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貝加萊伺服驅(qū)動(dòng)器的工作原理及其控制方式

來源:上海韋米機(jī)電設(shè)備有限公司   2020年04月08日 09:26  

伺服驅(qū)動(dòng)器(servo drives)又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”,是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器,其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá),屬于伺服系統(tǒng)的一部分,主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機(jī)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位,目前是傳動(dòng)技術(shù)的產(chǎn)品。
     目前主流的伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號處理器(DSP)作為控制核心,可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護(hù)電路,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過程對驅(qū)動(dòng)器的沖擊。
功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流,得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電,再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元(AC-DC)主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐贰?/p>

隨著伺服系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用,伺服驅(qū)動(dòng)器使用、伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)試、伺服驅(qū)動(dòng)器維修都是伺服驅(qū)動(dòng)器在當(dāng)今比較重要的技術(shù)課題,越來越多工控技術(shù)服務(wù)商對伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了技術(shù)深層次研究。

伺服驅(qū)動(dòng)器是現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制的重要組成部分,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人及數(shù)控加工中心等自動(dòng)化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于控制交流永磁同步電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設(shè)計(jì)合理與否,對于整個(gè)伺服控制系統(tǒng),特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用。
一般伺服都有三種控制方式:位置控制方式、轉(zhuǎn)矩控制方式、速度控制方式。

1、位置控制:位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小,通過脈沖的個(gè)數(shù)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度,也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進(jìn)行賦值,由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴(yán)格的控制,所以一般應(yīng)用于定位裝置。

2、轉(zhuǎn)矩控制:轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機(jī)軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小,可以通過即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小,也可通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用主要在對材質(zhì)的手里有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中,例如繞線裝置或拉光纖設(shè)備,轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。

3、速度模式:通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制,在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位,但必須把電機(jī)的位置信號或直接負(fù)載的位置信號給上位反饋以做運(yùn)算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測位置信號,此時(shí)的電機(jī)軸端的編碼器只檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速,位置信號就由直接的終負(fù)載端的檢測裝置來提供了,這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過程中的誤差,增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。

如果對電機(jī)的速度、位置都沒有要求,只要輸出一個(gè)恒轉(zhuǎn)矩,當(dāng)然是用轉(zhuǎn)矩模式。

如果對位置和速度有一定的精度要求,而對實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心,用轉(zhuǎn)矩模式不太方便,用速度或位置模式比較好。

如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能,用速度控制效果會好一點(diǎn),如果本身要求不是很高,或者基本沒有實(shí)時(shí)性的要求,采用位置控制方式。
伺服驅(qū)動(dòng)器對電機(jī)的主要控制方式

伺服驅(qū)動(dòng)器對電機(jī)的主要控制方式為:位置控制、速度控和轉(zhuǎn)矩控制。

位置控制:是指驅(qū)動(dòng)器對電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩均于控制,上位機(jī)對驅(qū)動(dòng)器發(fā)脈沖串進(jìn)行轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的控制,輸入的脈沖頻率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,輸入的脈沖個(gè)數(shù)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度。

速度控制:是指驅(qū)動(dòng)器僅對電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制,電機(jī)的轉(zhuǎn)角由CNC取驅(qū)動(dòng)器反饋的A、B、Z編碼器信號進(jìn)行控制,CNC對驅(qū)動(dòng)器發(fā)出的是模擬量(電壓)信號,范圍為+10V~-10V,正電壓控制電機(jī)正轉(zhuǎn),負(fù)電壓控制電機(jī)反轉(zhuǎn),電壓值的大小決定電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。

轉(zhuǎn)矩控制:是指伺服驅(qū)動(dòng)器僅對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制,電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩不在隨負(fù)載變,只聽從于輸入的轉(zhuǎn)矩命令,上位機(jī)對驅(qū)動(dòng)器發(fā)出的是模擬量(電壓)信號,范圍為+10V~-10V,正電壓控制電機(jī)正轉(zhuǎn),負(fù)電壓控制電機(jī)反轉(zhuǎn),電壓值的大小決定電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩。電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角由上位機(jī)控制。

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