【精品】伺服系统基础知识资料.doc

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1、交流永磁同步伺服驱动系统一、伺服系统简介伺服来白英文单词Servo,指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过稈，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。在20世纪60年代，嚴早是直流电机作为主要执行部件,在7（）年代以示，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代貞流电机成为伺服系统的主导执行电机。交流永磁同步伺服驱动系统（以下简称伺服系统），是基于国外高端伺服技术开发出适合于国内环境的伺服驱动系统，具有性能优异、可靠性强，广泛应用于数控机

2、床、织袜机械、纺织机械、绣花机、雕刻机械等领域，在这些要求高精度高动态性能以及小体积的场合，应用交流永磁同步电机（PMSM）的伺服系统具有明显的优势。其屮，PMSM具备卜分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范用宽广、动态特性和效率都很高。交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方而来衡量。伺服系统调速范围一般的在1:5000〜1:1（）000；定位精度一般都要达到±1个脉冲；稳速精度,尤其是低速下的稳速精度，比如给定l「pm时，一般的在±0.1rpm以内，高性能的可

3、以达到±0.01rpm以内；动态响应方面，通常衡最的指标是系统最高响应频率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后不超过90。或者幅值不小于50%。应用在特定要求高的一些场合，目前国内主流产品的频率在200〜500Hz。运行稳定性方血，主要是指系统在电压波动、负载波动、电机参数变化、上位控制器输出特性变化、电磁干扰、以及其他特殊运行条件下，维持稳定运行并保证一定的性能指标的能力。二、伺服系统的组成伺服系统的组成1・上位机上位机通过控制端口发送指令（模拟指令或脉冲指令）给驱动器。驱动器跟随外部指令

4、来执行，同时驱动器反馈信号给上位机。2.驱动器伺服驱动器是用来控制伺服电机的，是伺服电机的控制部分。伺服驱动器大体可以划分为功能比较独立的两个模块：驱动模块和控制模块两部分。驱动模块是强电部分，用于电机的驷动，同时也为控制模块提供宜流电源；控制模块是弱电部分，是电机的控制核心，也是伺服驷动器的技术核心（控制算法）的远行载体。其功能是完成伺服系统的闭环控制，包括力矩、速度和位置等。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。速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。位置控制是通过发脉冲来控制的

5、。如果您对电机的速度、位置部没有要求，貝要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位直模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果木身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快;位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。运动屮的动态性能有比较高的要求时,需要实时对电机进行调整。那么

6、如果控制器木身的运算速度很慢（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，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分屮高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驷动器上移开，这一般只是高端专用控制器。以下分别介绍下这三种控制方式：1、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肓接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以

7、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、纺织机械、印刷机械等等。2、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育接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持育•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，位置信号就由肓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屮间传动过程屮的误差，增加了整个系统的定位精度。3、转矩控制：转矩控制方式是通

8、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