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  • 电液伺服系统校正禁忌

      电液伺服系统校正禁忌   1) 超前和滞后校正选择禁忌 在电—液伺服系统中,经常采用串联滞后校正来提高低频段增益,提高系统的精度。或者在保证系统精度的条件下,通过降低系统的中频段增益,使穿越频率减小,以保证系统的稳定性。因为对于以积分加振荡环节为主要特征的液压伺服系统来说,相位稳定裕量易于保证,赋值稳定裕量不易保证,所以不易采用以提高相位裕量为主的串联超前校正,而是采用串联滞后校正。   (2) 串联滞后校正不宜单独使用 采用串联滞后校正后,系统的响应特性并未得到改善。实际系统的频宽还要降低,并因相位裕量的减小和截至频率在工作过程中有所变化,有可能使系统变成条件稳定的系统。因此,串联滞后校正应和其他校正措施一起使用。   (3)不要忽略速度反馈校正和加速度反馈校正的区别 速度反馈校正主要是提高系统的刚度和频宽,减少速度反馈回路内所包围的元件内干扰及非线性等地影响。而加速度反馈主要是提高系统的阻尼。   4) 速度反馈校正和加速度反馈校正效果好 根据需要,速度反馈校正和加速度反馈校正可以单独使用,也可以同时使用。加速度反馈可提高系统的阻尼,速度反馈可提高系统的固有频率,但降低增益和阻尼。如果同时引入速度反馈及加速度反馈,并适当选取K1及K2值,就可使阻尼比增大而压低谐振峰值,使动态和静态性能指标全面得到改善。   (5) 动压反馈要比压力反馈效果好 采用动压反馈电液伺服阀可以提高阻尼比。如果不改变电—液伺服阀结构,而是采用压力传感器测取负载压力,并转换成电压信号,经过微分电路取出比例于的电压信号,再反馈回路包围了更多的元件,从而又提高了京都。动压反馈只在动态过程中起反馈作用。压力反馈的作用与压力反馈伺服阀一样,也是产生一个附件的压力流量系数使K。增加,从而增加阻尼比。不过外干扰力合压力信号一样也能反馈到输入端引起系统有更大的静差。显然,动压反馈要比压力反馈效果更好。

    时间:2020-09-08 关键词: 伺服系统

  • 基于DeviceNet协议的伺服系统设计

    基于DeviceNet协议的伺服系统设计

      引言   DeviceNet作为基于现场总线技术的工业标准开放网络,为简单的底层工业装置和高层如计算机、PLC等设备之间提供连接。 DeviceNet应用国际标准的控制局域网(CAN)协议,具有公开的技术规范和价廉的通信部件,使得其具有比其他现场总线低得多的开发费用。设备网采用总线供电方式,提供本质安全技术,广泛适用于各种高可靠性应用场合。   本文主要研究基于DeviceNet的伺服系统的软硬件设计。通过CAN总线、单片机和高性能电机控制器ADMC401进行数据传输与控制,使伺服电机的性能更加稳定,能更好更灵活地地应用于数控系统中。   CAN总线和DeviceNet协议的实现   CAN总线协议及特点   控制器局域网CAN为串行通信协议,能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制。CAN的应用范围很广,从高速的网络到低价位的多路配线都可以使用CAN。在汽车电子行业中,使用CAN连接发动机控制单元、传感器、防滑系统等,其传输速度可达1Mbps。同时,可以将CAN安装在卡车本体的电子控制系统里,诸如车灯组、电气车窗等,用以代替接线配线装置。由于采用了许多新技术及独特的设计,CAN总线与一般的通信总线相比,它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点概括如下[1]:   l CAN为多主方式工作,网络上任一节点可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息,而不分主从;   l 在报文标识符上,CAN上的节点分成不同的优先级,可满足不同的实时要求,优先级高的数据最快可在134us内得到传输;   l CAN采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发出信息出现冲突时,优先级较低的节点主动退出发送,而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据,从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其在网络负载很重的情况下,不会出现网络瘫痪情况(以太网则可能)。   DeviceNet协议及特点   DeviceNet是在1994年由美国的Allen Bredly公司开发的是基于CAN的一种现场总线,实现低成本高性能的工业设备的网络互连。DeviceNet协议特别为工厂自动控制而定制,它在美国和亚洲扮演了非常重要的角色。在欧洲,越来越多的系统方案使用DeviceNet来实现。   DeviceNet规范在2002年12月被国家标准化管理委员会批准为中国的国家标准,于2003年4月开始实施。DeviceNet协议适用于最低层的现场总线,例如:过程传感器、执行器、阀组、电动机起动器、条形码读取器、变频驱动器、面板显示器、操作员接口和其他控制单元的网络。可通过 DeviceNet连接的设备包括从简单的挡光板到复杂的真空泵各种半导体产品。DeviceNet也是一种串行通信链接,可以减少昂贵的硬接线。 DeviceNet所提供的直接互连性不仅改善了设备间的通信,而且同时提供了相当重要的设备级诊断功能,这是通过硬接线I/O接口很难实现的。 DeviceNet具有多种特点[2]:   l DeviceNet基于CAN技术用于PLC与现场设备之间的通信网络。它可连接开关、变频调速设备、固态过载保护装置、条形码阅读器、I/O和人机界面等,传输速率为125~500kbps;   l DeviceNet使用的通信模式是:消息产生者(Producer)和消息使用者(Consumer)。传统的通信在消息传送上采用的技术式指定数据源和目标地址。DeviceNet使用的模型更为有效,它可使控制数据同时到达控制的每一个单元,可以更有效地利用网络的频带宽度。消息产生者一次发送的数据可被多个消息使用者使用,从而更有效的传送数据;   l DeviceNet使用的通信协议为11位标识符,即所有的I/O消息都有自己的11位标识符ID,标识符ID分成四个消息组,各有不同用途ID中同时提供了多重优先权。工作时,总线上的设备监听网络上消息,当设备辨识出正确的标识符后,将接受该消息;   l DeviceNet上的每一个设备可以随时连接或断开,而不会影响其他设备的正常运行。真正的开放性使系统扩充和改型非常方便。   控制系统的构成   为了实现伺服系统的快速实时控制,系统在设计上采用了单片机+DSP双CPU结构。在设计时将系统控制任务进行了划分:DSP完成实时性要求高的伺服控制任务,FLASH结构的8位单片机89C51完成实时性要求比较低的管理任务,单片机和DSP之间的通讯采用并行数据方式,由FPGA实现。同时 FPGA还要完成外部I/O信号管理、位置脉冲指令信号处理及计数、故障信号处理等功能。伺服控制系统的结构如图1所示。由图1可以看出,系统主要有以下几部分:伺服控制中心ADMC401;外设接口FPGA+单片机89C51;主电路以及开关电源电路[3]。下面分别说明。        DeviceNet通信接口部分   本文所设计的DeviceNet接口电路中,采用AT89C51ED2作为节点的微处理器,在CAN总线通信接口中,CAN通信控制器采用SJA1000,CAN总线驱动器采用82C250。   图2为DeviceNet接口电路原理图。从图2中可以看出,电路主要由4部分构成:微控制器89C51、独立CAN通信控制器SJA1000、 CAN总线收发器82C250和高速光电耦合器6N137。微处理器89C51负责SJA1000的初始化,通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。        为了增强CAN总线节点的抗干扰能力,SJA1000的TX0和RXO并不是直接与82C250的TXD和RXD相连,而是通过高速光耦 6N137后与82C250相连,这样就很好的实现了总线上各CAN节点间的电气隔离,从而保护了系统电路以及总线的信号传输。从整体性能来说,系统设计具有很好的通用性和实用性。   微控制器AT89C51ED2用来实现通讯的应用层协议。它具有丰富的内存资源,4个8位I/O端口、3个16位定时/计数器、256字节暂存 RAM、9个中断源、4个优先级,此外还有2K EEPROM空间,系统不需要扩展外部程序存储器便可满足DeviceNet协议程序的容量要求。并且能够在&TImes;2模式(6个时钟/机器周期)下工作运行,本文中的设计即是在&TImes;2模式下。单片机通过访问SJA1000的寄存器来实现和上位机的通信。CAN控制器SJA1000的接收寄存器和发送寄存器用于暂时存放接收和发送的数据。单片机发送数据则通过设置SJA1000的命令寄存器发送命令位,接收数据是通过中断方式实现,SJA1000的INT引脚与AT89C51ED2的INT1引脚相连,使单片机能够实时响应CAN的中断请求。采样周期2ms由 AT89C51ED2的定时器中断产生。   

    时间:2020-09-08 关键词: 协议 devicenet 伺服系统

  • 时光伺服系统在高位出钢机项目中的应用

    时光伺服系统在高位出钢机项目中的应用

      1、引言   在我国钢材市场上,中(厚)板材利润空间相对较大,因此各大钢铁厂的中(厚)板生产线都有“印钞机”的美誉。但随着市场竞争日益激烈及用户对于中(厚)板材的质量要求逐渐增高,国内各大钢铁厂对于中(厚)板生产线的改造投入也随之增加。目前,绝大多数厂家所使用的板坯出炉方式为:板坯在三段连续推钢式加热炉加热好以后,由位于炉后的推钢机将热板坯从炉前推出,热板坯靠其自重沿着加热炉出口与传送辊道之间的斜面滑至辊道之上从而完成出钢过程。这样的出钢过程不仅划伤了板坯的下表面,影响了板坯的表面质量,而且给传送辊道和缓冲器造成了很大的冲击和噪声,严重影响了设备使用寿命。多年来如何平稳出钢已经成为国内中(厚)板生产线上的一个难题。   2、高位出钢机介绍   针对目前出钢机存在的问题,时光科技与业内某系统集成商共同研制了高位出钢机。高位出钢机主要应用于钢铁行业的中(厚)板加工领域,解决了中(厚)板材在生产过程中的下表面滑伤问题,提高了中(厚)板材最终产品的产品质量。由于本套出钢机在国内尚属首次应用,因此在国内尚无竞争对手,并且整套设备的附加值高,利润大。整套设备技术先进:闭环液压提升装置、伺服控制实现各工位准确定位功能均属于国内领先技术。整套设备应用面十分广泛,对于国内所有中(厚)板生产线均可适用。   (1)机械结构   高位出钢机由主梁、大车、小车、门形架和用于取坯的L形钩等构成(见图1)。L形钩具有三个自由度:用于完成选择通道的横向运动由大车执行,驱动形式采用电机-减速机-传动轴-齿轮-齿条结构形式;用于完成取坯的纵向运动由小车完成,驱动形式与大车相同;垂直运动由位于小车前立柱U形槽内的门形架完成,采用液压缸驱动形式。    图1高位出钢机   (2)工作过程     炉后推钢机将板坯推至炉门的出钢位置,该位置由激光测量完成,然后打开炉门,小车驱动出钢机前进至L形钩位于炉内板坯正下方位置后停止运行,L形钩上升托起板坯离开炉内滑轨,小车驱动出钢机后退至炉前传送辊道上方,炉门关闭,L形钩稳速下降,将板坯平稳的放置于传送辊道上,辊道转动将板坯运走,L形钩再次上升至原位,至此出钢机完成一个出钢循环动作。大车则根据需要进行横移,使L形钩对准加热炉左道、中道或右道出钢位置。以便于下次出钢循环动作的实现和完成。   (3)电气控制系统   高位出钢机电气控制系统由西门子可编程控制器,时光IMS伺服控制器等构成。系统构成方案如图2所示。      图2系统构成方案

    时间:2020-09-05 关键词: 电机 控制系统 伺服系统

  • 伺服系统的特点、分类及发展方向

    伺服系统的特点、分类及发展方向

      伺服电机(servomotor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降。   数控机床伺服系统的作用在于接受来自数控装置的指令信号,驱动机床移动部件跟随指令脉冲运动,并保证动作的快速和准确,这就要求高质量的速度和位置伺服。以上指的主要是进给伺服控制,另外还有对主运动的伺服控制,不过控制要求不如前者高。数控机床的精度和速度等技术指标往往主要取决于伺服系统。   一、伺服系统的基本要求和特点   1.对伺服系统的基本要求   (1)稳定性好:稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下,能在短暂的调节过程后到达新的或者回复到原有平衡状态。   (2)精度高:伺服系统的精度是指输出量能跟随输入量的精确程度。作为精密加工的数控机床,要求的定位精度或轮廓加工精度通常都比较高,允许的偏差一般都在0.01~0.00lmm之间。   (3)快速响应性好:快速响应性是伺服系统动态品质的标志之一,即要求跟踪指令信号的响应要快,一方面要求过渡过程时间短,一般在200ms以内,甚至小于几十毫秒;另一方面,为满足超调要求,要求过渡过程的前沿陡,即上升率要大。   2、伺服系统的主要特点   (1)精确的检测装置:以组成速度和位置闭环控制。   (2)有多种反馈比较原理与方法:根据检测装置实现信息反馈的原理不同,伺服系统反馈比较的方法也不相同。目前常用的有脉冲比较、相位比较和幅值比较3种。   (3)高性能的伺服电动机(简称伺服电机):用于高效和复杂型面加工的数控机床,伺服系统将经常处于频繁的启动和制动过程中。要求电机的输出力矩与转动惯量的比值大,以产生足够大的加速或制动力矩。要求伺服电机在低速时有足够大的输出力矩且运转平稳,以便在与机械运动部分连接中尽量减少中间环节。   (4)宽调速范围的速度调节系统,即速度伺服系统:从系统的控制结构看,数控机床的位置闭环系统可看作是位置调节为外环、速度调节为内环的双闭环自动控制系统,其内部的实际工作过程是把位置控制输入转换成相应的速度给定信号后,再通过调速系统驱动伺服电机,实现实际位移。数控机床的主运动要求调速性能也比较高,因此要求伺服系统为高性能的宽调速系统。   二、伺服系统的分类   伺服系统按其驱动元件划分,有步进式伺服系统、直流电动机(简称直流电机)伺服系统、交流电动机(简称交流电机)伺服系统。按控制方式划分,有开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统等,实际上数控系统也分成开环、闭环和半闭环3种类型,就是与伺服系统这3种方式相关。   1、开环系统   开环系统,它主要由驱动电路,执行元件和机床3大部分组成。常用的执行元件是步进电机,通常称以步进电机作为执行元件的开环系统为步进式伺服系统,在这种系统中,如果是大功率驱动时,用步进电机作为执行元件。驱动电路的主要任务是将指令脉冲转化为驱动执行元件所需的信号。   2、闭环系统   闭环系统主要由执行元件、检测单元、比较环节、驱动电路和机床5部分组成。其构成框图如图2所示。在闭环系统中,检测元件将机床移动部件的实际位置检测出来并转换成电信号反馈给比较环节。常见的检测元件有旋转变压器、感应同步器、光栅、磁栅和编码盘等。通常把安装在丝杠上的检测元件组成的伺服系统称为半闭环系统;把安装在工作台上的检测元件组成的伺服系统称为闭环系统。由于丝杠和工作台之间传动误差的存在,半闭环伺服系统的精度要比闭环伺服系统的精度低一些。   比较环节的作用是将指令信号和反馈信号进行比较,两者的差值作为伺服系统的跟随误差,经驱动电路,控制执行元件带动工作台继续移动,直到跟随误差为零。根据进入比较环节信号的形式以及反馈检测方式,闭环(半闭环)系统可分为脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统和幅值比较伺服系统3种。   由于比较环节输出的信号比较微弱,不足以驱动执行元件,故需对其进行放大,驱动电路正是为此而设置的。   执行元件的作用是根据控制信号,即来自比较环节的跟随误差信号,将表示位移量的电信号转化为机械位移。常用的执行元件有直流宽调速电动机、交流电动机等。执行元件是伺服系统中必不可少的一部分,驱动电路是随执行元件的不同而不同的。   最近,我校研制开发出了高性能交流伺服(数控机床)控制系统。该系统性能稳定,质量可靠,可广泛应用于数码雕刻,包装机械,模具生产等工业生产应用场合,更适用于高等学校机电一体化,电子电器,电气自动化专业学生(研究生)生产实习,课程设计等课程的实验研究。   三、伺服系统的发展方向   随着生产力不断发展,要求伺服系统向高精度、高速度、大功率方向发展。   (1)充分利用迅速发展的电子和计算机技术,采用数字式伺服系统,利用微机实现调节控制,增强软件控制功能,排除模拟电路的非线性误差和调整误差以及温度漂移等因素的影响,这可大大提高伺服系统的性能,并为实现最优控制、自适应控制创造条件。   (2)开发高精度、快速检测元件。   (3)开发高性能的伺服电机(执行元件)。目前交流伺服电机的变速比已达1∶10000,使用日益增多。无刷电机因无电刷和换向片零部件,加速性能要比直流伺服电机高两倍,维护也较方便,常用于高速数控机床。

    时间:2020-09-04 关键词: 发动机 数控机床 马达 伺服电机 伺服系统

  • 工业机器人交流伺服驱动控制系统硬件设计

      从二十世纪七十年代起至今,我国的工业机器人数量已经比较庞大,在机器人的某些技术方面也达到了世界先进水平,但总体来说,西方发达国家的工业机器人技术仍领先我国很多年。究其原因不难发现:我国研究工业机器人采取的方法主要是首先引进外国的先进技术,然后再对其进行二次开发,这就造成了我国自身创新技术比较少,严重制约了我国工业机器人产业化的发展。   为打破国外对我国工业机器人的技术垄断,我们必须自力更生,掌握高性能工业机器人的关键技术,并在原来的基础上有所创新。由于工业机器人关节的执行器为电机,所以获得电机的良好控制效果是非常重要的,要想获得优良的电机控制性能,就需要高性能的交流伺服驱动系统,因此研制高性能的交流伺服驱动系统是工业机器人的关键技术之一。   交流伺服驱动系统的硬件是软件设计的基础,所以本文的主要任务是根据工业机器人伺服驱动系统的特点,对系统的的硬件进行设计。   1、硬件设计   1.1 DSP的选型   DSP系统硬件设计包括控制芯片的选择、主电路的驱动与保护、外围设备、逻辑电路等,它是整个控制系统设计的基础,DSP芯片又是重中之重。TMS320C5000系列DSP具有最低功耗的特点,是专门针对消费类数字市场而设计的,最低耗电只有0.33mA/MHz,所以多应用于日常生活中的消费产品,如照相机、手机等。TI公司的TMS320C6000系列拥有最高的处理能力,是一种适合采用C++/C等高级语言进行编程的数字处理器,主要应用在军事国防等高端领域。与C5000和C6000系列的DSP相比,TMS320C2000系列的DSP由于其具有速度快、精度高、集成度高等优点,是目前控制领域性能最高的处理器。其中,C28系列DSP是TMS320C2000平台中的新成员,它由C24系列DSP改进而来,是一款支持C/C++语言设计的芯片,C28系列DSP非常适合于工业控制,在算法控制上有独到的优势,是一款不可多得的微处理器,它的高效性可以使它代替任何其他处理器。C2000系列DSP不含Flash存储器,仅含只读存储器ROM;F2000系列DSP不仅内含ROM只读存储器,而且还包括Flash存储器,可以反复擦写,适合应用在产品的初期开发阶段。若采用TMS320C281x,则需要将代码交付生产厂商,把程序固化到TMS320C281x的ROM中,增加了成本,所以选择使用TMS320F281xDSP芯片。其中,TMS320F2812作为TI公司首推的芯片,具有很高的性价比。综上所述,最终选择DSP的型号为TMS320F2812。   1.2 位置检测电路设计   本文交流伺服电机中所采用的编码器为多摩川公司生产的型号为TS5668N21的17位绝对式编码器,一般的做法是采用生产厂商提供的专用芯片进行数据处理,但该做法有一个缺点,就是专用芯片的成本十分昂贵,与本文需要研制经济型的工业机器人宗旨相违背,为了降低成本,本文自己设计了将绝对式编码器信号转变为DSP能识别的串口信号电路。   电感与光耦可以起到滤波和防浪涌的功能,由于该绝对式编码器输出的是差动信号,所以需要通过芯片SN65176BD(BDR)G4将绝对式编码器的差动信号转化为DSP可以识别的串口信号,即TTL信号,此外该芯片的供电电压为直流5V,所以该驱动系统还应该提供5V的直流电源,由于该工业机器人伺服驱动系统采用了利用一个DSP来控制两个永磁同步电机的想法,好处是降低成本,充分发挥了TMS320F2812的运算速度快及外设资源丰富的特点,所以两个电机的编码器信号分别通过串口SCIA和SCIB输入到同一个DSPTMS320F2812中。   1.3 低速外部输入信号转化电路设计   由于外部的输入信号例如参数设置按钮等输入信号需要将其采集到DSP中,但只有3.3V的TTL电平才能被DSPTMS320F2812所识别,所以需要一个信号转化电路,该电路中采用了双向光耦,很好的起到了隔离保护的作用,一旦由于电压过大等意外,只需要更换光耦即可,防止DSP的接口也被烧坏。该电路采用的双向光电耦合器的型号为东芝公司生产的TLP280-4/SOP-16,其中SOP-16为其封装形式,该双向光耦公共端既可以接24V,也可以接0V,使用非常方便,通过该电路将可以将低速信号转化为3.3V的TTL信号,完成信号的转化,其中电路中的电容起滤波作用。   经过转化后的TTL信号与输出之间还需要一个隔离电路,该电路主要起的隔离保护的作用,该电路采用单向的光电耦合器,其型号为东芝公司生产的TLP181/SOP-4,其中SOP-4为其封装形式。   1.4 智能功率模块及隔离驱动电路设计   智能功率模块简称IPM模块,是一种将直流电转换为交流电的逆变器,是本系统的关键元件[3],本系统采用MITSUBISHISEMICONDUCTOR公司生产的第四代IPM模块,型号为PS21767,该模块的最大输出电压为600V,最大输出电流为20A,输出范围广,该模块还具有短路保护及欠压保护功能,当检测到欠压或短路时,该模块停止工作的同时,还通过FO引脚发出故障信号给DSP,DSP立即停止发送PWM信号,实现自我保护。   IPM模块采用POWEREX公司生产的PS21767模块,其周边接口电路主要包括供电电路、故障信号输出电路等。IPM的输入信号电压为15V,而PWM信号输出电压为5V,为了把不同的电压信号隔离开,抑制干扰,本系统使TMS320F2812的   PWM信号先经过光电耦合器,再输入IPM模块,选取光电耦合器型号为ACPL-P480,该款芯片具有传播延迟短、共模抑制(CMR)能力高等优点,适合应用于IPM接口隔离。   IPM模块具有过压、过流、欠压等保护功能,当这些情况发生时,IPM模块输出故障信号,然后输入到DSP,为了将IPM信号与DSP隔离,防止干扰,需要故障信号隔离电路。   2、结论   本章首先简单介绍了选择DSPTMS320F2812芯片的原因,完成了DSP的选型,其次详细的说明了工业机器人伺服驱动系统的硬件设计,包括位置检测电路设计、低速外部输入信号转化电路设计、信号电平转化电路设计、变送器电路设计、DSP及外围接口电路设计、电压转换电路设计、智能功率模块及隔离驱动电路设计、电源系统电路设计、通讯接口电路设计、主回路整流电路设计、电流检测电路设计。

    时间:2020-09-02 关键词: 控制系统 工业机器人 tms320f2812 伺服系统

  • 三菱电机伺服系统过载报警消除的方法

    三菱电机伺服系统过载报警消除的方法

      伺服放大器内部的智能功率模块IPM(Intelligent Power Module)内藏有过电压,过电流和过热等故障检测电路,所以当电机驱动负载在加速或者减速过程中,电机的输出力矩大于电机的额定力矩并持续较短时间后,放大器就会有过载报警。   下面以定位模块QD75控制MR-J2S伺服放大器为例进行说明               图3中的马达速度No对应图1中的速度指令(Command speed ),加减速时间tpsa和tpsd对应图4中的实际加减速时间。已知了负载惯量和电机惯量,就可以计算出加减速力矩Ta和Tb。由图3所示。      与加减速的输出力矩相比,电机在带动负载在运行中的输出力矩是最小的,用TL表示。这个值可以用伺服设置软件在监控伺服电机输出力矩曲线上可以监控到。那么由图5可以计算出电机在加速,运行和减速过程中的输出力矩T1,T2和T3。   伺服放大器在下面两种情况下会有过载报警发生   1. T1,T2和T3由一个超过伺服电机的最大输出力矩   2. T1,T2和T3大于伺服电的额定输出力矩,但小于最大输出力矩,且运行一段时间      以MR-J2S-10A~MR-J2S-100A过载保护特性图为例进行说明,当伺服电输出力矩为200%额定力矩时,如上图所以电机运行大约100s后伺服放大器内的IPM就会因为过热而出现过载报警。   二.消除过载报警的方法   上述说明了产生过载报警的原因,那么只要减小运行速度或者增大加减速时间就可以消除报警。

    时间:2020-09-01 关键词: 伺服放大器 qd75 伺服系统

  • 工业控制之伺服系统精选开发资料

      2015年1月7日,北京讯。日前,德州仪器(TI)宣布其voice-over-RF4CE™ ZigBee®遥控技术已被康卡斯特(Comcast)选用,以强化其最新的XFINITY电视(TV)遥控器功能。Comcast与TI的合作让消费者现在仅用语音即可控制自己的电视。通过采用TI的集成式软硬件语音致能遥控技术,XFINITY遥控器允许用户利用语音命令来搜索网络和节目,同时还可设置DVR录像并浏览推荐目录等。TI将在2015年国际消费电子展(CES)上的TI Village(#N115-N118)展示其语音致能遥控技术。   “通过用自然语言搜索最喜爱的电影、节目、演员或流派,语音遥控器可让XFINITY的用户更快地找到他们想要的东西。”康卡斯特NBC环球公司(Comcast NBC Universal)产品开发副总裁Jonathan Palmatier说道,“TI的创新型voice-over-RF4CE技术借助低成本高效益的集成式软硬件解决方案实现了这种体验。”   TI ZigBee RF4CE无线微控制器(MCU)可提供非视距双向通信和同类最佳的链路预算,以提高可靠性。其极低的工作电流和休眠电流使产品能拥有更长的电池寿命。此外,免授权的RemoTI™ RF4CE堆栈和开发平台还可为快速开发和部署遥控产品提供示例应用。   “通过按钮来搜索节目、访问内容并控制DVR的日子将一去不返,因为语音控制已成为遥控行业的主流。”TI无线连接解决方案业务部的产品经理Stig Torud表示,“TI很高兴能提供业界一流的RF4CE解决方案,以推动帮助XFINITY实现语音遥控的技术。”   关于Comcast Cable:   Comcast Cable是美国最大的视频、高速互联网和电话服务供应商,通过XFINITY品牌,Comcast可为居民和工商企业提供诸多服务。Comcast已在技术方面投入资金,目的是构建一种业界宽带速度最快的高级网络,给客户带来个性化的视频、通信和家庭管理产品。康卡斯特公司(纳斯达克交易代码:CMCSA、CMCSK)是一家全球性媒体和技术公司。   关于德州仪器公司   德州仪器(TI)是一家全球性半导体设计制造公司,专门致力于模拟集成电路(IC)和嵌入式处理器的开发。TI拥有全球顶尖人才,锐意创新,塑造技术行业的未来。而今,TI正携手100,000多家客户开创更加美好的明天。

    时间:2020-08-31 关键词: 电机控制 工业电子 can总线 伺服系统

  • 伺服系统的控制模式有哪几种?

    伺服系统的控制模式有哪几种?

      步进电机作为一种开环控制的系统,和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。   1 控制精度不同   两相混合式步进电机步距角一般为1.8°、0.9°,五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如山洋公司(SANYODENKI)生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、 0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。      交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以山洋全数字式交流伺服电机为例,对于带标准2000线编码器的电机而言,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为360°/8000=0.045°。对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为 360°/131072=0.0027466°,是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。   2 低频特性不同   步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。   交流伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点,便于系统调整。   3 矩频特性不同   步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作转速一般在300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。   4 过载能力不同   步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以山洋交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩,便出现了力矩浪费的现象。   5 运行性能不同   步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。   6 速度响应性能不同   步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200~400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好,以松下MSMA400W交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。   综上所述,交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以,在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素,选用适当的控制电机。

    时间:2020-08-21 关键词: 机器人 伺服系统

  • 占据总成本半壁江山 得核心零件者得机器人“天下”

      工业机器人的三大核心零配件是控制器、伺服系统、减速器。这三部分占据了机器人成本的半壁江山,不得不说,谁拥有这三大核心零部件的市场,谁就在起跑线上赢得一步。   随着智能制造助推机器人成重要角色之后,核心技术成了各大机器人行业其巩固市场地位的首要因素。除此之外,工业机器人的三大核心零配件占据了其成本的半壁江山,不得不说,谁拥有这三大核心零部件的市场,谁就在起跑线上赢得一步。   工业机器人的三大核心零配件是控制器、伺服系统、减速器。控制器有望在2020年市场规模达12亿元,妥妥的一块肥肉。作为机器人的大脑,发布和传递动作指令。在我国硬件部分已经基本掌握,不过软件方面还是与国外品牌有一定差距。   2015年中国控制器市场规模达23.1亿元,同比增长18%,其中工业机器人控制器占比15%,约3.5亿元。而我国现有的工业机器人在智能化及柔性方面都有待提升。开发标准化、开放化控制器存在巨大发展空间。到2020年我国工业机器人控制器市场规模有望达到12亿元左右,未来五年复合增速约为27%。   伺服系统是工业自动化的重要组成部分,是自动化行业中实现精确定位、精准运动的必要途径,且机器人的关节驱动离不开伺服系统。近几年工业机器人、电子制造设备等产业的迅速扩张,其在新兴产业的应用规模出现增长迅速。   目前,日系品牌占据了我国伺服系统市场一半的份额。国外伺服企业在中国的市场占有率达75%,其中日本品牌占比为50%,不过随着国产伺服系统性能的提升,国产伺服产品份额有望扩大。   最后的一大支柱就是减速器,它是连接动力源和执行机构之间的中间装置,大量应用在工业机器人上的减速器主要有两类:RV减速器和谐波减速器。   随着未来工业机器人的发展,中投顾问产业研究中心预测到2020年我国工业机器人减速器市场规模将超过40亿元,未来五年复合增长率约为30%。尽管中国工业机器人减速器需求强劲,但是国内减速器的生产能力却远远落后于日本、美国和欧洲。   综合来看,我国工业机器人产业化发展还有待加强完善,最重要的是核心零部件市场还有待突破,因为这些基础资源将直接影响我国机器人产业升级之路。

    时间:2020-08-19 关键词: 机器人 减速器 伺服系统

  • 关于伺服电机你需要知道的28个基础知识

    工业机器人有4大组成部分,分别为本体、伺服、减速器和控制器。 工业机器人电动伺服系统的一般结构为三个闭环控制,即电流环、速度环和位置环。一般情况下,对于交流伺服驱动器,可通过对其内部功能参数进行人工设定而实现位置控制、速度控制、转矩控制等多种功能。 那么关于伺服电机有哪些需要知道的呢? 1.如何正确选择伺服电机和步进电机? 答:主要视具体应用情况而定,简单地说要确定:负载的性质(如水平还是垂直负载等),转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求,上位控制要求(如对端口界面和通讯方面的要求),主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源,或电池供电,电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。 2.选择步进电机还是伺服电机系统? 答:其实,选择什么样的电机应根据具体应用情况而定,各有其特点。 3.如何配用步进电机驱动器? 答:根据电机的电流,配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时,可配用细分型驱动器。对于大转矩电机,尽可能用高电压型驱动器,以获得良好的高速性能。 4.2 相和5 相步进电机有何区别,如何选择? 答:2 相电机成本低,但在低速时的震动较大,高速时的力矩下降快。 5 相电机则振动较小,高速性能好,比 2 相电机的速度高30~50% ,可在部分场合取代伺服电机。 5.何时选用直流伺服系统,它和交流伺服有何区别? 答:直流伺服电机分为有刷和无刷电机。 有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。 交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 6.使用电机时要注意的问题? 答:上电运行前要作如下检查: 1) 电源电压是否合适(过压很可能造成驱动模块的损坏);对于直流输入的 +/- 极性一定不能接错,驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适(开始时不要太大); 2) 控制信号线接牢靠,工业现场最好要考虑屏蔽问题(如采用双绞线); 3) 不要开始时就把需要接的线全接上,只连成最基本的系统,运行良好后,再逐步连接。 4) 一定要搞清楚接地方法,还是采用浮空不接。 5) 开始运行的半小时内要密切观察电机的状态,如运动是否正常,声音和温升情况,发现问题立即停机调整。 7.步进电机启动运行时,有时动一下就不动了或原地来回动,运行时有时还会失步,是什么问题? 一般要考虑以下方面作检查: 1) 电机力矩是否足够大,能否带动负载,因此我们一般推荐用户选型时要选用力矩比实际需要大 50%~100% 的电机,因为步进电机不能过负载运行,哪怕是瞬间,都会造成失步,严重时停转或不规则原地反复动。 2) 上位控制器来的输入走步脉冲的电流是否够大(一般要 >10mA ),以使光耦稳定导通,输入的频率是否过高,导致接收不到,如果上位控制器的输出电路是CMOS 电路,则也要选用 CMOS 输入型的驱动器。 3) 启动频率是否太高,在启动程序上是否设置了加速过程,最好从电机规定的启动频率内开始加速到设定频率,哪怕加速时间很短,否则可能就不稳定,甚至处于惰态。 4) 电机未固定好时,有时会出现此状况,则属于正常。因为,实际上此时造成了电机的强烈共振而导致进入失步状态。电机必须固定好。 5) 对于 5 相电机来说,相位接错,电机也不能工作。 8.我想通过通讯方式直接控制伺服电机,可以吗? 可以的,也比较方便,只是速度问题,用于对响应速度要求不太高的应用。如果要求快速的响应控制参数,最好用伺服运动控制卡,一般它上面有DSP 和高速度的逻辑处理电路,以实现高速高精度的运动控制。如 S 加速、多轴插补等。 9.用开关电源给步进和直流电机系统供电好不好? 一般最好不要,特别是大力矩电机,除非选用比需要的功率大一倍以上的开关电源。因为,电机工作时是大电感型负载,会对电源端形成瞬间的高压。而开关电源的过载性能不好,会保护关断,且其精密的稳压性能又不需要,有时可能造成开关电源和驱动器的损坏。可以用常规的环形或R 型变压器变压的直流电源。 10.想用±10V或4~20mA的直流电压来控制步进电机,可以吗? 可以,但需要另外的转换模块。 11.有一个的伺服电机带编码器反馈,可否用只带测速机口的伺服驱动器控制? 可以,需要配一个编码器转测速机信号模块。 12.伺服电机的码盘部分可以拆开吗? 禁止拆开,因为码盘内的石英片很容易破裂,且进入灰尘后,寿命和精度都将无法保证,需要专业人员检修。 13.步进和伺服电机可以拆开检修或改装吗? 不要,最好让厂家去做,拆开后没有专业设备很难安装回原样,电机的转定子间的间隙无法保证。磁钢材料的性能被破坏,甚至造成失磁,电机力矩大大下降。 14.伺服控制器能够感知外部负载的变化吗? 如遇到设定阻力时停止、返回或保持一定的推力跟进。 15.可以将国产的驱动器或电机和国外优质的电机或驱动器配用吗? 原则上是可以的,但要搞清楚电机的技术参数后才能配用,否则会大大降低应有的效果,甚至影响长期运行和寿命。最好向供应商咨询后再决定。

    时间:2020-08-13 关键词: 步进电机 伺服电机 伺服系统

  • 伺服电机工作原理介绍

    伺服电机工作原理介绍

    伺服电机(servomotor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降。 工作原理 1、伺服系统(servomechanism)是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护不方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。 2、交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 3、伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。 交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别:交流伺服要好一些,因为是正弦波控制,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单,便宜。

    时间:2020-08-12 关键词: 伺服电机 伺服系统

  • 伺服电机拆轴键注意事项

    伺服电机拆轴键注意事项

    近年来,很多伺服驱动器、伺服电机销售的经销商、代理商、各大销售人员,以及从事工控、自动化、数控机床技术的人员都经常遇到见到,很多新伺服电机销售出去,很快就出现故障返修回来了。究竟什么原因呢?由于往往经过很多环节人员,要了解清楚并不见得那么容易轻松,进过详细跟进了解,发现,基本都是因为疏忽、操作不当而造成的。今天就针对电机轴拆键说一说,因为拔键导致电机故障竟然占据了很大的一个比例,而且完全不应该出现这样的问题的。 伺服电机,有别于传统普通电机,也有别于变频电机。伺服电机是电机上必装电机转动信息反馈的编码器的,而且如家的编码器往往采用光学系统,大家都知道,光学系统的精度高要求也高,所以伺服电机最显著最重要的一个安装规范,就是电机不能敲击,拉拔电机轴,因为电机走稍微移位都可能导致伺服电机故障,这个应该成为人们面对伺服电机的一种常识。 可现实中,我们国内关于伺服系统伺服电机的知识普及基本没有,由于之前我们国家的科技落后,我们至今还严重依赖国外的伺服技术伺服产品,这不但造成了国外消极对待我们技术人员的技术培训,也易形成他们的技术保护壁垒情结,更加的不愿意教授我们更多知识,再加上四五年前我们基本得清一色得使用他们设计好的自动化系统,所以,才导致我们近年来欲采用伺服系统、伺服技术来开发、提高工控设备的精度质量时,我们的开发工程师对伺服知识仍然很不规范很不系统。只是一种技术脱节时期,随着我们自发性地从事自动化、工控系统开发的队伍壮大,不得不用金钱买教训,这也许就是近五年,各大伺服销售经销商频遇到的新机故障率飙升的一个结症。 好了废话少说,至此我想很多工程师们也清楚理解了,伺服电机拆键必须用专用工具,以确保电机轴的移位了。本文的最终目的,就是希望能提醒广大伺服使用者,不要心存晓幸,徒手敲敲打打地把轴键弄下来则行。必须用专用工具,以避免损坏电机。附图是用拉马器拆电机轴键的说明。 当然,更好用的是专门做个电机轴拉键工具,这对于我们做机械的工程师来说不是什么难事,我拜访的一个客户,他就做了相当好用的工具,把如图上的拉马器做成圆筒,拉扣处做成刚好轴径的圆孔,圆孔在开一个能过轴键的凹槽,拆键的时候往轴上一套,转到一个能卡主键的位置,然后扭顶丝,很方便地把键拆下来。

    时间:2020-08-12 关键词: 伺服电机 伺服系统

  • 伺服系统浅析,伺服系统的分类、结构组成与技术要求

    伺服系统浅析,伺服系统的分类、结构组成与技术要求

      伺服系统,亦称随动系统,是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作,从而获得精确的位置、速度或力输出的自动控制系统。大多数伺服系统具有检测反馈回路,因而伺服系统是一种反馈控制系统。按照反馈控制理论,伺服系统需不断检测在各种扰动作用下被控对象输出量的变化,与指令值进行比较,并用两者的偏差值对系统进行自动调节,以消除偏差,使被控对象输出量始终跟踪输入的指令值。   伺服系统是根据输入的指令值与输出的物理量之间的偏差进行动作控制的。因此伺服系统的工作过程是一个偏差不断产生,又不断消除的动态过渡过程。   伺服控制的实例随处可见,如工人操作机床进行加工时,必须用眼睛始终观察加工过程的进行情况,通过大脑对来自眼睛的反馈信息进行处理,决定下一步如何操作,然后通过手摇动手轮,驱动工作台上的工件或刀具来执行大脑的决策,消除加工过程中出现的偏差,最终加工出符合要求的工件。在这个例子中,检测、反馈与控制等功能是通过人来实现的,而在伺服系统中,这些功能都要通过传感器、控制及信息处理装置等来加以实现。如数控机床的伺服系统中,位置检测传感器、数控装置和伺服电动机分别取代了人的眼睛、大脑和手的功能。   许多机电一体化产品(如数控机床、工业机器人等),需要对输出量进行跟踪控制,因而伺服系统是机电一体化产品的一个重要组成部分,而且往往是实现某些产品目的功能的主体。伺服系统中离不开机械技术和电子技术的综合运用,其功能是通过机电结合才得以实现的,因此,伺服系统本身就是一个典型的机电一体化系统。      伺服系统的分类   按调节理论分类   1.开环伺服系统   开环伺服系统即无位置反馈的系统,其驱动元件主要是功率步进电机或液压脉冲马达。这两种驱动元件的工作原理的实质是数字脉冲到角度位移的变换,它不用位置检测元件实现定位,而是靠驱动装置本身,转过的角度正比与指令脉冲的个数;运动速度由进给脉冲的频率决定。      开环伺服系统的结构简单,易于控制,但精度差,低速不平稳,告诉扭矩小。一般用于轻载负载变化不大或经济型数控机床上。   2.闭环伺服系统   闭环伺服系统是误差控制随动随动系统。数控机床进给系统的误差,是CNC输出的位置指令和机床工作台(或刀架)实际位置的差值。闭环系统运动执行元件不能反映运动的位置,因此需要有位置检测装置。该装置测出实际位移量或者实际所处的位置,并将测量值反馈给CNC装置,与指令进行比较,求得误差,依次构成闭环位置控制。      由于闭环伺服系统是反馈控制,反馈测量装置精度很高,所以系统传动链的误差,环内各元件的误差以及运动中造成的误差都可以得到补偿,从而大大提高了跟随精度和定位精度。   3.半闭环系统   位置检测元件不直接安装在进给坐标的最终运动部件上,而是中间经过机械传动部件的位置转换,称为间接测量。亦即坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外,在环外的传动误差没有得到系统的补偿,因而这种伺服系统的精度低于闭环系统。      半闭环和闭环系统的控制结构是一致的,不同点只是闭环系统环内包括较多的机械传动部件,传动误差均可被补偿。理论上精度可以达到很高。但由于受机械变形、温度变化、振动以及其它因素的影响,系统稳定性难以调整。此外,机床运行一段时间后,由于机械传动部件的磨损、变形以及其它因素的改变,容易使系统稳定性改变,精度发生变化。因此,目前使用半闭环系统较多。只在具备传动部件紧密度高、性能稳定、使用过程温差变化不大的高精度数控机床上使用全闭环伺服系统。   按使用直流伺服电机和交流伺服电机分按使用驱动元件分类   1.直流伺服系统   直流伺服系统常用的伺服电机有小惯量直流伺服电机和永磁直流伺服电机(也称为大惯量宽调速直流伺服电机)。小惯量伺服电机最大限度地减少了电枢的转动惯量,所以能获得最好的快速性。小惯量伺服电机一般都设计成有高的额定转速和低的惯量,所以应用时,要经过中间机械传动(如齿轮副)才能与丝杠相连接。   2.交流伺服系统   交流伺服系统使用交流异步伺服电机和永磁同步伺服电机。由于直流伺服电机存在着固有的圈点,使其应用环境受到限制。交流伺服电机没有这些缺点,且转子惯量较直流电机小,使得动态响应好。另外在同体积条件下,交流电机的输出功率可比直流电机提高10%~70%。还有交流电机的容量可以比直流电机造的大,达到更高的转速和电压。   按进给驱动和主轴驱动分类   1.进给伺服系统   进给伺服系统是指一般概念的伺服系统,它包括速度控制环和位置控制环。进给伺服系统完成各坐标轴的进给运动,具有定位和轮廓跟踪功能。      2.主轴伺服系统   严格来说,一般的主轴控制只是一个速度控制系统。主要实现主轴的旋转运动,提供切削过程中的转矩和功率,且保证任意转速的调节,完成在转速范围内的无极变速。具有C轴控制的主轴与进给伺服系统一样,为一般概念的位置伺服控制系统。   伺服系统的结构组成   机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多,但从自动控制理论的角度来分析,伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。下图给出了伺服系统组成原理框图。      1.比较环节   比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较,以获得输出与输入间的偏差信号的环节,通常由专门的电路或计算机来实现。?   2.控制器   控制器通常是计算机或PID控制电路,其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理,以控制执行元件按要求动作。   3.执行环节   执行环节的作用是按控制信号的要求,将输入的各种形式的能量转化成机械能,驱动被控对象工作。机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。   4.被控对象   5.检测环节   检测环节是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置,一般包括传感器和转换电路。   伺服系统的技术要求   1.系统精度   伺服系统精度指的是输出量复现输入信号要求的精确程度,以误差的形式表现,可概括为动态误差、稳态误差和静态误差三个方面组成。   2.稳定性   伺服系统的稳定性是指当作用在系统上的干扰消失以后,系统能够恢复到原来稳定状态的能力;或者当给系统一个新的输入指令后,系统达到新的稳定运行状态的能力。   3.响应特性   响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度,决定了系统的工作效率。响应速度与许多因素有关,如计算机的运行速度、运动系统的阻尼和质量等。   4.工作频率   工作频率通常是指系统允许输入信号的频率范围。当工作频率信号输入时,系统能够按技术要求正常工作;而其它频率信号输入时,系统不能正常工作。

    时间:2020-08-10 关键词: 伺服 伺服系统

  • 伺服系统的线性补偿与伺服系统的测速测角

    伺服系统的线性补偿与伺服系统的测速测角

      在伺服系统中常用具有线性特性的补偿装置(通常是补偿电路),采取串联、顺馈(或称并联)、负反馈、正反馈,以及它们的组合形式,来改善系统的特性,提高系统的工作品质。下面分别介绍各种补偿联接形式的特点及有关注意事项。   伺服系统的常用线性补偿   1.串联补偿   串联补偿是指在系统主通道(即前向通道)中串接人适当的补偿装置(电路)。如图所示。      常用的串联补偿装置均由电路组成,有仅用R、L、C组成的无源补偿网络。有利用线性集成放大器组成的有源补偿网络,它们所能传递的都是直流信号,因此只有串联在系统线路中传递直流信号的部位,才能起到相应的作用。如果系统中传递的是固定频率的交流载频信号,则无法使用以上两类补偿网络。   常用的补偿网络,在工程上实用的还有许多形式。作为系统的串联补偿,它们中的一些是不能用的,因为在系统的主通道中,不能串联含有纯微分环节的电路(即不串联含有s=0的零点的网络),它将阻断恒定信号的有效传递,使伺服系统不能有效地工作。   为了提高系统的稳态精度,常采取提高系统的型(即无差度)的办法,这就要求在系统的前向主通道中串入积分环节,或者串联PI调节器。   倘若系统开环对数幅频特性(系统是最小相位系统)如图5.40a中曲线1所示。在零初始条件下,系统对输入阶跃信号的响应能满足动态品质要求,但系统的稳态精度不高;为提高系统稳态精度需增大系统开环增益,系统开环对数幅频特性如图a中曲线2所示,但此时系统的动态品质不满足要求。在增大系统开环增益的同时,串接一个滞后补偿         伺服系统的测速与测角(位移)   影响伺服系统控制因素很多,其中最重要的是位置、速度、加速度以及振动等伺服。系统的控制精度是最重要的技术指标之一,伺服系统的控制精度,受多方面因素的影响,其中十分关键的是检测装置的精度(分辨率)。现代科学技术的发展,对高精度伺服系统的运用越来越多。例如高精度锁相调速系统,要求测速误差《i0~,而一般测速发电机测速误差却在2%。0.02%范围。用于跟踪卫星的雷达天线伺服系统,它的跟踪误差必须《1’。      观测天体的射电望远镜,要求伺服系统的误差《0.05’。开始进入家庭的电视激光放像机,激光针头的径向运动要伺服系统来控制,该系统的位置误差≤1胛。以上几例均说明伺服系统的精度是较高的,而它们所采用的检测装置的精度将更高。首先,系统中的检测装置对误差能分辨,并提供有效的信号,然后才谈得上对系统进行控制。因此,检测装置的高精度,是实现高精度伺服系统的前提。然而,各种用途的伺服系统是多种多样的,它们对精度的要求也很不一致,正因为如此,在伺服系统中采用的检测装置其类型十分繁杂,本节只就常见的模拟式测速和测角(位移)装置,做一简要说明。   1.角速度的检测   在速度伺服系统中,系统的输出端必须有检测角速度的装置,在位置伺服系统中,也常需要它获得速度阻尼信号。因此在伺服系统中被广泛采用。用得最多的是各种测速发电机,比较简易的有测速电桥,比较精确的是增量码盘。   (1)测速发电机                     

    时间:2020-08-10 关键词: 伺服 伺服系统

  • 什么是伺服系统,步进电机和伺服电机的区别

    什么是伺服系统,步进电机和伺服电机的区别

      伺服驱动系统(Servo System)简称伺服系统,是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统,例如数控机床等。使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量( 使用在机电系统中的伺服电机的转动惯量较大,为了能够和丝杠等机械部件直接相连。伺服电机有一种专门的小惯量电机,为了得到极高的响应速度。但这类电机的过载能力低,当使用在进给伺服系统中时,必须加减速装置。   转动惯量反映了系统的加速度特性,在选择伺服电机时,系统的转动惯量不能大于电机转动惯量的3倍。)较大等特点,这类专用的电机称为伺服电机。当然,其基本工作原理和普通的交直流电机没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元,有时简称为伺服,一般其内部包括电流、速度和/或位置闭环。   步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”), 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和 加速度,从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机,利用其没有积累误差(精度为100%)的特点,广泛应用于各种开环控制。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。   伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。步进电机和交流伺服电机性能比较 步进电机是一种离散运动的装置,它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的 出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动 机。虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。        步进电机和伺服电机的区别   一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、 1.8°,五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机,其步距角为0.09°;德国百格拉公司(BERGER LAHR)生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例,对于带标准2500线编码器的电机而言,由于驱动器内部采用了四 倍频技术,其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈,即其脉 冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。   二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定 的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分 技术等。 交流伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点,便于系统调整。   三、矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作转速一般在300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。   四、过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍,可 用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期 间又不需要那么大的转矩,便出现了力矩浪费的现象。   五、运行性能不同 步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问 题。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性 能更为可靠。   六、速度响应性能不同 步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200~400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好,以松下MSMA 400W交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。   综上所述,交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以,在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素,选用适当的控制电机。

    时间:2020-08-06 关键词: 步进电机 伺服电机 伺服系统

  • 伺服系统与变频器的区别介绍

    伺服系统与变频器的区别介绍

    伺服驱动器是用来驱动伺服电机的,伺服电机可以是步进电机,也可以是交流异步电机,主要为了实现快速、精确定位,像那种走走停停、精度要求很高的场合用的很多。 变频器就是为了将工频交流电变频成适合调节电机速度的电流,用以驱动电机,现在有的变频器也可以实现伺服控制了,也就是可以驱动伺服电机,但伺服驱动器和变频器还是不一样的!可伺服和变频器的区别究竟是什么,请看小编为您分解。     两者定义 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换成另一频率的电能控制装置,能实现对交流异步电机的软启动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素等功能。 变频器可驱动变频电机、普通交流电机,主要是充当调节电机转速的角色。 变频器通常由整流单元、高容量电容、逆变器和控制器四部分组成。 伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便。 伺服系统是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。在很多情况下,伺服系统专指被控制量(系统的输出量)是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统,其作用是使输出的机械位移(或转角)准确地跟踪输入的位移(或转角)。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。 伺服系统按所用驱动元件的类型可分为机电伺服系统、液压伺服系统和气动伺服系统。最基本的伺服系统包括伺服执行元件(电机、液压缸)、反馈元件和伺服驱动器。若想让伺服系统运转顺利还需要一个上位机构,PLC、以及专门的运动控制卡,工控机+PCI卡,以便给伺服驱动器发送指令。 两者工作原理 变频器的调速原理主要受制于异步电动机的转速n、异步电动机的频率f、电动机转差率s、电动机极对数p这四个因素。转速n与频率f成正比,只要改变频率f即可改变电动机的转速,当频率f在0-50Hz的范围内变化时,电动机转速调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。主要采用交—直—交方式,先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器,逆变部分为IGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 伺服系统的工作原理简单的说就是在开环控制的交直流电机的基础上将速度和位置信号通过旋转编码器、旋转变压器等反馈给驱动器做闭环负反馈的PID调节控制。再加上驱动器内部的电流闭环,通过这3个闭环调节,使电机的输出对设定值追随的准确性和时间响应特性都提高很多。伺服系统是个动态的随动系统,达到的稳态平衡也是动态的平衡。 两者不同点: 交流伺服的技术本身就是借鉴并应用了变频的技术,在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的,也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节:变频就是将工频的50、60HZ的交流电先整流成直流电,然后通过可控制门极的各类晶体管(IGBT,IGCT等)通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的波形类似于正余弦的脉动电,由于频率可调,所以交流电机的速度就可调了(n=60f/p,n转速,f频率,p极对数)。 两者区别在于: 1. 过载能力不同。 伺服驱动器一般具有3倍过载能力,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩,而变频器一般允许1.5倍过载。 2. 控制精度。 伺服系统的控制精度远远高于变频,通常伺服电机的控制精度是由电机轴后端的旋转编码器保证。有些伺服系统的控制精度甚至达到1:1000。 3. 应用场合不同。 变频控制与伺服控制是两个范畴的控制。前者属于传动控制领域,后者属于运动控制领域。一个是满足一般工业应用要求,对性能指标要求不高的应用场合,追求的是低成本。另一个则是追求高精度、高性能、高响应。 4. 加减速性能不同。 在空载情况下伺服电机从静止状态加工到2000r/min,用时不会超20ms。电机的加速时间跟电机轴的惯量以及负载有关系。通常惯量越大加速时间越长。 国内伺服和变频器市场情况 尽管我国的伺服技术起步较晚,由伺服电机、反馈装置与控制器组成的伺服系统才走过50个年头而已。但不可否认的是,中国制造业开始逐渐意识到伺服系统在提高产品竞争力方面发挥的作用越来越大。伺服系统强劲的市场需求开始渐露头角。相信不久之后,伺服系统新一轮的增长史必将续写另一个“中国变频器”的发展史。主要分析原因如下: 首先,随着中国经济整体形式的向好发展,很多伺服重点应用行业如机床、电子专用设备、医疗器械、混合动力汽车、新能源等行业因经济政治原因,恢复程度大大超过人们的预期水平。此等行业的发展直接导致伺服市场的需求旺盛,使得众多国产伺服品牌纷纷崛起。而随着工业化进程的加快,产业升级与进口替代也推动了伺服产品的大量使用,节能、增产效果日趋明显。值得一提的是,伺服应用技术在风力发电行业的初步成熟,暗示了节能减碳带给伺服的商机绝不亚于节能减排给高压变频器带来的机遇。 其次,在高端领域,用户在使用过程中最为看重的极大因素如稳定性、响应性、精度,都是伺服系统所具备的优势所在。在技术要求越来越高的今天,谁拥有最高的性能,谁就能获得用户青睐,价格已不再是阻碍伺服发展的决定因素。高端市场无疑被伺服占据着高地。而变频器只是在一些较为低端的简单领域发挥着作用。 据不完全统计,目前国内推出伺服产品的厂商差不多有二十余家。一直以来,伺服领域的准入门槛比低压变频器领域高,许多厂商还是基于变频器技术基础上发展而来,像国产厂商汇川等企业,就已经开始初尝伺服产业为企业带来的实际效益。汇川原有的研发实力为其在伺服领域立足提供有效支撑,而品牌影响力提升、产能释放和细分行业延伸,使得其在伺服市场的地位将逐年提升,2010年其伺服销售额就达1亿多人民币。究其转向伺服产品的最终原因,国家伺服发展政策向好可一语道破玄机。在七大战略性新兴产业中,机械工业占了两个即高端装备制造业和新能源汽车,且其他五个战略性新兴产业也都需要机械工业的支撑。由此看来,制造业的发展也将给伺服发展带来新契机。 伺服和变频器的市场竞争 由于变频器和伺服在性能和功能上的不同,所以应用也不大相同,主要的竞争集中在: 技术含量竞争。在相同的领域中,若采购方对机械的技术要求较高并较为复杂,则会选择伺服系统。反之则会选择变频器产品。如一些数控机床、电子专用设备等高科技机械均会首选伺服产品。 价格竞争。大多数采购方会顾虑成本,常常把技术忽略而首选价格较低的变频器。众所周知,伺服系统的价格差不多是变频器产品的几倍。 尽管目前伺服系统的应用还未普及,尤其是国产伺服系统,被应用的场合相比国外伺服产品少之甚少。但随着工业化进程的加快,人们将逐渐意识到伺服系统的优势所在,伺服系统也将获得采购商的认可。同样,国产伺服技术也不会止步不前,不管是基于丰厚的利润回报还是振兴国家的历史使命感,相信会有越来越多的厂商将投入到伺服系统的研发领域中。届时将迎来中国“伺服产业”的鼎盛时期。

    时间:2020-08-01 关键词: 变频器 伺服系统

  • 伺服系统基于工业电子的设计方案汇总

    伺服系统基于工业电子的设计方案汇总

    伺服系统又称随动系统,是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。本文为大家介绍在工业中伺服系统的几种设计方案,以供参考。 基于CAN总线的多伺服电机同步控制 本文针对机组式印刷机械的同步需求,提出了一种基于CAN现场总线的同步控制解决方案,并得以验证。 一套高精度的交流伺服定剪系统的设计方案 本文介绍了一款高精度的交流伺服定剪系统的设计方案。经验证,本方案所设计的这套系统,稳定性和精度都较以往有了大大的提高,在减少了损失的同时还满足了客户对产品越来越高的要求。 Profibus-DP总线技术及其在BWS伺服传动中的应用 本文介绍了BWS-BBR/BBF型伺服控制器PROFIBUS-DP接口的引入,提高了工业自动化运动控制的水平,使伺服电机在工业控制网络中的通信与控制更为方便、灵活和可靠,实际情况已证明这种控制方式效果好。 基于DSP的稳定平台伺服系统的设计研究 本研究采用DSP的新型开发板ICETEK-F28335-A,配合使用其中的EQEP模块和光电编码器设计了测量伺服电机转速的解决方案,同时利用该开发板上的数模转换(D/A)模块,经过电压转换放大完成对伺服电机转速的控制,实现了对稳定平台伺服电机控制的闭环系统。 数控机床工作台位置伺服系统的分析和设计 本文介绍位置伺服系统的各组成元件及工作原理、对系统设计和校正。本文在对数控机床工作台位置伺服系统进行分析的基础上,根据系统的设计要求对系统进行了设计和校正。对校正后系统的动、静态性能分析表明,所设计的数控机床工作台位置伺服系统具有响应速度快、调节时间短、控制精度高、可靠、稳定、能有效抑制内外扰动等特点,可以满足设计要求。 基于DSP的高精度伺服位置环设计方案 本系统以TMS320F2812 DSP为控制器,缩短了信号处理时间且提高电流采样精度;位置检测用多摩川的TS5667N120 17位绝对式编码器以提高了位置检测精度。系统在数控加工中心的应用中,具有定位无超调、高刚性、高速度稳定性,达到了设计指标,可以满足微米级加工精度的要求。 基于DSP的无刷直流电机伺服系统设计 本文设计了以高性能TMS-320F2812DSP芯片为核心的无刷直流电机伺服控制系统。采用积分分离的PID控制算法,根据偏差,对不同情况进行不同的PID控制,并对系统的硬件设计以及控制算法进行了研究。试验结果表明,系统响应快,性能稳定,能较好的满足伺服系统的控制性能要求。 用可编程模拟器件实现直流伺服电机的速度控制 本文介绍一种方法,介于模拟调速及数字调速二者之间,即采用可编程模拟器件(ispPAC10)实现模拟调速系统,系统的电路参数可以通过软件进行调整,并且可以对建立的系统模型进行仿真。采用这种方法对原有的直流调速器一种CCD相机的自动变焦系统进行改进,取得了很好的效果。 基于MSP430的变频伺服系统设计 本文提出一种基于高性能单片机MSP430F149、变频器、变频电机组成的数字式变频伺服系统,并将数字PID算法引入到此系统中,使系统获得了良好的系统静、动态性能。

    时间:2020-07-29 关键词: DSP 伺服系统

  • Aerotech态轨迹强化控制功能 精确定位,减少误差

    Aerotech态轨迹强化控制功能 精确定位,减少误差

    Aerotech动态轨迹强化控制(Enhanced Tracking Control)功能,可提升点对点定位里位移整定时间,与与降低轮廓运动过程中之追随误差。可用于Aerotech控制器(A3200,Ensemble and Soloist)、Nmark GCL高效能振镜控制器。动态轨迹强化控制与传统比例-积分-微分(PID)控制架构并行工作,且增加伺服机构,用于抵抗外部干扰源所延伸之位置误差的抵抗能力。 在精密定位系统中,轴承对于许多机械动态误差产生极大贡献度。一个简单的库伦摩擦模型对于巨观尺度运动相当足够,但在微米级与更细微的微观尺度,其机械行为更为复杂。许多滚动原件,不同预压与润滑程度,导致所施加力和产生位移之间滞后(hystereTIc)关系。简单而言,机械并不会像线性伺服理论预测那样移动。结果为控制器尝试将平台拉到最后位置时,整定时间里出现一段拖尾的位置误差,或者,在机械平台改变运动方向时,产生峰值位置误差。 伺服回路增益的频率响应曲线清楚地表明了轴承摩擦力的影响。理想的响应为高增益值在低频段,经过交越频率再到低增益值高频段。轴承摩擦力在低频段产生一个抑制响应,低回路增益代表对干扰源的响应较慢。动态轨迹强化控制增强了伺服机构低频响应,使动态行为更接近理想的无摩擦系统。 动态轨迹强化控制算法可以直接进行调整,不需要改变现有的PID值。首先应该对系统进行一般调整到好的性能和稳定指标,最好使用回路传输进行量化。动态轨迹强化控制算法要求两个额外参数:比例因子与带宽;自动调机工具用来鉴定比例因子(惯性,马达常数与传感器分辨率),而带宽设定为控制器交越频率的一部分。 提升扫描振镜镜片控制 在现代雷射微加工制程中,扫描振镜控制一直是一个重要课题,如何在最短时间移动对多路径,维持动态轨迹精度,同时具备长时间工作的制程稳定性,是现在雷射产业亟需克服的议题。高速雷射扫振镜的轻质量反射镜片特别容易受到微小干扰力的影响。即使是最高质量的轴承也表现出非线性摩擦行为,这会降低精密定位应用的定位性能。

    时间:2020-07-27 关键词: 定位系统 伺服系统

  • 伺服系统是什么_伺服系统的基本要求_伺服系统的基本组成

    伺服系统是什么_伺服系统的基本要求_伺服系统的基本组成

      伺服系统是什么   伺服系统(servomechanism)又称随动系统,是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。在很多情况下,伺服系统专指被控制量(系统的输出量)是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统,其作用是使输出的机械位移(或转角)准确地跟踪输入的位移(或转角),其结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。伺服系统最初用于国防军工,如火炮的控制,船舰、飞机的自动驾驶,导弹发射等,后来逐渐推广到国民经济的许多部门,如自动机床、无线跟踪控制等。   伺服系统主要作用   1、以小功率指令信号去控制大功率负载;   2、在没有机械连接的情况下,由输入轴控制位于远处的输出轴,实现远距同步传动;   3、使输出机械位移精确地跟踪电信号,如记录和指示仪表等。   伺服系统的分类   从系统组成元件的性质来看,有电气伺服系统、液压伺服系统和电气-液压伺服系统及电气-电气伺服系统等;   从系统输出量的物理性质来看,有速度或加速度伺服系统和位置伺服系统等;   从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来看,有模拟式伺服系统和数字式伺服系统;   从系统的结构特点来看,有单回伺服系统、多回伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。   伺服系统按其驱动元件划分,有步进式伺服系统、直流电动机(简称直流电机)伺服系统、交流电动机(简称交流电机)伺服系统。   伺服系统的基本要求   (1)稳定性好:稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下,能在短暂的调节过程后到达新的或者回复到原有平衡状态。   (2)精度高:伺服系统的精度是指输出量能跟随输入量的精确程度。作为精密加工的数控机床,要求的定位精度或轮廓加工精度通常都比较高,允许的偏差一般都在0.01~0.00lmm之间。   (3)快速响应性好:快速响应性是伺服系统动态品质的标志之一,即要求跟踪指令信号的响应要快,一方面要求过渡过程时间短,一般在200ms以内,甚至小于几十毫秒;另一方面,为满足超调要求,要求过渡过程的前沿陡,即上升率要大。

    时间:2020-07-22 关键词: 伺服系统

  • 一文解析交流永磁同步伺服系统的现状与发展

    一文解析交流永磁同步伺服系统的现状与发展

      电气伺服技术应用最广,主要原因是控制方便,灵活,容易获得驱动能源,没有公害污染,维护也比较容易。特别是随着电子技术和计算机软件技术的发展,它为电气伺服技术的发展提供了广阔的前景。本文主要介绍的是交流永磁同步伺服系统的现状与发展,具体的跟随小编一起来了解一下。      交流永磁同步伺服系统国内外研究概况   20世纪80年代以后,电动机调速技术不断发展,高性能永磁同步调速系统的出现,引起了人们对永磁同步伺服系统研究的高度重视,其研究工作主要是针对由逆变器供电的永磁同步电动机性能的研究和对永磁同步伺服系统控制的研究。   在逆变器供电的情况下,永磁同步电动机原有的特性将受到一定的影响,其稳态特性及暂态特性与恒定频率供电情况下的永磁同步电动机相比有着不同的特点。对同步电动机的分析,传统上是采用同步旋转坐标d、q上的Park模型,在实际应用中,Park模型可以解决永磁同步电动机性能分析和控制中的主要问题,但是考虑到电动机的磁路饱和和交叉耦合问题,Park模型的分析存在误差。为了提高永磁同步电动机的分析精度,必须考虑磁路饱和及d、q坐标参量之间的交叉耦合问题。采用有限元分析法求解永磁同步电动机的参数,并用试验测量电动机参数的变化规律以修正电动机的数学模型,可以很好地描述永磁同步电动机的运行特性。永磁同步电动机由永磁体励磁,因而它无励磁损耗,铜耗较小,但其磁路结构复杂,铁耗难以计算。而铁耗直接影响电动机的温升,会影响永磁体的磁性能,并改变伺服系统的性能。人们运用等效磁路的方法及考虑饱和非线性情况下用有限元法求解永磁同步电动机的铁耗,结果令人满意。随着对永磁同步电动机伺服驱动性能要求的不断提高,需要设计出高效率、高力矩惯量比、高能量密度的永磁同步电动机,需要研究满足现代伺服驱动要求的永磁同步电动机设计方法。   要获得高性能的交流永磁同步伺服驱动,就需要有性能优良的控制系统。80年代以来,随着各种相关技术的飞速发展,有关永磁同步电动机矢量控制系统的研究成果不断涌现,为高性能永磁同步伺服系统的研究与应用奠定了基础。永磁同步电动机矢量控制系统的电流控制方法对系统的运行特性有很大影响,必须研究不同电流控制方法时系统所具有的动静态特性。其控制方法有:转矩电流比最大的电流控制方法、直轴电流等于零的控制方法、功率因数等于1的控制方法、气隙磁链恒定的控制方法,这些方法提供了不同的调速性能,可以适合于不同要求的应用场合。一般情况下,永磁同步伺服系统必须具有较宽的调速范围,很稳定的转矩输出特性。为了满足实际需要,在额定转速以下,电动机按恒转矩运行,在额定转速以上,电动机按恒功率运行。随着电动机转速的上升,定子绕组中感应电动势不断增加,当转速上升到一定程度时,逆变器输出电流将不能跟踪电流给定,电动机输出转矩下降,性能变差。为提高高速时电动机转矩输出能力,需对电动机实施弱磁控制。然而,永磁同步电动机的磁场是由永磁体产生的,不能像直流和异步电动机那样进行控制。为了实现弱磁,在电动机电枢绕组中加入直轴电流,利用电动机直轴电枢反应抵消永磁体产生的磁场,从而提高永磁同步电动机的高速运行性能。   随着微型计算机技术,特别是DSP技术的飞速发展,永磁同步伺服系统的数字化正在如火如荼地进行着。华中科技大学、沈阳工业大学、天津大学研究了单片机或DSP构成的全数字交流伺服系统,采用预测控制和空间矢量控制技术,改善电流控制性能和系统响应精度,研究了伺服系统的控制理论,并开发了数字伺服系统。数字控制技术的应用,不仅使系统获得高精度、高可靠性,还为新型控制理论和方法的应用提供了基础。DSP和单片机的应用,大大简化了系统结构,提高了系统性能,并出现了全数字化软件伺服系统,显著提高了永磁同步伺服系统的可靠性、柔性和动态性能。   80年代开始,国外一些著名的公司,如日本的FANUC、安川、富士通、松下,美国的AB公司、科尔摩根公司,德国的西门子公司,法国的BBC公司、韩国三星公司等不断推出交流伺服驱动产品,伺服驱动市场几乎是外国公司一统天下的局面。而后,我国的华中理工大学、北京机床研究所、西安微电动机研究所、中科院沈阳自动化研究所、兰州电动机厂等单位开始研究并推出交流伺服系统。其中,由广州数控生产的DA98全数字式交流伺服驱动装置,由高原数控烟台公司生产的GY-2000系列数字化交流伺服驱动器在我国的高精度数控伺服驱动行业已经打开局面,打破了外国公司垄断的格局,开创了民族品牌新纪元。      交流永磁同步伺服系统的最新研究动向   伺服驱动系统是由主电路和控制电路两部分组成的,目前主电路的拓扑结构没有多大变化,伺服驱动系统的发展重点在控制电路部分。随着新型电力电子器件的出现,DSP技术的发展,现代控制理论的运用,永磁同步伺服系统的研究出现了一些新的方向,主要包含以下几个方面。   (1)电动机数学模型分析方法的发展   永磁同步电动机是一个多输入、强耦合、非线性系统,为了提高控制精度,非线性系统状态反馈线性化理论逐步被引入到电动机的控制中来,但由于该方法理论的复杂性,限制了它的推广应用。逆系统方法是分析非线性系统的另一种方   法,其思想是对于给定系统,让对象的模型生成可用反馈方法实现的原系统的“α阶积分拟系统”,将控制对象补偿成为具有线性传递关系的且已经解耦的规范化系统(伪线性系统),再用线性系统的各种设计理论完成系统的综合。该方法在理论上形式统一,物理概念清晰直观,容易被人们接受。(2)现代控制理论的引入   交流电动机矢量控制技术的提出,明显改善了它的调速性能。然而,传统的矢量控制技术依赖于电动机的模型和参数,而模型和参数在电动机运行过程中是变化的,这就使得电动机的矢量控制无法达到理论上的性能指标,满足不了现代伺服驱动系统的应用要求。现代控制理论的各种技术能够使系统在模型或者参数变化时保持良好的控制性能。   自适应控制技术是指在一定的数学模型确定的算法下,可以在系统运行情况变更时辨识系统有关参数,修改系统运行程序,以期改善系统在控制对象和运行条件发生变化时的控制性能。仿真和试验结果表明,自适应控制技术能够在系统参数发生变化的情况下保持良好的控制性能。但是,该控制算法的计算量较大,需要高速数据处理器。   滑模变结构控制是调整反馈控制系统的结构,使它的状态向量通过开关超平面时发生变化,系统的状态向量被约束在开关面的领域内滑动。系统的动态品质由开关面的参数决定,与系统的参数、扰动无关,具有很好的鲁棒控制性,在永磁同步电动机调速系统有成功的应用。但是它本质上是一种开关控制,在系统中不可避免会带来抖动,因而影响了它的应用。   电动机在运行过程中其参数是变化的,通过自适应观测器、卡尔曼滤波、龙贝格观测器等辨识技术对系统进行控制,也能提高电动机系统控制的性能与可靠性。   (3)人工智能技术的应用   经典的或者现代控制理论基础上的控制策略都依赖于电动机的数学模型,当模型参数变化时,想获得优良的控制性能是研究人员面临的重要课题。而近年来备受关注的智能控制,由于它摆脱了对被控对象模型的依赖,成为研究与开发的热点。随着人工智能技术的发展,智能控制已经成为现代控制的重要分支,智能化电气传动控制也成为目前电气传动的重要发展方向,开辟了电气传动技术新纪元。人工智能的专家系统、模糊控制、神经网络等在电动机传动系统中的应用与研究已经取得了可喜成果。      (4)无速度传感矢量控制技术   高性能的交流伺服系统都需要实现转速的闭环控制,所需的转速反馈信号来自和电动机转轴同轴相连的速度传感器。系统不断对电动机速度和转子位置进行测量,以便完成矢量变换,实现对电动机力矩的动态控制。为获得准确可靠的转速位置信号,速度传感器必须精确安装、妥善维护。高精度速度传感器的安装,增加了对系统的维护要求,系统对环境的适应能力也变差,成本增加,这在可靠性要求高的应用场合(如军用设备)会受到限制。因此,取消速度传感器而使系统具有良好的控制性能便成为电动机调速领域的重要课题。   无速度传感技术的关键是转速信息的获得,转速估计的精度直接决定了调速系统的性能,如何借助于所测量的电动机电压电流信号,准确估计电动机的转速和位置,成为无速度传感技术的关键。在无速度传感技术中,获得电动机速度的方法主要有:   1)利用数学模型或者电磁特性构造电动机转子位置的估计方法。   2)利用其他辨识和估计方法估计电动机转速。   3)利用自适应控制理论,选择合适的参考与可调模型,借助于自适应算法辨识电动机转速。   4)利用电动机的谐波电势求得转速等。   然而,不论何种方法,在速度较低时,要获得准确的电动机速度、位置都是很困难的,因此,拓宽低速应用范围是无速度传感技术急待解决的问题。   (5)现代逆变器技术的发展   电力电子技术是实现信息流与物质/能量流之间联系的重要纽带,逆变器器件的发展是电力电子技术发展的标志。从以晶闸管为代表的相控器件,到以GTR、GTO为代表的全控型器件,再到以MOSFET、IGBT和IPM为代表的门控器件,电力电子器件经历了三个发展历程。以PWM技术为核心的电流控制逆变器是矢量控制系统的重要组成部分,其性能对整个控制系统影响很大。在矢量控制系统中广泛使用的PWM控制技术有:   a.正弦波对三角波调制的SPWM控制。   b.消除指定谐波的PWM控制,a和b均以输出正弦波电压为控制目标。   c.滞环电流控制PWM,该法以正弦波电流输出为控制目标。   d.空间矢量控制SVPWM,该法以被控电动机的算法简单为目标。   同时,提出了各种可以优化PWM控制的电流控制,如:预测电流控制、跟踪轨迹电流控制等,为更好地实现矢量控制奠定了基础。   随着高性能微处理器的诞生,数字控制的交流永磁同步伺服系统正在向小型化、数字化、智能化、高性能方向发展,并随着人们对高性能伺服驱动器的需求日益增多,永磁同步伺服系统也因其自身的优点而得到越来越广泛的应用。

    时间:2020-07-18 关键词: 伺服系统

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