伺服電機(jī)工作原理-供參考

1、伺服電機(jī)的工作原理圖 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E4%BC%BA%E6%9C%8D%E7%94%B5%E6%9C%BA&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E4%BC%BA%E6%9C%8D&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 伺服電機(jī)工作原理伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E6%B0%B8%E7%A3%81%E9%93%81&ch=w.sea

2、rch.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 永磁鐵， HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E9%A9%B1%E5%8A%A8%E5%99%A8&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E4%B8%89%E7%9B%B8%E7%94%B5&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 三相電形成 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%

3、E7%94%B5%E7%A3%81%E5%9C%BA&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 電 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E7%A3%81%E5%9C%BA&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E7%BC%96%E7%A0%81%E5%99%A8&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blan

4、k 編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。1、永磁交流 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E4%BC%BA%E6%9C%8D%E7%B3%BB%E7%BB%9F&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 伺服系統(tǒng)具有以下等優(yōu)點(diǎn)：（1）電動(dòng)機(jī)無電刷和 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E6%8D%A2%E5%90%91%E5%99%A8&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 換向器，工作可靠，維護(hù)和

5、保養(yǎng)簡單；（2）定子繞組散熱快；(3)慣量小，易提高系統(tǒng)的快速性；（4）適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)；（5）相同功率下，體積和重量較小，廣泛的應(yīng)用于機(jī)床、 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E6%9C%BA%E6%A2%B0%E8%AE%BE%E5%A4%87&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 機(jī)械設(shè)備、搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E5%8D%B0%E5%88%B7%E8%AE%BE%E5%A4%87&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjl

6、ink t _blank 印刷設(shè)備、裝配機(jī)器人、加工機(jī)械、高速卷繞機(jī)、 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E7%BA%BA%E7%BB%87%E6%9C%BA%E6%A2%B0&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 紡織機(jī)械等場合，滿足了傳動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展需求。永磁交流伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器經(jīng)歷了模擬式、模式混合式的發(fā)展后，目前已經(jīng)進(jìn)入了全數(shù)字的時(shí)代。全數(shù)字 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E4%BC%BA%E6%9C%8D%E9%A9%B1%E5%8A%A8%E5%99%A8&ch=w.search

7、.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 伺服驅(qū)動(dòng)器不僅克服了模擬式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等確定，還充分發(fā)揮了數(shù)字控制在控制精度上的優(yōu)勢和控制方法的靈活，使伺服驅(qū)動(dòng)器不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且性能更加的可靠?，F(xiàn)在，高性能的伺服系統(tǒng)，大多數(shù)采用永磁交流伺服系統(tǒng)其中包括永磁同步交流 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E4%BC%BA%E6%9C%8D%E7%94%B5%E5%8A%A8%E6%9C%BA&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 伺服電動(dòng)機(jī)和全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)器

8、兩部分。伺服驅(qū)動(dòng)器有兩部分組成：驅(qū)動(dòng)器硬件和控制算法?？刂扑惴ㄊ菦Q定交流伺服系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵技術(shù)之一，是國外交流伺服技術(shù)封鎖的主要部分，也是在技術(shù)壟斷的核心。2、交流永磁伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)器主要有伺服控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、通訊接口單元、伺服電動(dòng)機(jī)及相應(yīng)的反饋檢測器件組成，其結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。其中伺服控制單元包括位置控制器、速度控制器、轉(zhuǎn)矩和電流控制器等等。我們的交流永磁同步驅(qū)動(dòng)器其集先進(jìn)的控制技術(shù)和控制策略為一體，使其非常適用于高精度、高性能要求的伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，還體現(xiàn)了強(qiáng)大的智能化、柔性化是傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所不可比擬的。目前主流的伺服驅(qū)動(dòng)器均采用 HYPERLINK /

9、z/Search.e?sp=S%E6%95%B0%E5%AD%97%E4%BF%A1%E5%8F%B7&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為控制核心，其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，事項(xiàng)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 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E8%BF%87%E7%94%B5%E5%8E%8B&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _

10、blank 過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E4%BF%9D%E6%8A%A4%E7%94%B5%E8%B7%AF&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 保護(hù)電路,在主回路中還加入 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E8%BD%AF%E5%90%AF%E5%8A%A8&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。圖1 交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)伺服驅(qū)動(dòng)器大體

11、可以劃分為功能比較獨(dú)立的功率板和 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E6%8E%A7%E5%88%B6%E6%9D%BF&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 控制板兩個(gè)模塊。如圖2所示功率板（驅(qū)動(dòng)板）是強(qiáng)電部，分其中包括兩個(gè)單元，一是功率驅(qū)動(dòng)單元IPM用于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，二是 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E5%BC%80%E5%85%B3%E7%94%B5%E6%BA%90&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 開關(guān)電源單元為整

12、個(gè)系統(tǒng)提供數(shù)字和模擬電源?？刂瓢迨侨蹼姴糠?，是電機(jī)的控制核心也是伺服驅(qū)動(dòng)器技術(shù)核心控制算法的運(yùn)行載體?？刂瓢逋ㄟ^相應(yīng)的算法輸出PWM信號(hào)，作為驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，來改 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E9%80%86%E5%8F%98%E5%99%A8&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 逆變器的 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E8%BE%93%E5%87%BA%E5%8A%9F%E7%8E%87&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _

13、blank 輸出功率，以達(dá)到控制三相永磁式同步交流伺服電機(jī)的目的。3、功率驅(qū)動(dòng)單元功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過三相全橋 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E6%95%B4%E6%B5%81%E7%94%B5%E8%B7%AF&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E7%9B%B4%E6%B5%81%E7%94%B5&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 直

14、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?。逆變部分（DC-AC）采用采用的功率器件集驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路和功率開關(guān)于一體的智能功率模塊(IPM)，主要 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E6%8B%93%E6%89%91%E7%BB%93%E6%9E%84&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是采用了三相橋式 HYPERLIN

15、K /z/Search.e?sp=S%E7%94%B5%E8%B7%AF%E5%8E%9F%E7%90%86&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 電路原理圖見圖3，利用了脈寬調(diào)制技術(shù)即PWM(Pulse Width Modulation)通過改變功率 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E6%99%B6%E4%BD%93%E7%AE%A1&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 晶體管交替導(dǎo)通的時(shí)間來改變逆變器輸出波形的頻率,改變每半周期內(nèi)晶體管的通斷時(shí)

16、間比,也就是說通過改變脈沖寬度來改變逆變器輸出電壓副值的大小以達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的。4、控制單元控制單元是整個(gè)交流伺服系統(tǒng)的核心,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩和電流控制器。所采用的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)除具有快速的 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E6%95%B0%E6%8D%AE%E5%A4%84%E7%90%86&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 數(shù)據(jù)處理能力外，還集成了豐富的用于電機(jī)控制的專用 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E9%9B%86%E6%88%90%E7%94%B

17、5%E8%B7%AF&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 集成電路，如A/D轉(zhuǎn)換器、PWM發(fā)生器、定時(shí) HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E8%AE%A1%E6%95%B0%E5%99%A8&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 計(jì)數(shù)器電路、異步通訊電路、CAN總線收發(fā)器以及高速的可編程靜態(tài)RAM和大容量的程序 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E5%AD%98%E5%82%A8%E5%99%A8&ch=w.search.yjjl

18、ink&cid=w.search.yjjlink t _blank 存儲(chǔ)器等。伺服驅(qū)動(dòng)器通過采用磁場定向的控制原理( FOC) 和坐標(biāo)變換,實(shí)現(xiàn)矢量控制(VC) ,同時(shí)結(jié)合 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E6%AD%A3%E5%BC%A6%E6%B3%A2&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)控制模式對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制 。永磁 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E5%90%8C%E6%AD%A5%E7%94%B5%E5%8A%A8%E6%9C%BA&ch=w.sea

19、rch.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制一般通過檢測或估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁通的位置及幅值來控制定子電流或電壓，這樣，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩便只和磁通、電流有關(guān)，與 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E7%9B%B4%E6%B5%81%E7%94%B5%E6%9C%BA&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 直流電機(jī)的控制方法相似，可以得到很高的控制性能。對(duì)于永磁 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E5%90%8C%E6%AD%A5%E7%94%B5

20、%E6%9C%BA&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 同步電機(jī)，轉(zhuǎn)子磁通位置與轉(zhuǎn)子機(jī)械位置相同，這樣通過檢測轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置就可以得知電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁通位置，從而使永磁同步電機(jī)的矢量控制比起異步電機(jī)的矢量控制有所簡化。伺服驅(qū)動(dòng)器控制交流永磁伺服電機(jī)( PMSM)伺服驅(qū)動(dòng)器在控制交流永磁伺服電機(jī)時(shí),可分別工作在電流(轉(zhuǎn)矩) 、速度、位置控制方式下。系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示由于交流永磁伺服電機(jī)(PMSM) 采用的是永久磁鐵勵(lì)磁,其磁場可以視為是恒定;同時(shí)交流永磁伺服電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速就是同步轉(zhuǎn)速,即其轉(zhuǎn)差為零。這些條件使得交流伺服驅(qū)動(dòng)器在驅(qū)動(dòng)交流永磁伺服電機(jī)時(shí)的 HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E6%95%B0%E5%AD%A6%E6%A8%A1%E5%9E%8B&ch=w.search.yjjlink&cid=w.search.yjjlink t _blank 數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜程度得以大大的降低。從圖4可以看出,系統(tǒng)是基于測量電機(jī)的兩相電流反饋和電機(jī)位置。將測得的相電流結(jié)合位置信息,經(jīng)坐標(biāo)變化(從a ,b ,c HYPERLINK /z/Search.e?sp=S%E5%9D%90%E6%A0%87%E