伺服驱动器的工作原理

伺服驱动器得工作原理
随着全数字式交流伺服系统得出现,交流伺服电机也越来越多地
应用于数字控制系统中.为了适应数字控制得发展趋势,运动控制系
统中大多采用全数字式交流伺服电机作为执行电动机.在控制方式上用脉冲串与方向信号实现。

ﻫ一般伺服都有三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式,位置控制方式。

速度控制与转矩控制都就是用模拟量来控制得。

位置控制就是通过发脉冲来控制得。

具体采用什么控制方式要根据客户得要求,满足何种运动功能来选择。

ﻫ如果您对电机得速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然就是用转矩模式。

ﻫ如果对位置与速度有一定得精度要求，而对实时转矩不就是很关心，用转矩模式不太方便,用速度或位置模式比较好。

如果上位控制器有比较好得死循环控制功能,用速度控制效果会好一点。

如果本身要求不就是很高,或者，基本没有实时性得要求,用位置控制方式对上位控制器没有很高得要求。

就伺服驱动器得响应速度来瞧,转矩模式运算量最小,驱动器对控制信
号得响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号得响应最慢。

对运动中得动态性能有比较高得要求时,需要实时对电机进行调整.
那么如果控制器本身得运算速度很慢(比如PLC，或低端运动控制器)，就用位置方式控制.如果控制器运算速度比较快,可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器得工作量,提高效率(比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好得上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只就是高
端专用控制器才能这么干,而且,这时完全不需要使用伺服电机。

ﻫ换一种说法就是：
1、转矩控制：转矩控制方式就是通过外部模拟量得输入或直接得地址得赋值来设定电机轴对外得输出转矩得大小，具体表现为例如10V 对应5Nm得话，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）。

可以通过实时得改变模拟量得设定来改变设定得力矩大小，也可通过通讯方式改变对应得地址得数值来实现。

应用主要在对材质得受力有严格要求得缠绕与放卷得装置中,例如饶线装置或拉光纤设备，转矩得设定要根据缠绕得半径得变化随时更改以确保材质得受力不会随着缠绕半径得变化而改变。

ﻫ２、位置控制:位置控制模式一般就是通过外部输入得脉冲得频率来确定转动速度得大小，通过脉冲得个数来确定转动得角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度与位移进行赋值。

由于位置模式可以对速度与位置都有很严格得控制，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。

3ﻫ、速度模式:通过模拟量得输入或脉冲得频率都可以进行转动速度得控制，在有上位控制装置得外环ＰID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机得位置信号或直接负载得位置信号给上位回馈以做运算用。

位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时得电机轴端得编码器只检测电机转速,位置信号就由直接得最终负载端得检测装置来提供了，这样得优点在于可以减少中间传动过程中得误差,增加
了整个系统得定位精度。

伺服得基本概念就是准确、精确、快速定位。

变频就是伺服控制得一个必须得内部环节,伺服驱动器中同样存在变频(要进行无级调速）。

但伺服将电流环速度环或者位置环都闭合进行控制,这就是很大得区别。

除此外，伺服电机得构造与普通电机就是有区别得,要满足快速响应与准确定位。

现在市面上流通得交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，但这种电机受工艺限制，很难做到很大得功率,十几KW以上得同步伺服价格及其昂贵，这样在现场应用允许得情况下多采用交流异步伺服，这时很多驱动器就就是高端变频器，带编码器回馈死循环控制.所谓伺服就就是要满足准确、精确、快速定位，只要满足就不存在伺服变频之争。

一、两者得共同点：
交流伺服得技术本身就就是借鉴并应用了变频得技术，在直流电机得伺服控制得基础上通过变频得PWM方式模仿直流电机得控制方式来实现得，也就就是说交流伺服电机必然有变频得这一环节：变频就就是将工频得50、60HＺ得交流电先整流成直流电，然后通过可控制门极得各类晶体管(IGＢT，IGCT等)通过载波频率与PWＭ调节逆变为频率可调得波形类似于正余弦得脉动电,由于频率可调，所以交流电机得速度就可调了(n＝6０f/p ，n转速，f频率,p极对数)ﻫ二、谈谈变频器：ﻫ简单得变频器只能调节交流电机得速度,这时可以开环也可以死循环要视控制方式与变频器而定,这就就是传统意义上得Ｖ／Ｆ控制方式。

现在很多得变频已经通过数学模型得建立，将交流电
机得定子磁场ＵVW3相转化为可以控制电机转速与转矩得两个电流得分量,现在大多数能进行力矩控制得著名品牌得变频器都就是采用这样方式控制力矩，UVW每相得输出要加霍尔效应得电流检测装置,采样回馈后构成死循环负反馈得电流环得PＩＤ调节;ABB得变频又提出与这样方式不同得直接转矩控制技术,具体请查阅有关数据.这样可以既控制电机得速度也可控制电机得力矩，而且速度得控制精度优于ｖ/f控制，编码器回馈也可加可不加，加得时候控制精度与响应特性要好很多。

ﻫ三、谈谈伺服：ﻫ驱动器方面：伺服驱动器在发展了变频技术得前提下，在驱动器内部得电流环，速度环与位置环（变频器没有该环)都进行了比一般变频更精确得控制技术与算法运算,在功能上也比传统得变频强大很多，主要得一点可以进行精确得位置控制.通过上位控制器发送得脉冲序列来控制速度与位置(当然也有些伺服内部集成了控制单元或通过总线通讯得方式直接将位置与速度等参数设定在驱动器里），驱动器内部得算法与更快更精确得计算以及性能更优良得电子器件使之更优越于变频器。

ﻫ电机方面:伺服电机得材料、结构与加工工艺要远远高于变频器驱动得交流电机(一般交流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机)，也就就是说当驱动器输出电流、电压、频率变化很快得电源时,伺服电机就能根据电源变化产生响应得动作变化，响应特性与抗超载能力远远高于变频器驱动得交流电机，电机方面得严重差异也就是两者性能不同得根本。

就就是说不就是变频器输出不了变化那么快得电源信号，而就是电机本身就反应不了，所以在变频得内部算法设定时为了保护电机做了相应得超
载设定。

当然即使不设定变频器得输出能力还就是有限得，有些性能优良得变频器就可以直接驱动伺服电机!!！
四、谈谈交流电机:
交流电机一般分为同步与异步电机ﻫ１、交流同步电机：就就是转子就是由永磁材料构成,所以转动后，随着电机得定子旋转磁场得变化,转子也做响应频率得速度变化，而且转子速度=定子速度,所以称“同步”。

ﻫ２、交流异步电机:转子由感应线圈与材料构成。

转动后,定子产生旋转磁场，磁场切割定子得感应线圈，转子线圈产生感应电流,进而转子产生感应磁场，感应磁场追随定子旋转磁场得变化,但转子得磁场变化永远小于定子得变化，一旦等于就没有变化得磁场切割转子得感应线圈,转子线圈中也就没有了感应电流，转子磁场消失，转子失速又与定子产生速度差又重新获得感应电流.。

.所以在交流异步电机里有个关键得参数就是转差率就就是转子与定子得速度差得比率。

3、对应交流同步与异步电机变频器就有相映得同步变频器与异步变频器,伺服电机也有交流同步伺服与交流异步伺服，当然变频器里交流异步变频常见,伺服则交流同步伺服常见。

五、应用ﻫ由于变频器与伺服在性能与功能上得不同,所以应用也不大相同：
1、在速度控制与力矩控制得场合要求不就是很高得一般用变频器，也有在上位加位置回馈信号构成死循环用变频进行位置控制得，精度与响应都不高.现有些变频也接受脉。