伺服驅(qū)動系統(tǒng)(servosystem)簡稱伺服系統(tǒng),是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng),例如數(shù)控機(jī)床等。使用在伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動電機(jī)要求具有響應(yīng)速度快、定位準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)動慣量(使用在機(jī)電系統(tǒng)中的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量較大,為了能夠和絲杠等機(jī)械部件直接相連。伺服電機(jī)有一種專門的小慣量電機(jī),為了得到極高的響應(yīng)速度。但這類電機(jī)的過載能力低,當(dāng)使用在進(jìn)給伺服系統(tǒng)中時,必須加減速裝置。轉(zhuǎn)動慣量反映了系統(tǒng)的加速度特性,在選擇伺服電機(jī)時,系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量不能大于電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的3倍。)較大等特點(diǎn),這類專用的電機(jī)稱為伺服電機(jī)。當(dāng)然,其基本工作原理和普通的交直流電機(jī)沒有什么不同。該類電機(jī)的專用驅(qū)動單元稱為伺服驅(qū)動單元,有時簡稱為伺服,一般其內(nèi)部包括電流、速度和/或位置閉環(huán)。
伺服(servo)是一個性能上的名詞,一般只要主令和控制結(jié)果的近似達(dá)到了一定高的程度就能稱為伺服,這和機(jī)器的結(jié)構(gòu)沒有直接的關(guān)系。例如伺服系統(tǒng)都沒有精確的慣量匹配的范圍,這是因?yàn)閼T量匹配的結(jié)果只要不影響控制對象對主令跟隨或影響不大就好了,跟具體是3還是3.5沒有關(guān)系。伺服系統(tǒng)也不一定是電機(jī)系統(tǒng),有的氣動系統(tǒng)就稱為氣動伺服。
伺服系統(tǒng)本質(zhì)上是一種隨動系統(tǒng)。只不過被控量是位移或是其對時間的導(dǎo)數(shù)。如果要問什么是隨動系統(tǒng),就是一個系統(tǒng)的輸出盡可能以最快,最精確的方式復(fù)現(xiàn)輸入信號。其衡量的指標(biāo)有超調(diào)量、延遲。
伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化的自動控制系統(tǒng)。伺服的主要任務(wù)是按控制命令的要求、對功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理,使驅(qū)動裝置輸出的力矩、速度和位置控制的非常靈活方便。
伺服電機(jī)工作原理:伺服電機(jī)又稱執(zhí)行電動機(jī),在自動控制系統(tǒng)中,用作執(zhí)行元件,把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。其主要特點(diǎn)是,當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象,轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。伺服電機(jī)是一個典型閉環(huán)反饋系統(tǒng),減速齒輪組由電機(jī)驅(qū)動,其終端(輸出端)帶動一個線性的比例電位器作位置檢測,該電位器把轉(zhuǎn)角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板,控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號比較,產(chǎn)生糾正脈沖,并驅(qū)動電機(jī)正向或反向地轉(zhuǎn)動,使齒輪組的輸出位置與期望值相符,令糾正脈沖趨于為0,從而達(dá)到使伺服電機(jī)精確定位的目的。伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵,驅(qū)動器控制的u/v/w三相電形成電磁場,轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動,同時電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器,驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較,調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度(線數(shù))。
交流伺服電動機(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動機(jī)相似.其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組,一個是勵磁繞組rf,它始終接在交流電壓uf上;另一個是控制繞組l,聯(lián)接控制信號電壓uc。所以交流伺服電動機(jī)又稱兩個伺服電動機(jī)。
交流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式,但為了使伺服電動機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性,無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能,它與普通電動機(jī)相比,應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動慣量小這兩個特點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式:一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子,為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量,轉(zhuǎn)子做得細(xì)長;另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子,杯壁很薄,僅0.2-0.3mm,為了減小磁路的磁阻,要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子.空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很小,反應(yīng)迅速,而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),因此被廣泛采用。
交流伺服電動機(jī)在沒有控制電壓時,定子內(nèi)只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動磁場,轉(zhuǎn)子靜止不動。當(dāng)有控制電壓時,定子內(nèi)便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場,轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn),在負(fù)載恒定的情況下,電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化,當(dāng)控制電壓的相位相反時,伺服電動機(jī)將反轉(zhuǎn)。
下面就關(guān)于伺服電機(jī)的相關(guān)問題作出了整理,希望在今后的工作中能帶來幫助.
1.伺服電機(jī)為什么不會丟步?
伺服電機(jī)驅(qū)動器接收電機(jī)編碼器的反饋信號,并和指令脈沖進(jìn)行比較,從而構(gòu)成了一個位置的半閉環(huán)控制。所以伺服電機(jī)不會出現(xiàn)丟步現(xiàn)象,每一個指令脈沖都可以得到可靠響應(yīng)。
2.對伺服電機(jī)進(jìn)行機(jī)械安裝時,應(yīng)特別注意什么?
由于每臺伺服電機(jī)后端部都安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器,它是一個十分易碎的精密光學(xué)器件,過大的沖擊力肯定會使其損壞。
3.如何調(diào)節(jié)伺服電機(jī),調(diào)節(jié)伺服電機(jī)有幾種方式?
答:使用圖像化軟件對電機(jī)的pid參數(shù)、電機(jī)參數(shù)、電子齒輪比等進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4.我們想用伺服電機(jī)替換產(chǎn)品中的步進(jìn)電機(jī),應(yīng)注意哪些問題?
a.為了保證控制系統(tǒng)改變不大,應(yīng)選用數(shù)字式伺服系統(tǒng),仍可采用原來的脈沖控制方式;
b.由于伺服電機(jī)都有一定過載能力,所以在選擇伺服電機(jī)時,經(jīng)驗(yàn)上可以按照所使用的步進(jìn)電機(jī)輸出扭矩的1/3來參考確定伺服電機(jī)的額定扭矩;
c.伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速比步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速要高的多,為了充分發(fā)揮伺服電機(jī)的性能,最好增加減速裝置,讓伺服電機(jī)工作在接近額定轉(zhuǎn)速下,這樣也可以選擇功率更小的電機(jī),以降低成本。
5.用脈沖方式控制伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)?
一可靠性高,不易發(fā)生飛車事故。用模擬電壓方式控制伺服電機(jī)時,如果出現(xiàn)接線接錯或使用中元件損壞等問題時,有可能使控制電壓升至正的最大值。這種情況是很危險的。如果用脈沖作為控制信號就不會出現(xiàn)這種問題。
二 信號抗干擾性能好。數(shù)字電路抗干擾性能是模擬電路難以比擬的。
當(dāng)然目前由于伺服驅(qū)動器和運(yùn)動控制器的限制,用脈沖方式控制伺服電機(jī)也有一些性能方面的弱點(diǎn)。一是伺服驅(qū)動器的脈沖工作方式脫離不了位置工作方式,二是運(yùn)動控制器和驅(qū)動器如何用足夠高的脈沖信號傳遞信息。
這兩個根本的弱點(diǎn)使脈沖控制伺服電機(jī)有很大限制。
(1)控制的靈活性大大下降。這是因?yàn)樗欧?qū)動器工作在位置方式下,位置環(huán)在伺服驅(qū)動器內(nèi)部。這樣系統(tǒng)的pid參數(shù)修改起來很不方便。當(dāng)用戶要求比較高的控制性能時實(shí)現(xiàn)起來會很困難。從控制的角度來看,這只是一種很低級的控制策略。如果控制程序不利用編碼器反饋信號,事實(shí)上成了一種開環(huán)控制。如果利用反饋控制,整個系統(tǒng)存在兩個位置環(huán),控制器很難設(shè)計。在實(shí)際中,常常不用反饋控制,但不定時的讀取反饋進(jìn)行參考。這樣的一個開環(huán)系統(tǒng),如果運(yùn)動控制器和伺服驅(qū)動器之間的信號通道上產(chǎn)生干擾,系統(tǒng)是不能克服的。
(2)控制的快速性速度不高。
6.如何根據(jù)客戶的要求為客戶選配伺服電機(jī)和減速機(jī),所選的方案應(yīng)為最佳。
答:根據(jù)功率選取減速機(jī),選出合適的減速機(jī)尺寸,在根據(jù)減速機(jī)選擇合適的伺服電機(jī),一定要注意速度的選取。
7.伺服電機(jī)通電以前應(yīng)做哪些檢查工作?
答:檢查電機(jī)與驅(qū)動器的連線,連線不能虛連,線不能接錯。
8.控制伺服時,給信號時,伺服電機(jī)不轉(zhuǎn),振動?
答:u,v,w三相接錯。
伺服,顧名思義,就是伺候服務(wù),別人叫干什么就干什么,干的越好就伺服水平就越高,在控制領(lǐng)域也一樣,執(zhí)行輸入信號越快越真實(shí),其伺服控制系統(tǒng)的水平也越高。