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南調機電設備——伺服驅動器的基本要求

伺服驅動器

1、調速范圍寬

2、定位精度高

3、有足夠的傳動剛性和高的速度穩(wěn)定性

4、快速響應，無超調

為了保證生產(chǎn)率和加工質量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應特性，即要求跟蹤指令信號的響應要快，因為數(shù)控系統(tǒng)在啟動、制動時，要求加、減加速度足夠大，縮短進給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。

5、低速大轉矩，過載能力強

一般來說，伺服驅動器具有數(shù)分鐘甚至半小時內1.5倍以上的過載能力，在短時間內可以過載4～6倍而不損壞。

6、可靠性高

要求數(shù)控機床的進給驅動系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應能力和很強的抗干擾的能力。

對電機的要求

1、從速到速電機都能平穩(wěn)運轉，轉矩波動要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。

2、電機應具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉矩的要求。一般直流伺服電機要求在數(shù)分鐘內過載4～6倍而不損壞。

3、為了滿足快速響應的要求，電機應有較小的轉動慣量和大的堵轉轉矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。

4、電機應能承受頻繁啟、制動和反轉。

南調機電設備——伺服的三個環(huán)控制

        伺服電機一般為三個環(huán)控制，所謂三環(huán)就是3個閉環(huán)負反饋PID調節(jié)系統(tǒng)。內的PID環(huán)就是電流環(huán)，此環(huán)完全在伺服驅動器內部進行，通過霍爾裝置檢測驅動器給電機的各相的輸出電流，負反饋給電流的設定進行PID調節(jié)，從而達到輸出電流盡量接近等于設定電流，電流環(huán)就是控制電機轉矩的，所以在轉矩模式下驅動器的運算，動態(tài)響應快。

　　第2環(huán)是速度環(huán)，通過檢測的電機編碼器的信號來進行負反饋PID調節(jié)，它的環(huán)內PID輸出直接就是電流環(huán)的設定，所以速度環(huán)控制時就包含了速度環(huán)和電流環(huán)，換句話說任何模式都必須使用電流環(huán)，電流環(huán)是控制的根本，在速度和位置控制的同時系統(tǒng)實際也在進行電流（轉矩）的控制以達到對速度和位置的相應控制。

　　第3環(huán)是位置環(huán)，它是外環(huán)，可以在驅動器和電機編碼器間構建也可以在外部控制器和電機編碼器或終負載間構建，要根據(jù)實際情況來定。由于位置控制環(huán)內部輸出就是速度環(huán)的設定，位置控制模式下系統(tǒng)進行了所有3個環(huán)的運算，此時的系統(tǒng)運算量，動態(tài)響應速度也慢。

南調機電設備——伺服驅動器的作用

伺服驅動器是驅動伺服電機使設備產(chǎn)生動力而正常運轉，它的功能細分的話有很多種，而隨著品牌的不同功能性也不盡相同。類似科峰 自 動化的伺服電機功能相對較多，盤點一下大致有以下幾個方面：

1、參數(shù)分組化設置、控制模式再線任意切換；

2、控制電源交流輸入、可設置的寬電壓輸入；

3、瞬間掉電快速停機保護功能；

4、再生制動、動態(tài)制動功能；

5、系統(tǒng)電壓監(jiān)控，低壓警告功能；

6、調試軟件支持參數(shù)管理、監(jiān)控、示波器功能。

驅動器方面：伺服驅動器在發(fā)展了變頻技術的前提下，在驅動器內部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)（變頻器沒有該環(huán)）都進行了比一般變頻更的控制技術和算法運算，在功能上也比傳統(tǒng)的變頻強大很多，主要的一點可以進行的位置控制。通過上位控制器發(fā)送的脈沖序列來控制速度和位置（當然也有些伺服內部集成了控制單元或通過總線通訊的方式直接將位置和速度等參數(shù)設定在驅動器里），驅動器內部的算法和更快更的計算以及性能更優(yōu)良的電子器件使之更優(yōu)越于變頻器。

電機方面：伺服電機的材料、結構和加工工藝要遠遠高于變頻器驅動的交流電機（一般交流電機或恒力矩、恒功率等各類變頻電機），也就是說當驅動器輸出電流、電壓、頻率變化很快的電源時，伺服電機就能根據(jù)電源變化產(chǎn)生響應的動作變化，響應特性和抗過載能力遠遠高于變頻器驅動的交流電機，電機方面的嚴重差異也是兩者性能不同的根本。就是說不是變頻器輸出不了變化那么快的電源信號，而是電機本身就反應不了，所以在變頻的內部算法設定時為了保護電機做了相應的過載設定。當然即使不設定變頻器的輸出能力還是有限的，有些性能優(yōu)良的變頻器就可以直接驅動伺服電機！！！

 南調機電設備——伺服電機? 伺服驅動器的控制原理

       伺服電機和伺服驅動器是一個有機的整體，伺服電動機的運行性能是電動機及其驅動器二者配合所反映的綜合效果。

       1、永磁式同步伺服電動機的基本結構

       圖1為一臺8極的永磁式同步伺服電動機結構截面圖，其定子為硅鋼片疊成的鐵芯和三相繞組，轉子是由高矯頑力稀土磁性材料（例如釹鐵錋）制成的磁極。為了檢測轉子磁極的位置，在電動機非負載端的端蓋外面還安裝上光電編碼器。驅動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。電磁轉矩與定子電流大小的關系并不是一個線性關系。事實上，只有定子旋轉磁極對轉子磁極的切向吸力才能產(chǎn)生帶動轉子旋轉的電磁力矩。因此，可把定子電流所產(chǎn)生的磁勢分解為兩個方向的分量，沿著轉子磁極方向的為直軸（或稱d軸）分量，與轉子磁極方向正交的為交軸（或稱q軸）分量。顯然，只有q軸分量才能產(chǎn)生電磁轉矩。

       由此可見，不能簡單地通過調節(jié)定子電流來控制電磁轉矩，而是要根據(jù)定、轉子磁極軸線間的夾角θ確定定子電流磁勢的q軸和d軸分量的方向和幅值，進而分別對q軸分量和d軸分量加以控制，才能實現(xiàn)電磁轉矩的控制。這種按勵磁磁場方向對定子電流磁勢定向再行控制的方法稱為“磁場定向”的矢量控制。

       2、位置控制模式下的伺服系統(tǒng)是一個三閉環(huán)控制系統(tǒng)，兩個內環(huán)分別是電流環(huán)和速度環(huán)。

 ? 動態(tài)：在偏差信號作用下驅動電機加速或減速。