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快速了解伺服驱动器的工作原理

　　伺服驱动器均采用数字信号处理器(dsp)作为控制-，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化;功率器件普遍采用以智能功率模块(ipm)为-设计的驱动电路，ipm内部集成了驱动电路，同时具有过.日弘忠信-日本松下齿轮马达、松下伺服马达、松下电工产品、富士伺服电机、富士触摸屏、sk精密行星减速机、新宝伺服减速机，同时经销台达、三菱、安川的工业自动化产品。..文本标签：伺服电机 伺服驱动器　　伺服驱动器均采用数字信号处理器(dsp)作为控制-，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化;功率器件普遍采用以智能功率模块(ipm)为-设计的驱动电路，ipm内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入了软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。

　　下面本文就为大家介绍一下伺服驱动器的工作原理。

　　伺服驱动器工作原理：

　　首先功率驱动单元通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦pwm电压型逆变器变频来驱动交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是ac-dc-ac的过程，整流单元(ac-dc)主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。通过上位控制器发送的脉冲序列来控制速度和位置(当然也有些伺服内部集成了控制单元或通过总线通讯的方式直接将位置和速度等参数设定在驱动器里)，驱动器内部的算法和更快更的计算以及性能-良的电子器件使之更-于变频器。

　　伺服驱动器一般都有三种控制方式：

　　位置控制方式、转矩控制方式、速度控制方式。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。当然目前由于伺服驱动器和运动控制器的-，用脉冲方式控制深圳松下伺服电机也有一些性能方面的弱点。

　　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，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手里有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如绕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-材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。3、在更换伺服电机齿轮时，用户必须使用陶瓷系润滑油，不要使用矿物系润滑油，以免造成塑胶齿轮变质，容易断裂。

　　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。伺服电机的应用越来越广泛，虽然越来越好，但如果日常使用中不注意维护与保养，再好的产品也经不起折腾。

　　1)如果对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，用转矩模式。

　　2) 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，用速度或位置模式比较好。

　　3) 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，如果本身要求不是-，或者基本没有实时性的要求，采用位置控制方式。伺服进给系统的要求

　　pid控制器：

　　1pid控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元p、积分单元i和微分单元d组成。

　　2pid控制的基础是比例控制;

　　积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调;微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。

　　伺服驱动器简单地说，就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，主要应用于的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现的传动系统定位，目前是传动技术的产品。

松下伺服电机的几个小常识

1、松下伺服电机选型的问题，究竟什么时候选择低惯量，什么时候选择中惯量？

答：通常情况下，为了满足伺服系统的高响应性，一般松下伺服电机都是选用小惯量的电机，又因为松下伺服电机的额定输出力矩或额定输出功率越大一般其转子转动惯量也越大，所以单纯讨论电机转动惯量的大小是没有意义的，真正应该讨论的是松下伺服电机的额定输出力矩与松下伺服电机的转动惯量的比值，或者说同样额定输出力矩同样额定输出功率的电机的转动惯量的大小。松下伺服电机一般选择小惯量的松下伺服电机以满足较高的动态响应。当然根据松下伺服电机的具体应用环境，也可以选择中惯量，高惯量的松下伺服电机，比如松下伺服电机作为主轴，对于快速响应的要求不那么高的时候，但对速度控制要求非常确，并且经常要求运行在低速低频状态下，还要求能够有编码器信号输出的时候。而这个时候变频器却不能胜任。伺服电机虽然拥有-的防护等级，可以用在多尘、潮湿或油滴侵袭的场所，但并不意味着你就能把它浸在水里工作，应尽量将其置于相对干净的环境中。

2、松下伺服电机飞车的问题？

答：松下伺服电机飞车这种现象比较常见，也的确非常危险，关于松下伺服电机飞车的问题主要是四个方面的经验。是因为外界干扰引起的松下伺服电机高速运转，这种情况都是伺服驱动器为位置脉冲控制方式，主要因为外部接线问题如接屏蔽，接地等等和驱动器内部的位置指令滤波参数设置问题而引起，这样的情况在绣花机，弹簧机上经常碰到，这种情况姑且也称为飞车。第二是松下伺服电机的编码器零偏encoder offset而引起的飞车，究其实质是编码器零位错误导致的飞车。第三是伺服驱动器进行全闭环控制时，位置环编码器故障导致的飞车。编码器损坏造成的飞车，质上是因为伺服系统没有位置反馈信号，所以伺服系统的位置偏差是无穷大，从而位置环输出的速度指令将是无穷大，于是伺服系统将以速度-值进行高速旋转，形成飞车；五、应用不同由于变频器和伺服在性能和功能上的不同，所以应用也不大相同：1在速度控制和力矩控制的场合要求不是-的一般用变频器，也有在上位加位置反馈信号构成闭环用变频进行位置控制的，精度和响应都不高。第四种情况则是位置环编码器的接线错误，具体的就是信号a，a-的接线颠倒导致的。为什么出现这种情况呢，因为位置环编码器的接线一般是a，a-，b，b-，如果a，a-或b，b-信号接反的话，则形成正反馈，正反馈的后果就是必然导致飞车；第伍是位置偏差没有清除而导致的飞车，这种情况主要是发生在伺服驱动器位置脉冲指令控制下，并且伺服驱动器进行了力矩-，力矩-住后不能有效推动负载，导致位置偏差不断的累积，当解除力矩-后，伺服系统急于去消除该偏差，以大加速度去运行，从而导致飞车，当然这种飞车不会-，很快就会报警驱动器故障。

3、为什么松下伺服驱动器加上使能后，所连接的松下伺服电机的轴用手不能转动？

答：以伺服驱动器处于位置控制方式为例。运用自动控制的基本原理就可以进行解释。因为伺服驱动器加上使能后，整个闭环系统就开始工作了，但这个时候松下伺服系统的给定却为零，假定伺服驱动器处于位置控制方式的话，那么位置脉冲指令给定则为零，如果用手去转动电机轴的话，相当于外部扰动而产生了一个小的位置反馈，因为这个时候的位置脉冲指令给定为零，所以就产生了一个负的位置偏差值，然后该偏差值与伺服系统的位置环增益的乘积就形成了速度指令给定信号，然后速度指令给定信号与内部的电流环输出了力矩，这个力矩就带动电机运转试图来消除这个位置偏差，所以当人试图去转动电机轴的时候就感觉转动不了。松下伺服在自动增益调整时运动范围小电机正转两圈反转两圈运动速度低约100rpm，所以在磨床等运动行程非常有限的场合运用时非常安全-。

4、松下伺服驱动器制动电阻选择的问题？

答：制动电阻的问题，这是个大问题。当然从工程的角度来讲，因为有些东西无法准确的计算，为安全起见，对于频繁启动停止，频繁正反转的场合，可以简单的用能量守恒原理来进行计算。而对于制动电阻的阻值选择的一般规律是制动电阻的阻值不能够太大，也不能够太小，而是有一个范围的。如果阻值太大的话，简单点说，假如是无穷大的话，相当于制动电阻断开，制动电阻不起制动的作用，伺服驱动器还是会报警过电压；如果阻值太小的话，则制动的时候通过该电阻的电流就将非常大，流过制动功率管的电流也会非常大，会将制动功率管烧毁，而制动功率管的额定电流一般是等同于驱动管的，所以制动电阻的小值是不应当低于710/伺服驱动器的额定电流的假定伺服驱动器是三相380v电压输入。另外制动电阻分为两种：铝合金制动电阻和波纹制动电阻。当然网上资料说两种制动电阻各有优劣，但是我想对于一般的工程应用应该是都可以的。另外对于变频器的制动电阻的选择原理上与伺服驱动器是相似的。当径向电磁力波与定子的固有频率接近时，就会惹起共振，使振动与噪声大大加强，甚至危及直流伺服电机的使用寿命。

5、松下伺服驱动器电子齿轮比的设置的问题？

答：这里首先要区分伺服的控制方式，当然这里假定伺服是以接受脉冲的方式来控制的伺服如果以总线的方式来控制的话，伺服驱动器就不用设置电子齿轮比了，但是在上位系统中却会有另外一个东西需要设置，这个东西就是脉冲当量，本质上和伺服驱动器的电子齿轮比是一回事，然后还有伺服是位置控制方式还是速度控制方式或力矩控制方式的问题，如果伺服是速度控制方式或力矩控制方式的话，显然电子齿轮比的设置就失去了意义。也就是说电子齿轮比的设置仅在位置控制方式的时候才有效。还有个问题就是伺服是作为直线轴还是作为旋转轴来使用。对于绣花机来说，x轴，y轴，m轴，sp轴都是直线轴，因为大豪上位认为是1000个脉冲为一转，所以对于这些轴的电子齿轮比的设置实际上是机械减速比与8的乘积，而对于d轴，h轴来说，则是旋转轴，大豪上位认为8000个脉冲对应360度，所以电子齿轮比设置为8000/360=200/9。对于弹簧机各轴来说，其实也存在直线轴和旋转轴的问题，比如凸轮轴，螺距轴，切刀轴就是旋转轴，而送线轴则是直线轴，不过实际上在伺服驱动器里电子齿轮比一般设置为1/1，而将电子齿轮比的功能的设置放在弹簧机上位上进行，当然在弹簧机上位里换了个叫法，叫着解析度，解析度分子的计算，旋转轴凸轮轴，螺距轴，切刀轴=360乘以100，直线轴送线轴=圆周率乘以直径乘以100；解析度分母的计算：伺服马达编码器的分辨率*信号倍率*齿轮比。3、为什么松下伺服驱动器加上使能后，所连接的松下伺服电机的轴用手不能转动。

松下伺服马达无“自转”现象和快速响应的性能

     为了使松下伺服马达具有比较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。下面我们一起来看下伺服马达速度和位置模式有什么区别呢?

    伺服马达速度：

    1.如果您对伺服马达的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。

    2.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，用速度或位置模式比较好。

    3.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。如果本身要求不是-，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-的要求。

    伺服马达位置模式：

    就松下伺服马达的响应速度来看，转矩模式运算量小，伺服马达驱动器对控制信号的响应快。位置模式运算量大，驱动器对控制信号的响应慢。

    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。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。

    2、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伺服马达轴对外的输出转矩的大小，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。

    伺服马达是一个典型闭环反馈系统，减速齿轮组由电机驱动，其终端带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服马达准确定位的目的。其次是气隙磁场的切向重量，它与电磁转矩相反，使铁芯齿部分变形振动。