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。可是，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，因此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，这样不但使转矩特性（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，而且由于转子电阻大，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，因此只适用于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：当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！