伺服驱动系统方案设计

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基于PLC与HMI的伺服电机运动控制系统设计与实现

基于PLC与HMI的伺服电机运动控制系统设计与实现

基于PLC与HMI的伺服电机运动控制系统设计与实现摘要:随着计算机技术、可编程控制器及触摸屏科技的进步,现在机械制造行业几种控制系统越来越多的被应用到处理复杂事务中使其变得处理简易,在生活中,几种控制系统的应用提高了生产效率,使我们生活变得简单化,提高了机械产品的安全性和可操作性。

本文提出了选用S7-200SMARTCPUST30PLC为主控制器,发送脉冲指令作为伺服驱动器的输入信号,通过伺服驱动器实现对伺服电机前/后点动及连续运转、相对/绝对位置的精确控制以及自动查找参考点等操作,由SMART1000IEV3触摸屏搭建监控画面的思路。

关键词:伺服电机;PLC;运动控制;HMI1、系统总体方案设计1.1PLC和HMI简介1.1.1可编程里辑控制器简介可编辑逻辑控制器简称PLC,能够适应工作环境较为恶劣的条件,适用范围较广。

另外,PLC的维护较为方便,使用可靠性比较高。

CPU的运行状态是决定系统流畅的重要保证,而PLC的工作状态就是通过软件控制CPU的运行情况,当然通过硬件开关进行强制控制也是一种有效的控制手段,比如在进行测试阶段或者对系统进行检修时,硬件控制是一种较为方便的方式。

1.1.2 HMI简介随着我国工业水平提高,在生产过程中生产工艺越来越复杂,生产设备也在不断更新换代,生产控制人员不仅仅要对生产的每个流程熟知,还要对设备运行状况了解,做到设备运转的透明化。

HMI便是实现人机互通的关键技术,它实现了工作人员与机器之间的可靠连接。

在工作人员与Wincc flexible之间,HMI是实现二者链接的重要接口。

在控制器与Wincc flexible之间也同样需要这样的接口。

1.2 总体方案设计整个系统分为硬件设计、PLC程序设计、HMI与PLC通讯、系统实验调试共4部分。

硬件方面,主控制器选用S7-200SMARTCPUST30PLC,发送脉冲指令作为台达伺服驱动器(ASDA-B2-0121-B)的输入信号;通过伺服驱动器实现控制伺服电机(ASDAB2)的旋转速度和驱动丝杆滑台的移动位置[1]。

伺服电机控制系统毕业论文设计

伺服电机控制系统毕业论文设计
进入90年代以来,随着电力电子工业的飞速发展,许多高性能半导体功率器件,如GTR、MOSFET、IGBT、MCT等相继问世,以及微处理器、大规模集成电路技术的发展,逆变装置也发生了根本性的变化。这些开关器件本身向着高频化、大容量、智能化方向发展,并出现集半导体开关、信号处理、自我保护等功能为一体的智能功率模块(正M)和大功率集成电路,使直流伺服电动机的关键部件之一―逆变器的成本降低,且向高频化、小型化发展。同时,永磁材料的性能不断提高和完善,特别是钕、铁、硼永磁材体的热稳定性和耐腐蚀性的改善,加上永磁电机研究和开发经验的逐步成熟,稀土永磁直流伺服电动机的应用和开发进入一个新阶段,目前正朝着超高速、高转矩,高功能化、微型化方向发展[3]。
调速应用领域最初用得最多的是直流电机,随着交流调速技术特别是电力电子技术和控制技术的发展,交流变频技术获得了广泛应用,变频器和交流电动机迅速渗透到原来直流调速系统的绝大多数应用领域。近几年来,由于直流伺服电动机体积小、重量小和高效节能等一系列优点,中小功率的交流变频系统正逐步被直流伺服电动机系统所取代,特别是在纺织机械、印刷机械等原来应用变频系统较多的领域,而在一些直接由电池供电的直流电机应用领域,则更多的由直流伺服电动机所取代。
This article mainly discusses the designations of three-phase BLDCM velocity modulation system. The master controlled unit is BLDCM special-purpose control chip 80C196MC, assistanceswith the keyboard, the monitor, examines the electric circuit, the power electric circuit, actuates the electric circuit, the protection circuit and so on. The BLDCM with 3 Hall sensors establishing inside, to exam the position of the rotor and decide the phase change of electricalmachinery, the system calculates the rotational speed of the electrical machinery to realize the velocity-feedback control according to the Hall signal.

直流伺服电机控制系统设计

直流伺服电机控制系统设计

电子信息与电气工程系课程设计报告设计题目:直流伺服电机控制系统设计系别:电子信息与电气工程系年级专业:学号:学生姓名:2006级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书摘要随着集成电路技术的飞速发展,微控制器在伺服控制系统普遍应用,这种数字伺服系统的性能可以大大超过模拟伺服系统。

数字伺服系统可以实现高精度的位置控制、速度跟踪,可以随意地改变控制方式。

单片机和DSP在伺服电机控制中得到了广泛地应用,用单片机作为控制器的数字伺服控制系统,有体积小、可靠性高、经济性好等明显优点。

本设计研究的直流伺服电机控制系统即以单片机作为核心部件,主要是单片机为控制核心通过软硬件结合的方式对直流伺服电机转速实现开环控制。

对于伺服电机的闭环控制,采用PID控制,利用MATLAB软件对单位阶跃输入响应的PID 校正动态模拟仿真,研究PID控制作用以及PID各参数值对控制系统的影响,通过试凑法得到最佳PID参数。

同时能更深度地掌握在自动控制领域应用极为广泛的MATLAB软件。

关键词:单片机直流伺服电机 PID MATLAB目录1.引言 ...................................................... 错误!未定义书签。

2.单片机控制系统硬件组成.................................... 错误!未定义书签。

微控制器................................................ 错误!未定义书签。

DAC0808转换器.......................................... 错误!未定义书签。

运算放大器............................................... 错误!未定义书签。

按键输入和显示模块....................................... 错误!未定义书签。

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。

直流伺服系统设计

直流伺服系统设计
器械、印刷机械等领域。
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

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。

伺服驱动器硬件设计方案

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。

英飞凌XC2267 电机控制系统设计方案

英飞凌XC2267 电机控制系统设计方案

基于英飞凌XC2267的电机控制系统设计电机驱动系统是电动汽车的关键部件之一。

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)伺服调速性能优越,去除了直流伺服电机的额机械换向器和电刷,使结构更加简单;且具有质量轻、体积小、功率因数高等优点;被广泛应用于对精度和性能要求较高的领域。

本文基于磁场定向控制(FOC)原理,设计了以资源丰富和高速响应为特点的英飞凌16位微控制器XC2000作为主控芯片构建一个高性能的永磁同步电机伺服控制系统。

最后,在Simulink环境下构建控制系统模型,验证了控制系统的有效性。

1 系统总体控制设计方案1.1 FOC原理永磁同步电机矢量控制是在磁场定向坐标上,将定子电流矢量分解成励磁电流分量和转矩电流分量,实现解耦定子电流的完全解耦,然后分别对两者进行调节选择。

从而简化PMSM 的控制。

根据磁势和功率不变原则,将永磁同步电机的三相电压、电流和磁链经过坐标变换由三相ABC静止坐标系下的量变换成d—q旋转坐标系下的量,定子电流矢量被分解为按转子磁场定向的两个相互正交的电流分量,即定子电流的励磁分量id和转矩分量iq。

iq调节参考量由速度控制器给出,经过电流环调节后输出d—q轴上的电压分量,即ud和uq。

将控制量ud和uq经过反Parke变换后,得到α-β坐标系上的分量uα和uβ。

根据uα和uβ值的大小和SVPWM空间矢量合成方法实现矢量控制的输出,达到矢量控制的目的。

1.2 三闭环控制系统设计系统采用电流、转速、位置三闭环控制来实现对电机的转速控制。

其中速度环的作用在于保证电机的实际转速与指令值一致,消除负载转矩扰动等因素对电机转速的影响。

速度指令与反馈的电机实际转速相比较,其差值通过速度调节器产生相应的电流参考信号的幅值,再与通过磁极位置检测得到的电流参考信号相位相乘,既得到完整的电流参考信号,该信号控制电机加速、减速或匀速,从而使电机的实际转速与指令值保持一致。

《伺服控制系统课程设计》

《伺服控制系统课程设计》

《伺服控制系统课程设计》指导书⾃动化与电⼦⼯程学院⼆零⼀⼋年⼗⽉⼀、伺服控制系统课程设计的意义、⽬标和程序 (3)⼆、伺服控制系统课程设计内容及要求 (5)三、考核⽅式和报告要求 (11)⼀、伺服控制系统课程设计的意义、⽬标和程序(⼀)伺服控制系统程设计的意义伺服控制系统课程设计是⾃动化专业⼈才培养计划的重要组成部分,是实现培养⽬标的重要教学环节,是⼈才培养质量的重要体现。

通过伺服控制系统课程设计,可以培养考⽣⽤所学基础课及专业课知识和相关技能,解决具体的⼯程问题的综合能⼒。

本次课程设计要求考⽣在指导教师的指导下,独⽴地完成伺服控制系统的设计和仿真,解决与之相关的问题,熟悉伺服控制系统中控制器设计与整定、电机建模和仿真和其他检测装置的选型以及⼯程实践中常⽤的设计⽅法,具有实践性、综合性强的显著特点。

因⽽对培养考⽣的综合素质、增强⼯程意识和创新能⼒具有⾮常重要的作⽤。

伺服控制系统课程设计是考⽣在课程学习结束后的实践性教学环节;是学习、深化、拓宽、综合所学知识的重要过程;是考⽣学习、研究与实践成果的全⾯总结;是考⽣综合素质与⼯程实践能⼒培养效果的全⾯检验;也是⾯向⼯程教育认证⼯作的重要评价内容。

(⼆)课程设计的⽬标课程设计基本教学⽬标是培养考⽣综合运⽤所学知识和技能,分析与解决⼯程实际问题,在实践中实现知识与能⼒的深化与升华,同时培养考⽣严肃认真的科学态度和严谨求实的⼯作作风。

使考⽣通过综合课程设计在具备⼯程师素质⽅⾯更快地得到提⾼。

对本次课程设计有以下⼏⽅⾯的要求:1.主要任务本次任务在教师指导下,独⽴完成给定的设计任务,考⽣在完成任务后应编写提交课程设计报告。

2.专业知识考⽣应在课程设计⼯作中,综合运⽤各种学科的理论知识与技能,分析和解决⼯程实际问题。

通过学习、研究和实践,使理论深化、知识拓宽、专业技能提⾼。

3.⼯作能⼒考⽣应学会依据课程设计课题任务进⾏资料搜集、调查研究、⽅案论证、掌握有关⼯程设计程序、⽅法和技术规范。

机电一体化第六章伺服驱动控制系统设计

机电一体化第六章伺服驱动控制系统设计
更加简单。步进电机既是驱动元件,又是脉冲角位移变换元件。 E. 当控制脉冲数很小,细分数较大时,运行速度达到每转30分
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

伺服控制工程课程设计报告

伺服控制工程课程设计报告

一.设计要求和条件本课程设计要求选择步进电机和交流伺服电机为驱动装置,以可编程控制器(PLC)为控制器,配合相应的伺服驱动器,设计并实现伺服电机对异步电机速度的跟随控制系统。

要求了解相关检测元件,掌握系统搭建的基本方法,用触摸屏设计监控界面,完成系统的程序编写与调试,并完成设计说明书的编写。

二. 设计目的通过在实验平台上完成伺服电机对异步电机速度的跟随控制,巩固和深化所学的专业理论,提高解决实际问题的能力。

使我们了解伺服控制系统的应用领域;掌握常用检测元件的选择和使用;掌握各种伺服驱动器的使用方法;能够设计并实现基本伺服运动控制电路;三.设计方案论证(一).硬件的选择:台达ASD-A0421-AB系列伺服驱动器,VFD-M系列变频器,ECMA-C30604ES伺服电机,台达DVP40ES00T2系列PLC,台达触摸屏DOP-A57BSTD,增量式编码器和异步电机。

(二).硬件的介绍:(1)VFD-M系列变频器:变频器面板主要包括:编程/功能选择键,资料确认键,频率设定旋钮,启动运行,停止按钮等此次设计中用到的几个重要变频器参数设定:P 00: 04 数字操作器上的V.R.控制P 01: 00 运转指令有数字操作器控制P 02: 00 电机以减速刹车方式停止01 电机一自由运转方式停止P 03: 50.00~400.00HZ 最高操作频率选择P 04: 10.00~400.00HZ 最大电压频率选择(2)台达ASD-A0421-AB系列伺服驱动器:伺服驱动器的连接器与端子:L1,L2为控制回路电源输入端,U,V,W为电机连接线,CN1为I/O连接器,CN2为编码器连接器,CN3通讯口连接器。

主要参数设定:P1-00=2(外部脉冲列指令输入形式设定)P1-01=0(控制模式及控制命令输入源设定)P2-10=101(数字输入接脚DI1功能规划)P2-11=104(数字输入接脚DI2功能规划)P1-02=00(速度及扭距限制设定)(三). 系统结构框图:根据试验台的架构和实验要求此次设计的系统框图如下图所示:四.系统流程图:此设计所用的设备有台达变频器,异步电机,旋转编码器,台达PLC,伺服电机等,台达变频器控制异步电机,通过改变频率来改变异步电机速度,并利用旋转编码器使异步电机与伺服电机建立联系,最终使伺服电机跟随上异步电机的速度,伺服电机正反转的速度通过台达触摸屏来设置。

测试转台伺服系统方案

测试转台伺服系统方案

测试转台伺服分系统方案1.概述:本伺服分系统根据转台系统技术要求,主要完成控制和驱动转台方位连续可调的运动,并能定位在任意方位角。

2.主要技术指标:转台运动范围:0~360°转台定位精度:≤0.2°转台运动速度:0~5°/sec转台运动加速度:0~5°/sec23.系统的主要功能系统的工作方式有待机、手动、连续转动、遥控、外控。

可完成转台的连续转动和定位,手动方式是用机箱面板上的手轮控制转台转动,外控方式是在室外用一个控制盒控制转台转动,遥控方式是其它计算机通过串口控制转台转动。

4.伺服分系统组成伺服分系统由控制单元(ACU)、驱动单元(ADU)、轴角编码单元及安装在转台上的执行元件、测量元件和控保元件组成,如下图1所示。

图1 伺服分系统组成框图伺服分系统可作成一个4U的全密闭机箱。

机箱面板上有操作开关、方位角度显示等。

控制单元ACU是转台控制中心。

它完成转台运动的各种控制,各种控制策略的实时实施。

轴角编码器单元将自整角同步机测到的转台转轴的角度转化为数字量,用于转台的位置显示和位置控制。

驱动单元(ADU)由功率放大、环路控制等组成,主要完成对转台转轴的执行电机进行驱动。

转台转轴的执行电机采用交流伺服电机,因其无电刷磨损问题,可靠性高,寿命长,免维护。

4.1 控制单元控制单元是以单片机为基础,集控制、监视、计算、通讯于一体,对转台实现安全可靠的操控的控制器,它与终端的通讯采用串口通讯。

根据不同的工作方式,ACU产生相应的控制信号,通过驱动单元驱动转台运动,从而使转台转向指定角度。

ACU是操作人员进行操作的中心,具有丰富而简洁的显示和友好的操控界面。

ACU的主要工作方式为:待机,手动,连续转动,遥控,外控等。

4.2 轴角编码器轴角的测量元件采用自整角同步机,这种角度敏感元件较之光电码盘有更高的可靠性和高低温适应能力。

轴角编码器的核心芯片采用大规模集成专用芯片RDC。

数控车床伺服进给系统结构设计毕业论文

数控车床伺服进给系统结构设计毕业论文

摘要数控机床作为机电一体化的典型产品,在机械制造业中发挥着巨大的作用,很好的解决了现代机械制造中结构复杂,精密,批量小,多变零件的加工问题,且能稳定产品的加工质量,大幅度提高生产效率。

本论文主要对数控机床伺服进给系统的机械部分这一课题进行探讨,文中详细描述了数控机床伺服进给系统的设计方法,包括传动系统总体设计,滚珠丝杠副的选择,伺服电动机的选择,精度和刚度验算。

同时运用软件Solidworks做出伺服进给系统的零部件,以及将各个零部件进行装配,二维工程图出图。

关键词:数控机床;伺服电动机;伺服进给系统;滚珠丝杠副AbstractNC machine tools as typical electromechanical products, plays an enormous role in machinery manufacturing, it solutes the problems of modern machinery manufacturing complex, precision, small batches,changeable parts processing, also it can be able to stable quality of products, increase productivity greatly. In this paper, it mainly explore to the topic of mechanical parts of NC machine tools’ servo feed system, This article describes the designing method of the NC machine tools’ servo feed system , including designing the transmission system, choosing Ball Screws, servo motor, checking the accuracy and rigidity. Make out parts of NC machine tools’ servo feed system and assemble the parts with solidworks. Export 2D engineering drawing and make the animations of feed system, produce three-dimensional cutaway views of Ball Screws and Rolling Guides.Key word: NC machine;Servo motor; Servo feed system; Ball Screws目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 数控机床的概念 (1)1.2 数控机床的组成分类及特点 (1)1.2.1 数控机床的组成 (1)1.2.2 数控机床的分类 (1)1.2.3 数控机床的特点 (2)1.3 数控系统的发展简史及国外发展现状 (2)1.4 我国数控系统的发展现状及趋势 (3)1.4.1 数控技术状况 (3)1.4.2 数控系统的发展趋势 (4)1.5 伺服系统的特点 (4)1.6 本课题的研究内容和方法 (6)1.7 本章小结 (7)2 进给系统的总体方案设计 (7)2.1 机床的主要性能 (8)2.2 进给系统的精度要求 (8)2.3 进给传动控制伺服系统的选择 (8)2.4 进给系统的传动要求及传动类型的选择 (9)2.4.1 进给系统的传动要求 (9)2.4.2 传动类型的选择 (9)2.5 电机与丝杠联接方式的选择 (10)2.6 进给传动方案设计 (11)3 数控车床伺服进给系统X轴选型 (12)3.1 滚珠丝杆机构的计算选型 (13)3.1.2 精度等级选定 (14)3.1.3 导程的计算和选定 (15)3.1.4 丝杆支承方式选定 (15)3.1.5 丝杆外径选定及校核 (15)3.1.6 计算最大轴向载荷 (16)3.1.7 轴向允许载荷计算 (16)3.1.8 丝杠允许转速计算及校核 (17)3.1.9 寿命计算及校核 (19)3.2 电机的选型 (19)3.2.1 转速的计算 (19)3.2.2 驱动扭矩计算 (20)3.2.3 计算角加速度 (21)3.2.4 电机所需的加速扭矩 (21)3.2.5 计算各种运动状态下点检所需要的驱动扭矩 (21)3.2.6 电机转动惯量要求 (22)3.3 滚珠丝杠副的支承的设计 (22)3.4 同步齿轮带传动的设计 (24)3.5 导轨的选择 (25)4 数控车床伺服进给系统Z轴选型 (26)4.1 滚珠丝杆机构的计算选型 (26)4.1.1载荷的确定 (27)4.1.2 精度等级选定 (27)4.1.3 导程的计算和选定 (28)4.1.4 丝杆支承方式选定 (29)4.1.5 丝杆外径选定及校核 (29)4.1.6 计算最大轴向载荷 (29)4.1.7 轴向允许载荷计算 (30)4.1.8 丝杠允许转速计算及校核 (31)4.1.9 寿命计算及校核 (33)4.2 电机的选型 (33)4.2.1 转速的计算 (33)4.2.2 驱动扭矩计算 (34)4.2.3 计算角加速度 (35)4.2.4 电机所需的加速扭矩 (35)4.2.5 计算各种运动状态下点检所需要的驱动扭矩 (35)4.2.6 电机转动惯量要求 (36)4.3 滚珠丝杠副的支承的设计 (37)4.4 联轴器传动的设计 (39)4.5 导轨的选择 (39)5 伺服进给系统的结构设计 (40)5.1 solidworks实体设计的特征功能及其在本次设计中的应用405.2 伺服进给系统主要零件的设计及装配 (41)5.2.1 导轨的设计 (41)5.2.2 Z轴丝杠螺母的设计 (45)5.2.3 添加轴承 (46)5.2.4 添加紧固件 (46)5.2.5 X轴滑块的设计 (47)5.2.6 丝杠的设计 (47)5.3 伺服进给系统零件的装配 (48)5.4 伺服进给系统的装配图 (49)结论 (51)致谢 (52)参考文献 (53)附录A (54)附录B (69)1 绪论1.1 数控机床的概念数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物,是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。

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。

伺服驱动器项目实施方案

伺服驱动器项目实施方案

伺服驱动器项目实施方案泓域咨询规划设计/投资分析/产业运营报告说明—近年来,国产品牌市占率在快速提升,但日系品牌仍牢牢占据国内伺服市场近半壁江山。

同大多数高精密度的产品一样,长期以来外资品牌占据了国内伺服系统市场的大部分份额,市场占有率达77%。

该伺服驱动器项目计划总投资9539.63万元,其中:固定资产投资6961.46万元,占项目总投资的72.97%;流动资金2578.17万元,占项目总投资的27.03%。

达产年营业收入21251.00万元,总成本费用16219.74万元,税金及附加180.98万元,利润总额5031.26万元,利税总额5906.21万元,税后净利润3773.45万元,达产年纳税总额2132.77万元;达产年投资利润率52.74%,投资利税率61.91%,投资回报率39.56%,全部投资回收期4.03年,提供就业职位319个。

按功率大小可分为大、中、小型三种。

大型系统一般指功率大于5KW,用于驱动重型机械设备的驱动系统。

小型系统指功率小于1KW的系统,主要用于中低端OEM市场。

中型系统功率介于大小型之间,主要用于机床、电梯、起重等领域。

目前大中型系统基本被国外厂家占据,我国企业在中低端市场份额逐步扩大。

第一章项目总论一、项目概况(一)项目名称及背景伺服驱动器项目伺服系统是使系统终端执行结构根据控制指令实现包括位移、转速和力矩等维度动作的设备总称。

由控制层面的控制器、驱动层面的伺服驱动和执行层面的伺服电机,辅之编码器组成。

它决定了自动化机械的精度、控制速度和稳定性,因此是工业自动化设备的核心。

伺服驱动器(servodrives)又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”,是用来控制伺服电机的一种控制器,其作用类似于变频器作用于普通交流马达,属于伺服系统的一部分,主要应用于高精度的定位系统。

一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制,实现高精度的传动系统定位,目前是传动技术的高端产品。

机电一体化系统设计第4章伺服系统设计1

机电一体化系统设计第4章伺服系统设计1
由上式知,直流伺服电机的控制方式如下: (1)调压调速(变电枢电压,恒转矩调速) (2)调磁调速(变励磁电流,恒功率调速) (3)改变电枢回路电阻调速
常用的是前面2种调速方式。
晶闸管的结构与符号
晶闸管是具有三个PN 结的四层结构, 其外形、 结构及符号如图。


A



G
K
(a) 符号
A 阳极

二、步进电动机及其控制
1、工作原理:
当第一个脉冲通入A相时,磁通企图沿着磁阻最小的 路径闭合,在此磁场力的作用下,转子的1、3齿要和A 级对齐。当下一个脉冲通入B相时,磁通同样要按磁阻最 小的路径闭合,即2、4齿要和B级对齐,则转子就顺逆 时针方向转动一定的角度。
三、步进电动机及其控制
若通电脉冲的次序为A、C、B、A…,则不 难推出,转子将以顺时针方向一步步地旋转。这 样,用不同的脉冲通入次序方式就可以实观对步 进电动机的控制。
B
W 2 sin
W
2
由于θ值很小,条纹近似与栅线的方向 垂直,故称为横向莫尔条纹。
横向莫尔条纹重要特性: ①莫尔条纹运动与光栅运动具有对应关系 ②莫尔条纹具有位移放大作用 ③莫尔条纹具有平均光栅误差作用
原理图1
退出
4.2 伺服系统执行元件及其控制
一、执行元件类型及特点 二、步进电机及其控制 三、伺服电机及其控制
(1) 原理: 励磁绕组WF接到电压为的交流电网上,控制
绕组接到控制电压上,当有控制信号输入时,两 相绕组便产生旋转磁场。该磁场与转子中的感应 电流相互作用产生转矩,使转子跟着旋转磁场以 一定的转差率转动起来,其旋转速度为
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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。

这时的合成转矩T 是制动转矩,从而使电动机迅速停止运转。

图4 伺服电动机单相运行时的转矩特性图5是伺服电动机单相运行时的机械特性曲线。

负载一定时,控制电压Uc愈高,转速也愈高,在控制电压一定时,负载增加,转速下降。

图5 伺服电动机的机械特性交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。

当电源频率为50Hz,电压有36V、110V、220、380V;当电源频率为400Hz,电压有20V、26V、36V、115V等多种。

交流伺服电动机运行平稳、噪音小。

但控制特性是非线性,并且由于转子电阻大,损耗大,效率低,因此与同容量直流伺服电动机相比,体积大、重量重,所以只适用于0.5-100W 的小功率控制系统。

***机器手伺服控制系统设计分析变频与伺服的关系:目前市场上变频控制器的用途要大大的大于伺服机构,有必要搞清伺服和变频两个系统之间的关系,以便提高可参考设计的途径,这样才能以最低的成本达到设计出自己的伺服控制的目的。

简单的说:变频只是伺服的一个部分,伺服是在变频的基础上进行闭环的精确控制从而达到更理想的效果。

我们的目标和步骤要在变频系统的基础上,首先解决电机的驱动问题,达到调速目的,然后加入对反馈的采样,设计自己的PID算法,最终完成闭环控制。

当然,这种系统的设计是有难度的,因为简单的看如果系统完成仅仅做一个单独的伺服电机的控制系统就已经能有一定的市场,如果系统简单的话,伺服系统的价格应该不是现在的价位!所以正确的分析系统难度是保证系统的正确完成的基础。

首先控制部分的算法是各厂家保密的技术环节,如果仅仅使用传统的调节电容移相的控制方式不适合于高精度定位控制的需要。

那么我们必然要选择AC-DC-AC的过程,这中间的DC-AC的三相逆变技术是必须要攻克的。

如果简单的PWM电机调速使用通常的技术手段可以实现,但是相对高频的(400HZ)三相逆变需要系统处理要有很高的速度。

其次DSP技术的应用需要比较高的理论基础,这对我们是一种挑战,合理的算法和处理机制是实现最终控制的必然途径,要克服理论上的差距,必要的学习和钻研过程是不可避免的。

这中间和熟悉的技术开发产品的差异是时间的损耗!PID的控制算法是销售伺服控制系统公司的技术命脉,PID算法的好坏直接决定下一步机械手系统的运转的平稳和系统精度的保证。

对任何公司来说,设计专用的PID 算法都是公司技术含量最高的部分。

这部分包含自动控制算法、错误的处理和动作判断以及控制方式的选择。

伺服电机的选择:目前定型为松下400HZ36V三相交流伺服电机?(原因)伺服电机的驱动原理:交流伺服的技术本身就是借鉴并应用了变频的技术,在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的,也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节:变频就是将工频的50、60HZ的交流电先整流成直流电,然后通过可控制门极的各类晶体管(IGBT,IGCT等)通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的波形类似于正余弦的脉动电,由于频率可调,所以交流电机的速度就可调了(n=60f/2p ,n转速,f频率,p极对数)。

交流伺服系统根据其处理信号的方式不同,可以分为模拟式伺服、数字模拟混合式伺服和全数字式伺服;如果按照使用的伺服电动机的种类不同,又可分为两种:一种是用永磁同步伺服电动机构成的伺服系统,包括方波永磁同步电动机(无刷直流机)伺服系统和正弦波永磁同步电动机伺服系统;另一种是用鼠笼型异步电动机构成的伺服系统。

二者的不同之处在于永磁同步电动机伺服系统中需要采用磁极位置传感器而感应电动机伺服系统中含有滑差频率计算部分。

若采用微处理器软件实现伺服控制,可以使永磁同步伺服电动机和鼠笼型异步伺服电动机使用同一套伺服放大器。

1、转矩控制:转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小,具体表现为例如10V对应5Nm的话,当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转,外部负载等于2.5Nm时电机不转,大于2.5Nm时电机反转(通常在有重力负载情况下产生)。

可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小,也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。

应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中,例如饶线装置或拉光纤设备,转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。

2、位置控制:位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小,通过脉冲的个数来确定转动的角度,也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。

由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制,所以一般应用于定位装置。

应用领域如数控机床、印刷机械等等。

3、速度模式:通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制,在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位,但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。

位置模式也支持直接负载外环检测位置信号,此时的电机轴端的编码器只检测电机转速,位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了,这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差,增加了整个系统的定位精度。

交流伺服电动机有以下三种转速控制方式:◆幅值控制控制电流与励磁电流的相位差保持90°不变,改变控制电压的大小。

◆相位控制控制电压与励磁电压的大小,保持额定值不变,改变控制电压的相位。

◆幅值—相位控制同时改变控制电压幅值和相位。

交流伺服电动机转轴的转向随控制电压相位的反相而改变。

一般伺服电机驱动系统框图伺服电机控制部分框图系统的设计步骤:(1)制定控制方案的技术路线,确定驱动电机转动的控制电路:a)首先确认使用DSP的厂家型号;b)找出使用该信号控制器驱动伺服电机的模型;(最好可以演示)c)绘制控制部分原理图和PCB图通过试验手段,试验各种控制模式下电机的运转;d)封装硬件及软件模块;(2)本阶段总结上一阶段的试验成果,吸收并进一步测试各种控制的适用范围,制定电机控制模块的通讯协议、控制模式和PID控制的指导方案:a)测试反馈信号和处理速度之间的匹配;b)封装模块的适用范围测试;c)论证机械手系统适用的伺服电机控制方式;d)确认系统整体功能需求。

(3)整体系统方案确认阶段:a)机械手综合控制单元的功能确认;b)人机界面:按键和显示单元的模块试验;c)通讯方式的测试和联机调试;d)逐次增加电机的数量,测试电机的协调性动作和模块封装;e)电路安装的结构方案设计。

(4)综合设计阶段:a)全部硬件的综合性能调试;b)不同控制模式和不同动作下,细致动作的准确性测试;c)复杂动作的压力测试和快速反应的数据流量测试;d)整体功耗测试和烤机测试。

(5)联机调试阶段:a)脱机操作的各种动作的稳定性测试;b)待机状态的EMC测试和硬件电路的抗干扰设计验证;c)联机状态下的综合动作测试及到位反馈;d)模拟实际现场的烤机测试。

第一阶段所涉及到技术细节及难点分析如上图首先要通过数学手段,模拟出三相逆变的交流400HZ控制电源;数学模型和6路3对上下臂的PWM输出方式是这一阶段的两个难点。

上图为三相逆变电路的原理图,但是根据此原理图对功率模块的测试和对称性选择会严重的阻碍项目的进度。

根据,目前掌握的情况,建议我们直接选择IPM模块。

下图为IPM模块的功能图。

根据前期进度要求,同时建议使用单电源的IPM模块。

图1 hvic内部结构示意图图2 单电源ipm 内部电路附录:伺服马达编码器工作原理。

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