蚌埠三菱變頻器FR-D720-3.7K
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伺服驅(qū)動(dòng)的功能是用來(lái)采集表示伺服主軸理想輸出位置的控制信號(hào)，為馬達(dá)供電直到主軸到達(dá)該位置。
與生俱來(lái)
*早的伺服電機(jī)一般都是直流型的，隨著高效晶體管的問(wèn)世，它們才可以控制更大的電流，在更高的頻率上轉(zhuǎn)化大電流，這也就是交流伺服電機(jī)越來(lái)越流行的原因。
但是現(xiàn)在伺服電機(jī)的源頭還是可以追溯到直流電機(jī)。直流電機(jī)的速度或者功率正好與“占空比”的概念吻合，即使用脈沖寬度調(diào)節(jié)（PWM）技術(shù)來(lái)控制電機(jī)的功率。
伺服電機(jī)系統(tǒng)同樣應(yīng)該能夠做到這一點(diǎn)，而且還不僅如此，比如還可以在不出現(xiàn)過(guò)熱的情況在速度在一定范圍內(nèi)變化、零速度運(yùn)行、保持足夠的扭矩將負(fù)載控制在某一位置、超低速長(zhǎng)期運(yùn)行不出現(xiàn)過(guò)熱情況等等。
為了滿足上述這些需求，電機(jī)的設(shè)計(jì)主要包括四個(gè)部分：馬達(dá)、齒輪減少箱、位置感應(yīng)設(shè)備和控制電路。它還使用三線連接（和直流電機(jī)的兩線連接不同），分別用來(lái)供電、接地和控制。
采用固定功率，伺服驅(qū)動(dòng)（也可以被稱作放大器）裝備相應(yīng)的電子元件，將交流電轉(zhuǎn)化為直流電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。和直流電機(jī)一樣，控制信號(hào)的脈沖寬度可以調(diào)整，但是脈沖的持續(xù)時(shí)間會(huì)決定伺服電機(jī)主軸的位置。
伺服驅(qū)動(dòng)的功能是用來(lái)采集表示伺服主軸理想輸出位置的控制信號(hào)，為馬達(dá)供電直到主軸到達(dá)該位置。接下來(lái)，伺服驅(qū)動(dòng)采用位置感應(yīng)設(shè)備確定軸的旋轉(zhuǎn)位置，這樣它就可以了解電機(jī)應(yīng)該如何工作才能將軸移動(dòng)指定位置。
為了避免過(guò)熱情況的發(fā)生，電機(jī)還裝有風(fēng)扇，提供冷空氣。風(fēng)扇采用固定電壓的電源供電，這樣在任何時(shí)候，無(wú)論伺服電機(jī)的運(yùn)行速度如何，風(fēng)扇的速度都不會(huì)打折扣，絕大多數(shù)伺服系統(tǒng)都可以采用直流和交流電壓供電，但是在使用交流電的時(shí)候需要非常謹(jǐn)慎，要保證齒輪減速箱能夠從靜止位置快速的移動(dòng)大型負(fù)載。在電機(jī)箱體中安裝編碼器或者解碼器也是非常明智的選擇，這樣可以準(zhǔn)確的顯示電機(jī)主軸的位置或者速度。
挑選原則
沒(méi)有選擇好伺服電機(jī)，會(huì)導(dǎo)致糟糕的系統(tǒng)性能。不幸的是，在選擇伺服系統(tǒng)元件的時(shí)候并沒(méi)有什么捷徑可走，因?yàn)樵诋?dāng)前的市場(chǎng)上的電機(jī)、供電傳輸設(shè)備和其他周邊元件都有很多種類型，并且非常復(fù)雜。
然而，選擇的時(shí)候*主要考慮的因素還是負(fù)載和成本問(wèn)題。如果成本確定，伺服電機(jī)的負(fù)載就可以根據(jù)其速度、峰值扭矩和扭矩規(guī)格以及其齒輪排列方式確定。
這樣可以簡(jiǎn)化挑選的過(guò)程，因?yàn)樨?fù)載的要求可以轉(zhuǎn)化為電機(jī)主軸上的負(fù)載當(dāng)量，用來(lái)計(jì)算電機(jī)總的扭矩需求。
如果齒輪比已知，*大負(fù)載速度就可以轉(zhuǎn)化為*大的電機(jī)速度。然而，*大的電機(jī)速度只有在做出*終選擇之后才能夠知曉，而對(duì)于絕大多數(shù)電機(jī)而言，*大速度上擁有的扭矩一般要小于失速扭矩。因此，在做出*終選擇之前，*好需要一個(gè)反復(fù)的過(guò)程。
但是電機(jī)的性能也會(huì)受到驅(qū)動(dòng)的影響，在這里必須要考慮系統(tǒng)的速度扭矩關(guān)系。在選擇驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，應(yīng)該能夠?yàn)殡姍C(jī)提供足夠的電流和電壓，同時(shí)滿足負(fù)載峰值和扭矩的要求。
根據(jù)拇指定律，由于系統(tǒng)負(fù)載的變化，理想情況下一般使用*大電機(jī)速度和電機(jī)額定的峰值扭矩，而不是計(jì)算得到的系統(tǒng)要求�？梢栽�*開始的時(shí)候選擇*大的電機(jī)速度以及能夠?qū)?大負(fù)載速度轉(zhuǎn)化為*大電機(jī)速度一半的齒輪比。
在這個(gè)步驟當(dāng)中，可以在*大速度上得到幾乎連續(xù)的失速扭矩，而電機(jī)可以在這個(gè)速度上可靠的運(yùn)行，不需要經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)，也不會(huì)由于軸失效出現(xiàn)故障。
然而，還有其他的約束條件決定齒輪比。其中之一就是軸的共振頻率。在設(shè)計(jì)的早期必須要進(jìn)行考慮，才能消除意外和負(fù)面的伺服表現(xiàn)。如果沒(méi)有這樣做，可能就會(huì)因?yàn)椴槐匾恼駝?dòng)造成系統(tǒng)的嚴(yán)重破壞。
伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的組成結(jié)構(gòu)主要包括控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
1.控制系統(tǒng)
一般由DSP組成，利用它采集電流反饋值閉合電流環(huán)，采集編碼器信號(hào)算出速度閉合速度環(huán)，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的6個(gè)開關(guān)管的Pwm開關(guān)信號(hào)。
2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
a.整流濾波電路，比如將220V交流弄成310V左右直流提供給IPM
b.智能功率模塊(IPM)內(nèi)部是三相兩電平橋電路。每相的上下開關(guān)管中間接輸出U，V，W。通過(guò)6個(gè)開關(guān)管的開閉，控制UVW三相每個(gè)伺服瞬間，是與地連通還是與直流高電壓連通。
c.電流采樣電路，可能是霍爾電流傳感器，電路的輸出將與控制系統(tǒng)的AD口相連。
d.編碼器的外圍電路，它的輸出與DSP的事件管理器相連。
*關(guān)鍵其實(shí)是軟件啦。上面是硬件組成。
伺服電機(jī)作為一種閉環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來(lái)越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號(hào))，但在使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上存在著較大的差異。
現(xiàn)就二者的使用性能作一比較。
一、控制精度不同兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為1.8°、0.9°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)通過(guò)細(xì)分后步距角更小。如三洋公司(SANYODENKI)生產(chǎn)的二相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過(guò)撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以三洋全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2000線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/8000=0.045°。對(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。
這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等。交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能(FFT)，可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。
三、矩頻特性不同步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其*高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000RPM或3000RPM)以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。
四、過(guò)載能力不同步進(jìn)電機(jī)一般不具有過(guò)載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。以山洋交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過(guò)載和轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力。其*大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆](méi)有這種過(guò)載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。
五、運(yùn)行性能不同步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問(wèn)題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過(guò)沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。
六、速度響應(yīng)性能不同步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以山洋400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來(lái)做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。