量和输出惯量等等很多条件来决定，调节的简单方法是在根据外部负载的情况进行大体经验的范围内将增益参数从小往大调，积分时间常数从大往小调，以不出现震动超调的稳态值为最佳值进行设定。

 

 

90LB伺服电机