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              直流和交流伺服驅動器工作原理一樣嗎?

              2018-10-07 17:48 技術知識

               

                       直流伺服驅動器和交流伺服驅動器工作原理一樣嗎?那天突然有個客戶問了我這個問題。簡單地說:伺服驅動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。
               
                       對于這個,我們需要從伺服驅動器的工作原理及控制方式深入探討。
               
                       伺服驅動器工作原理:主要是根據伺服控制器送的指令(P,V,T)工作。同步電機并非完全同步于旋轉磁場,驅動器必須進行修正工作,使電機工作穩定不失步。所以驅動電機正確跟隨控制指令工作是伺服驅動器的主要工作任務。以下采用通用伺服電機系統P command (位置伺服)為例,說明伺服驅動器的基本原理及各項必要的參數。因為位置伺服驅動器具備完整的驅動器元件。
              伺服驅動器工作原理
              直流和交流伺服驅動器工作原理圖
              位置伺服驅動器內部包含:位置控制單元、速度控制單元和驅動單元。驅動器與伺服馬達之間為閉環控制系統,驅動器由編碼器送回數據進行控制修正工作各廠家伺服電機驅動器的軟硬件設計均有差異,如編碼器為通稱,也有使用角傳感器的,但基本控制結構及原理是相同的。指令脈沖經過伺服驅動器內電子齒輪增減頻率。
               
              直流伺服驅動器
              直流伺服驅動器
               
                      一般伺服驅動器都有三種控制方式:位置控制方式、轉矩控制方式、速度控制方式。
               
                      1、位置控制:位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉動速度的大小,通過脈沖的個數來確定轉動的角度,也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值,由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制,所以一般應用于定位裝置。
               
                     準確的說是伺服驅動器對電機的轉速、轉角和轉矩均于控制,上位機對驅動器發脈沖串進行轉速與轉角的控制,輸入的脈沖頻率控制電機的轉速,輸入的脈沖個數控制電機旋轉的角度。
               
                     2、轉矩控制:轉矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小,可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小,也可通過通訊方式改變對應的地址的數值來實現。
               
                      詳細的說是伺服驅動器僅對電機的轉矩進行控制,電機輸出的轉矩不在隨負載變,只聽從于輸入的轉矩命令,上位機對驅動器發出的是模擬量(電壓)信號,范圍為+10V~-10V,正電壓控制電機正轉,負電壓控制電機反轉,電壓值的大小決定電機輸出的轉矩。電機的轉速與轉角由上位機控制。
               
                      3、速度模式:通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉動速度的控制,在有上位控制裝置的外環PID控制時速度模式也可以進行定位,但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環檢測位置信號,此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉速,位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了,這樣的優點在于可以減少中間傳動過程中的誤差,增加了整個系統的定位精度。(如:電機的轉角由CNC取驅動器反饋的A、B、Z編碼器信號進行控制,CNC對驅動器發出的是模擬量(電壓)信號,范圍為+10V~-10V,正電壓控制電機正轉,負電壓控制電機反轉,電壓值的大小決定電機的轉數)。
               
                      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,在主回路中還加入了軟啟動電路,以減小啟動過程對驅動器的沖擊。
              Jarrett交流伺服驅動器
                       在用伺服驅動器(無論是直流還是交流伺服驅動器)的時候需要注意以上三個問題:
               
                      ■如果對電機的速度、位置都沒有要求,只要輸出一個恒轉矩,當然是用轉矩模式。
               
                      ■ 如果對位置和速度有一定的精度要求,而對實時轉矩不是很關心,用轉矩模式不太方便,用速度或位置模式比較好。
               
                      ■ 如果上位控制器有比較好的閉環控制功能,用速度控制效果會好一點,如果本身要求不是很高,或者基本沒有實時性的要求,采用位置控制方式。
               
                      通過以上分析,我們得出的答案是:直流伺服驅動器和交流伺服驅動器工作原理是一樣的。
               
                      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。
               

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