关于伺服驱动器的相关知识讲解说明

2020-11-26 14:28


和付驱动器是一种用于控制伺服电机的控制器,又称“伺服控制器”和“伺服放大器”,主要用于高精度定位系统。伺服驱动器一般通过位置、速度、扭矩三种方式控制伺服电机,从而实现传动系统的高精度定位。目前,伺服驱动器是传动技术的高端产品。伺服驱动器一般采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心,可以实现复杂的控制算法、数字化、网络化和智能化。功率器件一般采用智能功率模块(IPM)作为核心设计驱动电路。IPM集成了驱动电路,具有过压、过流、过热、欠压等故障检测和保护电路。主电路中还增加了软启动电路,以减少启动时对驱动器的影响。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电力或市电进行整流,得到相应的直流电。三相永磁同步交流伺服电机经三相电力或市电整流后,由三相正弦脉宽调制电压源逆变器变频驱动。动力驱动单元的整个过程可以简单的说是一个交流-DC-交流的过程。交流DC的主拓扑电路是一个三相全桥无控整流电路。1.伺服进给系统的要求(1)调速范围宽,定位精度高,传动刚性足,速度稳定性高。(2)响应快,无超调。为了保证生产率和加工质量,不仅需要高的定位精度,而且需要良好的快速响应特性,即需要跟踪命令信号的快速响应,因为在启动和制动数控系统时,要求加减速足够大,以缩短进给系统的过渡过程时间,减少轮廓过渡误差。棉,低速,大变短变,过载能力强。一般来说,伺服驱动器在几分钟甚至30分钟内有1.5倍以上的过载能力,可以在短时间内过载4-6次而不损坏。(4)可靠性高。要求数控机床进给驱动系统可靠性高、工作稳定性好、对温度、湿度和振动环境的适应性强、抗干扰能力强。


2.对电机的要求(1)电机能从最低转速平稳运行到最高转速,转矩波动要小,特别是低速时,比如0.1r/min,我更低的时候,还是有稳定的转速,不爬行。(2)电机应长期具有大过载能力,以满足低速大扭矩的要求。一般要求DC伺服电机在几分钟内过载4~6次而不损坏。(3)为了满足快速响应的要求,电机应具有小的转动惯量和大的堵转转矩,并具有尽可能小的时间常数和启动电压。(4)电机应能承受频繁启动、制动和反转。


3.伺服放大器的三种控制模式(1)转矩控制。通过外部模拟量输入或直接地址分配向外设置电机轴的输出转矩,主要用于需要严格控制转矩的情况,属于电流环控制。2)速度控制。通过输入模拟量或脉冲频率来控制转速属于速度环控制。(3)位置控制。它是伺服中最常用的控制。位置控制方式一般是通过外部输入脉冲的频率来决定转速,通过脉冲的个数来决定旋转角度,所以一般应用于定位装置。


4.伺服可以根据定位指令装置输出的脉冲串控制工件的定位,同时还具有锁定伺服电机的功能。当跑偏计数器的输出为零时,如果有外力使伺服电机转动,编码器会将防欠脉冲输入到跑偏计数器中,跑偏计数器会发出速度指令,转动校正电机使其处于保持脉冲为零的位置。停留在固定位置的功能叫做伺服锁定。此外,伺服还可以调节适合机械负载的位置环增益和速度环增益。


例如额定转速为3000r/min的电机在调速时,模拟信号的速度指令进入速度计算器,使电机M开始运转。电机M运转后,编码器E旋转,发出脉冲反馈。脉冲反馈通过f/v转换成相应的模拟信号,并进入伺服驱动器。将反馈值与给定值进行比较后,


相比之下,当偏差为0时,电机以3000转/分的速度运行



偏差为0时的操作图

当反馈值与给定值比较,偏差为2V时,意味着电机以2400r/min的速度运行。此时,系统会通过电流回路输出控制电流,使差值变为零。



偏差为2V时的操作示意图

5.脉冲当量和电子传动比设置(1)脉冲当量。机床运动部件相对于每个脉冲信号的位移称为脉冲当量,也称为最小设定单位。脉冲增量插值是笔画标量插值,每次插值结束时产生一个笔画增量,由脉冲绘制。这种插补算法主要用于开环数控系统中,在插补器中


在计算过程中,协调的进给脉冲连续发送到各个坐标轴,驱动电机运动。一个脉冲产生的坐标轴运动量称为脉冲当量。脉冲当量是脉冲分布的基本单位,根据机床设计的加工精度来选择。一般普通精密机床脉冲当量为0.01mm,更精密机床为0.001mm或0.005mm。在采用脉冲增量插补算法的数控系统中,进轴速度主要受插补程序运行时间的限制,一般为1~3m/min。脉冲增量插值主要包括逐点比较法、数据积分法和线性函数法。脉冲当量影响数控机床的加工精度,其值越小,加工精度越高。(2)机械减速比。机械减速比(m/n)是减速器的输入速度与输出速度之比,也等于从动齿轮齿数与主动齿轮齿数之比。机械减速比是数控机床上电机轴转速与螺杆转速的比值。(3)电子档与电子档的比值。电子传动比是将伺服接收到的脉冲频率放大或缩小到上位机,其中一个是分子,另一个是分母。分子大于分母就放大,分子小于分母就缩小。比如输入频率为100Hz,电子传动比的分子设为1,分母设为2,那么伺服的实际运行速度就按照50Hz的脉冲进行。另一方面,如果输入频率为100Hz,电子传动比的分子设为2,分母设为1,则伺服的实际运行速度按照200Hz的脉冲进行。(4)电子传动比的应用和设定。电子传动比可以任意设定对应于每个单位指令脉冲的电机的速度和位移(脉冲当量),当上位控制器的脉冲产生能力(最高输出频率)不


当足以获得所需速度时,指令脉冲可通过电子档位功能(指令脉冲倍增)N倍倍增。编码器分辨率(f)表示伺服电机轴旋转一周所需的脉冲数。先看伺服电机铭牌,再参考驱动手册确定编码器分辨率。每转脉冲数(f)表示丝杠每转所需的脉冲数。脉冲当量(P)表示数控系统(上位机)发出脉冲时,螺杆运动的直线距离或转轴的转动程度,也是数控系统能控制的最小距离。该值越小,经过各种补偿后,越容易获得更高的加工精度和表面质量。


脉冲当量的设定值决定了机床的**进给速度。当进给速度满足要求时,可以设置较小的脉冲当量。

IS620P系列高性能伺服系统.png

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