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一文詳解伺服驅動器的各項知識

作者:機器人在線 |time:2019-10-21

 

一、什么是伺服驅動器?

       伺服驅動器(SERVO DRIVES)又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”,是用來控制伺服電機的一種控制器,其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達,屬于伺服系統的一部分,主要應用于高精度的定位系統。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進行控制,實現高精度的傳動系統定位,目前是傳動技術的高端產品。

       伺服驅動器是現代運動控制的重要組成部分,被廣泛應用于工業機器人及數控加工中心等自動化設備中。尤其是應用于控制交流永磁同步電機的伺服驅動器已經成為國內外研究熱點。當前交流伺服驅動器設計中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環控制算法。該算法中速度閉環設計合理與否,對于整個伺服控制系統,特別是速度控制性能的發揮起到關鍵作用 。

       在伺服驅動器速度閉環中,電機轉子實時速度測量精度對于改善速度環的轉速控制動靜態特性至關重要。為尋求測量精度與系統成本的平衡,一般采用增量式光電編碼器作為測速傳感器,與其對應的常用測速方法為M/T測速法。M/T測速法雖然具有一定的測量精度和較寬的測量范圍,但這種方法有其固有的缺陷,主要包括:

(1)測速周期內必須檢測到至少一個完整的碼盤脈沖,限制了最低可測轉速;

(2)用于測速的2個控制系統定時器開關難以嚴格保持同步,在速度變化較大的測量場合中無法保證測速精度。因此應用該測速法的傳統速度環設計方案難以提高伺服驅動器速度跟隨與控制性能 。

 

二、伺服驅動器的工作原理

       目前主流的伺服驅動器均采用數字信號處理器(DSP)作為控制核心,可以實現比較復雜的控制算法,實現數字化、網絡化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設計的驅動電路,IPM內部集成了驅動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主回路中還加入軟啟動電路,以減小啟動過程對驅動器的沖擊。

       功率驅動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行整流,得到相應的直流電。經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動三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元(AC-DC)主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。

       隨著伺服系統的大規模應用,伺服驅動器使用、伺服驅動器調試、伺服驅動器維修都是伺服驅動器在當今比較重要的技術課題,越來越多工控技術服務商對伺服驅動器進行了技術深層次研究。

       伺服驅動器是現代運動控制的重要組成部分,被廣泛應用于工業機器人及數控加工中心等自動化設備中。尤其是應用于控制交流永磁同步電機的伺服驅動器已經成為國內外研究熱點。當前交流伺服驅動器設計中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環控制算法。該算法中速度閉環設計合理與否,對于整個伺服控制系統,特別是速度控制性能的發揮起到關鍵作用。

 

三、伺服進給系統的基本要求

       伺服進給系統的要求:

       1、調速范圍寬

       2、定位精度高

       3、有足夠的傳動剛性和高的速度穩定性

       4、快速響應,無超調

       為了保證生產率和加工質量,除了要求有較高的定位精度外,還要求有良好的快速響應特性,即要求跟蹤指令信號的響應要快,因為數控系統在啟動、制動時,要求加、減加速度足夠大,縮短進給系統的過渡過程時間,減小輪廓過渡誤差。