伺服驱动器硬件设计
睿能 RS3E 伺服驱动器 硬件手册
前言手册简介首先感谢您对睿能伺服的支持！RS3E系列伺服是睿能自主研发的高性价比中小功率的交流伺服产品，该系列产品功率范围为0~3kW 支持EtherCAT通讯协议，上位机可通过对应的通讯接口实现多台驱动器联网运行，提供了惯量辨识、自动增益调整等功能，使驱动器简单易用。
同时具备动态制动，在设备故障、急停、电源断电等各种工况下，通过制动电阻能耗实现电机制动，缩短伺服电机的机械进给。
配合睿能自主研发MC2/MA3系列伺服电机在电子制造、机械手、包装、机床等行业的自动化设备中以高性价比的方案实现快速精确的位置控制、速度控制、转矩控制。
本手册介绍RS3E的产品信息、安装、配线等。
相关资料名称版本内容RS3P系列伺服调试手册V1.0伺服报警故障代码说明书V1.0版本记录日期版本变更内容2022年10月V1.0 第一版发行版权声明睿能科技股份有限公司保留所有权利，未经本公司许可，不得以任何形式方式复制或传播本手册任何部分。
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此页预留目录前言 (2)目录 (4)安全注意事项 (6)1 产品信息 (10)1.1命名规则 (10)1.2铭牌 (10)1.3部件说明 (11)1.3.1S IZE A (11)1.3.2S IZE B (12)1.3.3S IZE C (13)1.3.4S IZE D (14)1.4规格 (15)1.4.1电气规格 (15)1.4.2基本规格 (16)1.4.3外形尺寸 (17)2 安装 (19)2.1安装须知 (19)2.2安装环境条件 (20)2.3安装空间要求 (20)2.4电池盒安装和拆卸 (21)3 接线 (22)3.1注意事项 (22)3.2系统接线图 (24)3.3电气接线图 (27)3.3.1总线指令输入 (27)4 端子定义 (28)4.1USB连接器 (28)4.2CN4/CN5 (28)4.3CN1I/O连接器 (29)4.3.1端子说明 (29)4.3.2数字量输入 (30)4.3.3数字量输出 (32)4.4CN2编码器连接器 (32)5 抗干扰对策 (33)5.1抗干扰对策链接实例 (34)安全注意事项安全声明◆本章对正确使用本产品所需关注的安全注意事项进行说明。
基于ARM+FPGA的数字交流伺服驱动器设计
Design of Digital AC Servo Driver Based on ARM and FPGA ZHI Menghui1，2，YIN Quan1，LÜ Songlei2，HUA Qiang2
Abstract: To alleviate the problems of large dispersion，high zero drift and low reliability of analog servo driver，a design scheme of high-performance digital AC servo driver was proposed. In the scheme，the hardware architecture of ARM and FPGA was adopted based on the traditional analog servo driver，and the function and control algorithm of the novel driver were designed combined with the idea of centralized control modularization. This scheme can not only exploit the advantages of digital control in control accuracy and control method to the full，but also ensure the stability of servo driver. The test results show that the AC servo driver based on ARM and FPGA has the characteristics of fast dynamic response，high reliability，good real-time performance and strong anti-interference ability.
伺服驱动器硬件设计
伺服驱动器的硬件设计永磁同步电机伺服驱动器的硬件由控制部分和功率部分组成，控制电路以ARM为控制核心，包括编码器接口电路、外围接口电路等等。
控制电路实现以下功能：获得相关指令信号和反馈信号，运行矢量控制算法，生成用于控功率模块的PWM信号。
功率电路包括整流电路、逆变电路、能耗制动电路、电流采样电路、功率模块及其驱动电路、辅助电源等，用以实现能量的交流-直流-交流形式变换，驱动电机实现对电机力矩、速度、位置的精确控制。
一、编码器接口电路本系统针对采用增量式编码器的伺服电机设计，增量式编码器共有六对差分输出信号：A+-、B+-、Z+-、U+-、V+-、W+-，如下图所示6对差分信号的处理电路，其中选用了芯片AM26C32芯片。
器接口电路首先由AM26C32解差分，然后再由后经过RC低通滤波电路进行整形，得到3.3V电平的单端信号。
最后得到的Y_A-、Y_B-、Y_Z-输出到XMC4500，以获得电机的位置和速度信息，Y_U-、Y_V-、Y_W-输出给单片机以获得伺服电机的初始相角信息。
二、主回路设计本系统主要是采用交-直-交电压型逆变的器的形式，主要有不控整流电路滤波电容、电流检测电路、只能功率模块（IPM）及电流采样电路。
主回路的结构框图如下：(一)整流电路设计本系统采用的是电容滤波的单相不可控整流电路，这部分电路由输入保护电路、整流桥如下图所示：主回路侧有220V交流进来先接一个2A断路器，以防止过电流，起到保护作用。
然后安规电容增加3个安全电容来抑制EMI传导干扰。
交流电源输入分为3个端子：火线（L）/零线（N）/地线（G）。
在火线和地线之间以及在零线和地线之间并接的电容，一般统称为Y电容。
这两个Y电容连接的位置比较关键，必须需要符合相关安全标准，以防引起电子设备漏电或机壳带电，容易危及人身安全及生命。
它们都属于安全电容，从而要求电容值不能偏大，而耐压必须较高，Y电容的取值为4700PF。
在火线和零线抑制之间并联的电容,一般称之为X 电容。
伺服驱动器硬件设计方案
伺服驱动器硬件设计方案伺服驱动器的硬件研发主要包括控制板和电源板的设计，控制板承担与上位机进行交互和实时生成精准的PWM信号。
电源板的作用根据PWM信号，利用调制的原理产生特定频率，特定相位和特定幅值的三相电流以驱动电机以达到最优控制。
一控制板研发1）控制板的架构主要的任务就是核心器件的选择。
安川、西门子等国际知名的公司都是采样ASIC的方式的芯片，这样就可以按照自己的设计需要来制造专用于伺服控制的芯片，由于采样ASIC方式，所以芯片的运行速度非常快，那么就比较容易实现电流环的快速响应，并且可以并行工作，那么也很容易实现多轴的一体化设计。
采样ASIC的方式有很多的好处，比如加密等。
但是采样ASIC的风险和前期的投入也是非常的巨大的，并且还要受该国的芯片设计和制造工艺的限制。
根据我国的实际的国情和国际的因素等多种原因，核心芯片比较适宜采样通用的DSP，ARM等处理器，比如Ti的C2000飞思卡尔的K60，英飞凌的XE164等。
研究台达的伺服驱动器发现其架构是采用Ti的DSP 2812+CPLD，这和我们公司GSK的方案基本一样。
我们也是采用DSP2812加CPLD(EPM570T144)来实现核心的控制功能。
2）核心器件的控制功能的分工。
DSP实现位置环、速度环、电流环的控制以及利用事件管理器PWM接口实现产生特定的PWM信号。
可以利用其灵活的编程特性快速的运算能力实现特定的控制算法等，还可以利用其自身的A/D完成对电机电流的转换，但是DSP自身的A/D精度普遍较低，并且还受基准电压电源的纹波PCB的LAYOUT模数混合电路的处理技巧影响，所以高档的伺服几乎都采用了外部A/D来完成电流采样的处理。
比如路斯特安川等。
也有一些高档的伺服使用一些特殊的电流传感器，该传感器的输出已经是数字信号，这样就可以节省了外部A/D芯片和增强抗干扰能力。
如西门子的变频器采用ACPL7860，发那克用于机器人的六驱一体的伺服也是采用了ACPL7860，西门子的伺服S120采用了Ti的芯片AMC1203。
伺服系统设计步骤及方法
伺服系统设计步骤及方法伺服系统是指一种能够控制运动精度和位置的系统，常见于工业自动化、机器人、汽车等领域。
伺服系统设计的主要目标是提高系统的稳定性、响应速度和控制精度。
在设计伺服系统时，需要按照一定的步骤和方法进行，以确保系统能够满足要求。
下面是伺服系统设计的一般步骤及方法：1.定义系统需求：首先确定伺服系统的工作环境、运动要求和性能指标。
例如，确定系统需要在何种速度、加速度和精度下运动，以及要控制的负载和环境条件等。
2.选择伺服驱动器和电机：根据系统的需求，选择合适的伺服驱动器和电机。
此步骤需要考虑到系统的负载特性、控制精度、电源电压和电流等。
通常，选择驱动器时需要考虑其速度和定位控制的能力，选择电机时需要考虑其功率、转矩和惯性等。
3.确定控制方式：根据系统需求，确定使用的控制方式，包括位置控制、速度控制和力控制等。
对于不同的应用场景，选择合适的控制方式可以提高系统的控制效果和稳定性。
4.设计控制算法：根据系统需求和控制方式，设计控制算法。
常用的控制算法包括PID控制、滑模控制和模糊控制等。
控制算法的目标是根据系统的输入和输出，以最优的方式控制电机的速度和位置。
5.选择传感器和反馈装置：为了实现对伺服系统的准确控制，通常需要选择合适的传感器和反馈装置，用于测量和反馈系统的位置、速度和加速度信息。
常用的传感器包括编码器、光电开关和位移传感器等。
6.确定反馈控制回路：根据系统需求和传感器的信息，确定系统的反馈控制回路。
反馈控制回路可以根据测量值对系统进行修正和调整，以实现更精确的控制。
同时，反馈控制还可以稳定系统的工作状态，并减小由于负载变化和环境干扰引起的系统波动。
7.运动规划和轨迹生成：根据系统的运动需求和控制算法，进行运动规划和轨迹生成。
运动规划是指通过规划器生成一条供伺服驱动器执行的运动轨迹。
轨迹生成是指将运动规划生成的轨迹转化为伺服驱动器可以执行的轨迹。
8.系统调试和优化：完成系统的硬件搭建和软件编程后，进行系统调试和优化工作。
直流伺服系统设计
02 直流伺服系统设计基础
CHAPTER
电机选择
根据系统需求选择合适的电机 类型，如无刷直流电机、有刷 直流电机等。
考虑电机的扭矩、转速、尺寸 和重量等参数，以确保电机能 够满足系统性能要求。
考虑电机的效率和温升，以降 低能耗和提高系统稳定性。
驱动器设计
根据电机类型和系统需求，设计合适的驱动器电路，包括电源、控制信号、保护电 路等。
工作原理
控制器
控制器是直流伺服系统的核心部 分，负责接收指令信号，并与电 机反馈信号进行比较，根据比较
结果输出控制信号。
电机
直流电机是系统的执行元件，根据 控制信号调整电机的输入电流或电 压，从而实现精确的运动控制。
反馈装置
为了实现精确控制，直流伺服系统 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ常配备位置、速度或力矩传感器 等反馈装置，将实际运动状态反馈 给控制器。
霍尔编码器
霍尔编码器也具有较高的测量精度和可靠性，适用于对测量精度 要求较高的应用。
磁编码器
磁编码器利用磁场变化来测量转速和位置，具有较小的体积和较 高的测量精度。
控制器
1 2
微控制器
微控制器是伺服控制系统的核心，负责接收输入 信号、计算输出信号并控制伺服系统的运行。
数字信号处理器
数字信号处理器具有较高的计算能力和数据处理 能力，适用于对计算能力要求较高的应用。
3
可编程逻辑控制器
可编程逻辑控制器适用于需要自动化控制和逻辑 运算的应用，具有较好的可靠性和稳定性。
驱动器
晶体管驱动器
晶体管驱动器利用晶体管的开关特性 来控制电流的通断，具有较快的响应 速度和较大的输出电流。
继电器驱动器
继电器驱动器利用继电器的触点开关 来控制电流的通断，适用于对输出电 流要求较低的应用。
伺服驱动系统设计方案
伺服驱动系统设计方案伺服电机的原理：伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。
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。
伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动控制的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)。
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。
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作用：伺服电机,可使控制速度,位置精度非常准确。
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。
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、无自转现象正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。
当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）如图4所示，与普通的单相异步电动机的转矩特性（图中T′－S曲线）不同。
伺服驱动系统设计方案及对策
伺服驱动系统设计方案及对策一、硬件设计方案及对策：1.选用高性能的伺服电机和驱动器：根据具体需要选择适合的伺服电机和驱动器，确保其具备足够的功率和控制精度。
在选择过程中，需要对驱动器的技术参数进行充分了解，并评估其适用性和可靠性。
2.采用合适的编码器：编码器用于测量电机的位置和速度，对伺服驱动系统的控制精度至关重要。
选择合适的编码器，能够提供高分辨率和高精度的反馈数据，并且具备良好的抗干扰性能。
3.电源设计：伺服驱动系统对电源质量和稳定性要求较高，需要提供稳定的电源供应和电磁兼容性设计，避免电源波动对系统性能的影响。
4.散热设计：伺服电机和驱动器在运行时会产生较大的热量，必须进行有效的散热设计，以确保系统的稳定性和可靠性。
可采用风扇散热、散热片等方式来降低温度。
5.机械设计：在伺服驱动系统中，机械结构的设计对系统性能有很大影响。
需要针对具体应用场景选择合适的传动方式和结构设计，考虑到负载、速度、精度等因素。
6.停电保护设计：为了避免突发停电导致系统损坏，可以设计备用电池或超级电容器等储能装置，以保证在停电短时间内继续工作并正常停机。
二、软件设计方案及对策：1.控制算法设计：通过对伺服电机的位置、速度和加速度等参数进行精细控制，实现对运动轨迹的准确控制。
设计合理的控制算法，能够提高系统的控制精度和稳定性。
2.运动控制软件设计：根据伺服驱动系统的应用需求，设计合理的运动控制软件，包括运动插补算法、软件调速、位置校正等功能。
3.通信接口设计：伺服驱动系统通常需要与上位机或其他设备进行通信，需要设计合适的通信接口，以实现数据传输和控制。
4.用户界面设计：为了方便用户操作和监测系统运行状态，可以设计友好的用户界面，包括参数设置、故障诊断、实时监控等功能。
5.系统诊断与故障检测设计：通过设计合理的系统诊断和故障检测功能，可以检测和排除系统故障，提高系统的可靠性和稳定性。
三、通信网络设计方案及对策：1.选择适当的通信协议：根据伺服驱动系统所处的应用环境和通信要求，选择适当的通信协议，如CAN总线、以太网等。
伺服驱动器原理图
伺服驱动器原理图伺服驱动器是一种控制系统，它能够根据输入的指令，控制电机的运动和位置。
在工业自动化领域，伺服驱动器被广泛应用于各种机械设备中，如数控机床、自动化生产线等。
它的原理图如下所示：1. 电源模块。
伺服驱动器的电源模块通常由直流电源和电源管理电路组成。
直流电源为整个系统提供电能，而电源管理电路则负责对电源进行稳压、过流保护等处理，以确保系统的稳定运行。
2. 控制模块。
控制模块是整个伺服驱动器的核心部分，它接收来自控制器的指令，并将其转化为电机的运动控制信号。
控制模块通常包括微处理器、编码器接口、PWM模块等部分，通过这些部分的协作，实现对电机的精准控制。
3. 电流检测模块。
电流检测模块用于监测电机的电流情况，以实现对电机的电流控制。
通过对电机电流的监测和调节，可以确保电机在工作过程中不会因为电流过大而损坏。
4. 速度控制模块。
速度控制模块用于监测电机的转速，并根据系统要求对其进行调节。
通过对电机的速度进行精准控制，可以实现对工作过程的精准控制。
5. 位置控制模块。
位置控制模块是伺服驱动器中最关键的部分之一，它用于监测电机的位置，并根据系统要求对其进行调节。
通过对电机位置的监测和调节，可以实现对工作过程的精准控制。
6. 保护模块。
保护模块是为了确保整个伺服驱动器系统的安全运行而设计的。
它通常包括过流保护、过压保护、过热保护等功能，以保护电机和整个系统不受损坏。
伺服驱动器的原理图是整个系统的核心，它通过各个模块的协作，实现对电机的精准控制，从而实现对工作过程的精准控制。
在工业自动化领域，伺服驱动器的应用将会越来越广泛，它将成为工业生产中不可或缺的重要组成部分。
伺服驱动器硬件设计方案
伺服驱动器硬件设计方案伺服驱动器得硬件研发主要包括控制板与电源板得设计,控制板承担与上位机进行交互与实时生成精准得PＷM信号。
电源板得作用根据PWM信号，利用调制得原理产生特定频率,特定相位与特定幅值得三相电流以驱动电机以达到最优控制。
一控制板研发1）控制板得架构主要得任务就就是核心器件得选择。
安川、西门子等国际知名得公司都就是采样ＡSIC得方式得芯片,这样就可以按照自己得设计需要来制造专用于伺服控制得芯片，由于采样ASIC方式，所以芯片得运行速度非常快，那么就比较容易实现电流环得快速响应,并且可以并行工作,那么也很容易实现多轴得一体化设计。
采样ＡＳIC得方式有很多得好处，比如加密等。
但就是采样ASIC得风险与前期得投入也就是非常得巨大得,并且还要受该国得芯片设计与制造工艺得限制.根据我国得实际得国情与国际得因素等多种原因,核心芯片比较适宜采样通用得DSP，ＡRM等处理器，比如Ti得C2000飞思卡尔得Ｋ60，英飞凌得XＥ１6４等。
研究台达得伺服驱动器发现其架构就是采用Ｔi得DSP 281２+ＣＰLD，这与我们公司GＳＫ得方案基本一样。
我们也就是采用DSP2812加ＣＰLＤ（ＥＰM570T１４4）来实现核心得控制功能。
2）核心器件得控制功能得分工.ＤSＰ实现位置环、速度环、电流环得控制以及利用事件管理器PＷM接口实现产生特定得PWＭ信号。
可以利用其灵活得编程特性快速得运算能力实现特定得控制算法等，还可以利用其自身得A/D完成对电机电流得转换,但就是DSＰ自身得A/D精度普遍较低，并且还受基准电压电源得纹波ＰCB得ＬAYOUT模数混合电路得处理技巧影响，所以高档得伺服几乎都采用了外部A/D来完成电流采样得处理。
比如路斯特安川等.也有一些高档得伺服使用一些特殊得电流传感器，该传感器得输出已经就是数字信号，这样就可以节省了外部A／Ｄ芯片与增强抗干扰能力。
如西门子得变频器采用ＡCPL７８60，发那克用于机器人得六驱一体得伺服也就是采用了ACＰL7８60，西门子得伺服S１2０采用了Ti得芯片AMC12０3。
伺服驱动器硬件原理
伺服驱动器硬件原理
伺服驱动器是一种常见的电机驱动器，用于控制电机的运动。
它由硬件和软件
两部分组成，硬件主要包括电源、变频器、运动控制器和继电器等。
首先，伺服驱动器的电源部分提供所需的电压和电流给电机，使其正常运转。
一般情况下，伺服驱动器采用直流供电方式，使用电源将交流电转换成直流电供给伺服驱动器。
其次，伺服驱动器的变频器部分用于调节电机的转速和转矩。
变频器能够根据
控制信号，调整输出给电机的频率和电压，从而实现电机转速和转矩的精确控制。
这使得伺服驱动器具有快速响应和高精度的特点。
运动控制器是伺服驱动器的关键部分，它负责接收来自控制系统的指令，并将
其转化为电机能够理解的信号。
运动控制器中的位置计数器可以实时监测电机的位置，并根据需求进行反馈控制，使电机达到所要求的位置和速度。
最后，伺服驱动器还包括继电器等辅助部分，用于接收和传递外部的控制信号，如启动信号、停止信号和报警信号等。
继电器的作用是将低电平控制信号转化为高电平输出信号，以驱动电机的启停和控制。
总之，伺服驱动器通过硬件实现对电机的精确控制，包括电源供应、变频控制、运动控制和外部信号输入输出。
这些硬件部件相互协作，使得伺服驱动器能够满足工业和自动化领域对于速度、位置和转矩控制的高要求。
伺服控制设计总结范文
随着现代工业自动化技术的飞速发展，伺服控制系统在各个领域的应用越来越广泛。
伺服控制系统作为一种高性能、高精度的自动化控制系统，其设计的好坏直接影响到系统的性能和可靠性。
以下是对伺服控制设计的一次总结。
一、设计原则1. 系统稳定性：在设计伺服控制系统时，首先要保证系统的稳定性，避免系统出现自激振荡、超调等现象。
2. 系统响应速度：响应速度是伺服控制系统的重要性能指标之一，提高响应速度可以缩短系统动态过程，提高生产效率。
3. 系统精度：伺服控制系统的主要作用是实现高精度控制，因此在设计过程中要充分考虑系统精度。
4. 系统抗干扰能力：在工业现场，伺服控制系统会面临各种干扰，如电磁干扰、温度干扰等，设计时要提高系统的抗干扰能力。
5. 系统可靠性：提高系统的可靠性，降低故障率，确保系统长期稳定运行。
二、设计方法1. 硬件设计：根据系统需求，选择合适的伺服驱动器、伺服电机、传感器等硬件设备，并合理布局，确保系统性能。
2. 控制算法设计：根据系统特点，选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等，并对其进行优化。
3. 软件设计：编写控制程序，实现控制算法，并进行调试和优化，确保系统稳定运行。
4. 系统仿真：利用仿真软件对系统进行仿真，验证系统性能，发现问题并及时解决。
5. 系统测试：在实际运行环境下对系统进行测试，验证系统性能，确保系统满足设计要求。
三、设计要点1. 选择合适的伺服驱动器和伺服电机：根据系统负载、精度等要求，选择合适的伺服驱动器和伺服电机，确保系统性能。
2. 设计合理的控制算法：根据系统特点，选择合适的控制算法，并对其进行优化，提高系统性能。
3. 优化硬件布局：合理布局硬件设备，减少电磁干扰，提高系统稳定性。
4. 软件优化：优化控制程序，提高系统响应速度和精度。
5. 抗干扰设计：在设计过程中，充分考虑抗干扰措施，提高系统抗干扰能力。
四、总结伺服控制系统设计是一项复杂而重要的工作，需要综合考虑系统稳定性、响应速度、精度、抗干扰能力等因素。
机电一体化第六章伺服驱动控制系统设计
钟。 F.体积小、自定位和价格低是步进电动机驱动控制的三大优势。 G. 步进电机控制系统抗干扰性好
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二、 伺服驱动控制系统设计的基本要求
1. 高精度控制 2. 3. 调速范围宽、低速稳定性好 4. 快速的应变能力和过载能力强 5. 6.
闭环调节系统。
(4) ①
② 调节方法。
(5) ① 使用仪器。用整定电流环的仪器记录或观察转速实际值波形，电
② 调节方法。
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六、 晶体管脉宽(PWN)直流调速系统
晶体管脉宽直流调速系统与用频率信号作开关的晶闸管系统相比，具 (1) 由于系统主电源采用整流滤波，因而对电网波形影响小，几乎不 (2) 由于晶体管开关工作频率很高（在2 kHz左右），因此系统的 (3) 电枢电流的脉动量小，容易连续，不必外加滤波电抗器也可平稳 (4) 系统的调速范围很宽，并使传动装置具有较好的线性，采用Z2
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(2) ① A. 步进电动机型号：130BYG3100D (其他型号干扰大) B. 静转矩15 N·m C. 步距角0.3°/0 6°
D. 空载工作频率40 kHz E. 负载工作频率16 kHz ② A. 驱动器型号ZD-HB30810 B. 输出功率500 W C. 工作电压85～110 V D. 工作电流8 A E. 控制信号，方波电压5～9 V，正弦信号6～15 V ③ 控制信号源。
(3) ① 标准信号控制系统（如图6-16） ②检测信号控制系统 （如图6-17）
③ 计算机控制系统（如图6-18）
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图6-16 标准信号控制系统图 图6-17 检测信号控制系统图 图6-18 计算机控制系统图
行业高精度伺服控制系统方案范本1
行业高精度伺服控制系统方案第1章项目背景与需求分析 (3)1.1 行业概述 (3)1.2 高精度伺服控制系统在行业的重要性 (3)1.3 项目需求分析 (4)第2章伺服控制系统技术概述 (4)2.1 伺服控制技术发展历程 (4)2.1.1 电气伺服控制技术的初期阶段 (4)2.1.2 数字化伺服控制技术 (5)2.1.3 现代伺服控制技术 (5)2.2 伺服控制系统的基本原理 (5)2.2.1 控制器 (5)2.2.2 驱动器 (5)2.2.3 执行机构 (5)2.2.4 反馈环节 (5)2.3 伺服控制系统的关键技术 (5)2.3.1 传感器技术 (6)2.3.2 驱动器技术 (6)2.3.3 控制算法 (6)2.3.4 伺服系统集成与优化 (6)第3章高精度伺服电机选型与设计 (6)3.1 伺服电机类型及特点 (6)3.2 高精度伺服电机的选型原则 (6)3.3 伺服电机的结构设计 (7)第4章伺服驱动器设计与实现 (7)4.1 伺服驱动器概述 (8)4.2 伺服驱动器硬件设计 (8)4.2.1 电路设计 (8)4.2.2 元件选型 (8)4.2.3 接口设计 (8)4.3 伺服驱动器软件设计 (8)4.3.1 控制算法 (8)4.3.2 软件架构 (8)4.3.3 程序编写与调试 (8)4.3.4 系统优化与测试 (9)第5章位置控制系统设计 (9)5.1 位置控制原理 (9)5.1.1 控制系统模型 (9)5.1.2 位置传感器 (9)5.2 位置控制器设计 (9)5.2.1 控制器结构 (9)5.2.2 PID参数整定 (9)5.3.1 控制算法选择 (10)5.3.2 算法实现 (10)5.3.3 系统调试与优化 (10)第6章速度控制系统设计 (10)6.1 速度控制原理 (10)6.1.1 速度闭环控制 (10)6.1.2 速度反馈 (11)6.2 速度控制器设计 (11)6.2.1 控制器选型 (11)6.2.2 控制器参数整定 (11)6.3 速度控制算法实现 (11)6.3.1 PID控制算法 (11)6.3.2 速度控制算法实现步骤 (11)6.3.3 算法优化 (11)第7章伺服系统功能优化 (12)7.1 伺服系统参数整定 (12)7.1.1 参数整定的必要性 (12)7.1.2 参数整定方法 (12)7.2 模糊控制策略在伺服系统中的应用 (12)7.2.1 模糊控制原理 (12)7.2.2 模糊控制器设计 (12)7.2.3 模糊控制在伺服系统中的应用实例 (12)7.3 神经网络控制策略在伺服系统中的应用 (12)7.3.1 神经网络控制原理 (12)7.3.2 神经网络控制器设计 (13)7.3.3 神经网络控制在伺服系统中的应用实例 (13)第8章伺服控制系统集成与调试 (13)8.1 伺服控制系统集成 (13)8.1.1 系统组成 (13)8.1.2 集成步骤 (13)8.1.3 注意事项 (13)8.2 伺服控制系统调试方法 (13)8.2.1 调试流程 (14)8.2.2 调试工具与仪器 (14)8.3 调试过程中的常见问题及解决方法 (14)8.3.1 电机运行不稳定 (14)8.3.2 电机发热严重 (14)8.3.3 位置控制精度差 (14)8.3.4 系统响应速度慢 (14)8.3.5 系统噪音大 (14)第9章伺服控制系统可靠性分析 (14)9.1 伺服系统可靠性概述 (14)9.2 伺服系统故障分析 (15)9.2.2 故障原因 (15)9.3 伺服系统可靠性提升策略 (15)9.3.1 设计优化 (15)9.3.2 制造与装配 (15)9.3.3 运行与维护 (15)第10章伺服控制系统应用案例分析 (16)10.1 工业伺服控制系统应用案例 (16)10.1.1 案例背景 (16)10.1.2 系统方案 (16)10.1.3 应用效果 (16)10.2 服务伺服控制系统应用案例 (16)10.2.1 案例背景 (16)10.2.2 系统方案 (16)10.2.3 应用效果 (16)10.3 特种伺服控制系统应用案例 (16)10.3.1 案例背景 (17)10.3.2 系统方案 (17)10.3.3 应用效果 (17)第1章项目背景与需求分析1.1 行业概述我国经济的持续发展和科技进步，行业在我国得到了广泛关注和迅速发展。
永磁同步伺服电机(PMSM) 驱动器设计原理
永磁同步伺服电机(PMSM) 驱动器设计原理周瑞华周瑞华先生，中达电通股份有限公司应用工程师。
关键词：PMSM 整流功率驱动单元控制单元永磁交流伺服系统的驱动器经历了模拟式、模拟数字混合式的发展后，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、低可靠性等缺点，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。
后者由两部分组成：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，也是技术垄断的核心。
一交流永磁伺服系统的基本结构交流永磁伺服系统主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通信接口单元、伺服电机及相应的反馈检测器件组成。
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。
我们的交流永磁同步驱动器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，实现数字化、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起动电路,以减小起动过程对驱动器的冲击。
伺服驱动器大体可以划分为功能比较独立的两个模块，如图1所示。
功率板(驱动板)是强电部分其中包括两个单元，一是功率驱动单元用于电机的驱动，二是开关电源单元为整个系统提供数字和模拟电源；控制板是弱电部分，是电机的控制核心也是伺服驱动器技术核心控制算法的运行载体。
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，来改变逆变器的输出功率，以达到控制三相永磁式同步交流伺服电机的目的。
基于ethercat通信的伺服电机驱动系统设计
ＭＣＵ．Ａ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ ＥｔｈｅｒＣＡＴ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｈｉｐ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｅｒｖｏ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ
件，实现了伺服电机驱动系统的软硬件设计。 最后，通过实验证明了该系统 ＥｔｈｅｒＣＡＴ 数据通信和电机
控制的有效性，适用于工业自动化中。
关键词：伺服电机；ＥｔｈｅｒＣＡＴ 通信；ＴＭＳ３２０Ｆ２８３３５；ＥＴ１１００
中图分类号：ＴＰ２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２ － １８４１（２０１９）１２ － ００７７ － ０５
统使用 ＴＭＳ３２０Ｆ２８３３５ ＤＳＰ 芯片和 ＥＴ１１００ 芯片，采用
个子报文包括子报文头、数据域和相应的工作计数器
电机驱动系统中的方案，省去对 ＭＣＵ 的需求。 该系
收稿日期：２０１８－１１－１１
ｅｒＣＡＴ 以太网数据帧的数据区由多个子报文组成，每
（ ＷＫＣ） ，每个子报文都服务于 １ 个特定的逻辑映像
第 １２ 期
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
２０１９
Ｎｏ １２
基于 ＥｔｈｅｒＣＡＴ 通南大学，高性能复杂制造国家重点实验室，湖南长沙 ４１００８３）
摘要：针对 ＥｔｈｅｒＣＡＴ 通信技术在伺服控制应用中，从站都需要用到 ＭＣＵ 这一问题，提出了一种将
伺服控制器的基本组成和结构解析
伺服控制器的基本组成和结构解析伺服控制器是一种用于控制伺服系统的装置，它通过对电机施加适当的电压和电流，实现对电机位置、速度和力的精确控制。
伺服控制器通常由硬件和软件两部分构成，下面将对伺服控制器的基本组成和结构进行详细解析。
一、硬件组成伺服控制器的硬件组成是指控制器内部的各种电子元件和外部的连接接口。
通常，伺服控制器的硬件组成包括以下几个主要部分：1.电源模块：用于提供稳定的电压和电流，以供伺服控制器和被控制的伺服系统工作。
电源模块通常需要具备过载保护和过压保护等功能，以确保系统的安全运行。
2.信号输入模块：用于接收来自外部的控制信号，如位置、速度和力的指令信号。
信号输入模块通常包括模拟输入和数字输入两种类型，可以适应不同的信号类型和输入方式。
3.信号处理模块：用于对输入信号进行处理，并生成控制信号送往电机驱动器。
信号处理模块通常包括放大器、滤波器、AD转换器等电子元件，可以对信号进行放大、滤波、数字化等处理。
4.电机驱动器：用于将控制信号转换为电机可以理解和执行的驱动信号。
电机驱动器通常包括功率放大器、电流调节器和速度/位置闭环控制器等部分，可以实现对电机的精确控制。
5.编码器/传感器：用于实时监测电机的位置、速度和力等参数，并将其反馈给伺服控制器。
编码器通常基于光电、磁电或电容等原理工作，可以提供高精度的测量结果。
6.软件接口：用于与外部设备进行通信，如计算机、PLC等。
软件接口通常通过标准的通信协议，如RS232、RS485、EtherCAT等，实现数据的传输和控制命令的交互。
二、结构解析伺服控制器的结构分为两种类型：开环控制和闭环控制。
1.开环控制结构：开环控制是指控制器只根据输入信号进行输出信号的调节，而不对电机的状态进行实时监测和调整。
开环控制结构简单、成本低廉，适用于对控制要求不高的应用场景。
2.闭环控制结构：闭环控制是指控制器在输出信号的基础上通过反馈信号对电机的状态进行实时监测和调整。
一种基于LMD18200T直流伺服电动机驱动器的设计
能、可靠性 高 、体 积小等优 点 。
关键 词 ：Ｌ Ｍ Ｄ １ ８ ２ ０ Ｏ Ｔ ；直 流伺服 电动机 ；光 隔电路 ；驱 动 器 中图分类号 ：Ｔ Ｍ ３ ８ ３ 文 献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ０ ０ ９ — ２ ３ ７ ４（ ２ ０ １ ４）１ ６ － ０ ０ ２ ６ 一 Ｏ ２
摘 要 ：在伺服 控 制 系统 中 ，我们 经 常会使 用 到 电机 驱 动 器。常规 驱 动 器电路硬 件 结构设 计 复 杂 、系统运 行可 靠 性 不 高、体 积较 大 。所 以为 了提 高伺 服 系统 的可 靠性 、减 小其体 积 ，我们 设 计 了一种 基 于Ｌ Ｍ Ｄ １ ８ ２ ０ ０ Ｔ 的 直
度报 警 输 出端 ，提供 温度 报警 信 号 。
表１
低 等缺 点 。针 对上 述缺 点 ，我们 选 用Ｌ Ｍ １ ８ ２ ０ ０ Ｔ 作 为驱 动 芯 片 ，设计 了一种新 式直 流 电机 驱动 器 。
Ｐ Ｗ ， ｌ 方向 刹车 实际输出电演方向 工作状态
Ｈ ¨ Ｘ Ｌ 渣出 ｌ ，渍入 ２ 正转
电源上，在少用或不用人为干预的情况下使系统迅速恢
何任 由
霍 募 篓 豢 蓑 荨 萋 至 笔 耋 等 ， ｎ ｎ １ ｒ １
［ ５ ］ 姜维．浅析数字 图像处理技术及其应用［ Ｊ ］ ．信息
与 电脑 （ 理论 版 ），２ ０ １ ２ ， （ ３）．
参考文献 ［ １ ］ 李宝安，李行善． 自动测试 系统 （ Ａ Ｔ Ｓ ）软件 的发
开 发一 个 电动 机 控制 驱 动器 是一 项 繁琐 的工 作 。过 去 用逻 辑集 成 电路 、 比较 器 、晶体 管 、二 极管 等 电子 元 器 件 装 配在 一 个面 板上 ，并使用 分 立 的Ｍ Ｏ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ 或 绝栅双 极 管 连接 成 的一 个Ｈ 桥 或 半 桥 输 出 电路 。这种 方 法 设 计
伺服硬件岗位职责 (2)
伺服硬件岗位职责
伺服硬件岗位职责：
伺服硬件工程师主要负责为机器人、数控机床、包装机等自动
化设备提供动力控制方面的硬件开发和维护。
具体职责如下：
1. 设计伺服控制系统：根据客户需求和设备要求，设计伺服控
制系统的硬件电路和软件控制程序；
2. 硬件电路设计：根据伺服控制系统的功能要求，设计伺服控
制器的硬件电路，包括伺服驱动电源、信号接口电路、采样电路等；
3. 电路板设计：利用电路设计软件，设计伺服控制器的电路板，包括布线、布局、焊盘、元器件选型等；
4. 系统测试：对伺服控制系统进行测试和验证，确保其满足设
备的性能指标和功能要求；
5. 维护和升级：定期对伺服控制系统进行维护和升级，确保其
稳定运行和更新功能。
以上是伺服硬件岗位的主要职责，需要有一定的硬件设计和电
路设计知识，熟悉伺服控制系统的控制原理和电路设计方法。
另外
需要有较好的团队合作精神和高效的工作能力。
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伺服驱动器的硬件设计
永磁同步电机伺服驱动器的硬件由控制部分和功率部分组成，控制电路以ARM为控制核心，包括编码器接口电路、外围接口电路等等。
控制电路实现以下功能：获得相关指令信号和反馈信号，运行矢量控制算法，生成用于控功率模块的PWM信号。
功率电路包括整流电路、逆变电路、能耗制动电路、电流采样电路、功率模块及其驱动电路、辅助电源等，用以实现能量的交流-直流-交流形式变换，驱动电机实现对电机力矩、速度、位置的精确控制。
一、编码器接口电路
本系统针对采用增量式编码器的伺服电机设计，增量式编码器共有六对差分输出信号：A+-、B+-、Z+-、U+-、V+-、W+-，如下图所示6对差分信号的处理电路，其中选用了芯片AM26C32芯片。
器接口电路首先由AM26C32解差分，然后再由后经过RC低通滤波电路进行整形，得到3.3V电平的单端信号。
最后得到的Y_A-、Y_B-、Y_Z-输出到XMC4500，以获得电机的位置和速度信息，Y_U-、Y_V-、Y_W-输出给单片机以获得伺服电机的初始相角信息。
二、主回路设计
本系统主要是采用交-直-交电压型逆变的器的形式，主要有不控整流电路滤波电容、电流检测电路、只能功率模块（IPM）及电流采样电路。
主回路的结构框图如下：
(一)整流电路设计
本系统采用的是电容滤波的单相不可控整流电路，这部分电路由输入保护电路、整流桥如下图所示：
主回路侧有220V交流进来先接一个2A断路器，以防止过电流，起到保护作用。
然后安规电容增加3个安全电容来抑制EMI传导干扰。
交流电源输入分为3个端子：火线（L）/零线（N）/地线（G）。
在火线和地线之间以及在零线和地线之间并接的电容，一般统称为Y电容。
这两个Y电容连接的位置比较关键，必须需要符合相关安全标准，以防引起电子设备漏电或机壳带电，容易危及人身安全及生命。
它们都属于安全电容，从而要求电容值不能偏大，而耐压必须较高，Y电容的取值为4700PF。
在火线和零线抑制之间并联的电容,一般称之为X 电容。
由于这个电容连接的位置也比较关键,同样需要符合相关安全标准。
X电容同样也属于安全电容之一。
根据实际需要,X电容的容值允许比Y电容的容值大,但此时必须在X电容的两端并联一个安全电阻,用于防止电源线拔插时,由于该电容的充放电过程而致电源线插头长时间带电。
选X2电容,电容值为0.47uF.
(二)储能稳压及滤波电路
(三)功率模块及其驱动和保护电路
三、辅助电源设计。