伺服电机及其控制原理.ppt

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1、伺服电机及其控制原理——TPM基础知识的培训素材目录§1伺服系统1.1伺服概述1.2伺服系统组成1.3伺服系统分类§2伺服电机2.1伺服电机概述2.2伺服电机组成和分类2.3交流伺服电机原理2.4松下伺服电机的应用和故障分析§3伺服控制器3.1伺服控制器概述3.2伺服控制器原理3.3松下伺服控制器介绍3.4松下伺服控制器常用设置应用3.5松下伺服控制器故障分析和处理21.1伺服概述伺服(Servo)，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度、加速度和力矩。3伺服控制系统(servocontro

2、lsystem)——是所有机电一体化设备的核心，它的基本设计要求是输出量能迅速而准确地响应输入指令的变化，如机械手控制系统的目标是使机械手能够按照指定的轨迹进行运动。象这种输出量以一定准确度随时跟踪输入量（指定目标）变化的控制系统称为伺服控制系统，因此，伺服系统也称为随动系统或自动跟踪系统。它是以机械量如位移、速度、加速度、力、力矩等作为被控量的一种自动控制系统。4输入量输出量控制操作输入量控制操作输出量测量反馈环51.2伺服系统组成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

3、节、比较环节等五部分。6伺服系统组成原理框7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8控制器控制器是伺服控制系统里面的调节元件，通常是计算机或PID（比例-积分-微分）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。9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换成机械能，驱动被控对象工作。10被控对象被控对象是指被控制的机构或装置，是直接完成系统目的的主体。被控对象一般

4、包括传动系统、执行装置和负载。11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。12需要注意：在实际的伺服控制系统中，上述每个环节在硬件特征上并不成立，可能几个环节在一个硬件中，如测速直流电机既是执行元件又是检测元件。131.3伺服系统分类伺服系统可分为三类开环伺服控制系统半闭环伺服控制系统闭环伺服控制系统14开环伺服控制系统(openloop)控制系统没有检测反馈装置则称为开环伺服系统。常用的执行元件是步进电机，通常以步进电机作为执行元件的开环系统是步进式伺服

5、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。开环伺服系统结构简单，但精度不是很高。开环伺服系统结构简图数控装置发出脉冲指令，经过脉冲分配和功率放大后，驱动步进电机和传动件的累积误差。因此，开环伺服系统的精度低，一般可达到0.01mm左右，且速度也有一定的限制。15位置控制控制器（ＮＣ装置）步进驱动器步进马达开环伺服控制系统没有反馈、只能进行一个方向的控制。使用步进马达。方向指令位置控制控制器（ＮＣ装置）步进驱动器步进马达１步进角脉冲马达

6、指令脉冲１脉冲例步进角０.３６°的情况１脉冲→０.３６°的动作１０００脉冲→３６０°（１圈）＝开环伺服控制回路位置控制控制器（ＮＣ装置）步进驱动器步进马达开环伺服控制回路位置速度＝＝脉冲数脉冲频率位置控制控制器（ＮＣ装置）步进驱动器步进马达开环伺服控制回路注意点有失步的可能性急速负荷变动急速速度变动原因半闭环伺服控制系统(Semi-closedloop)通常把检测元件安装在电机轴端而组成的伺服系统称为半闭环系统。它与全闭环伺服系统的区别在于其检测元件位于系统传动链的中间。半闭环伺服系统简图工作台的位置通过电机上的传

7、感器或是安装在丝杆轴端的编码器间接获得。由于有部分传动链在系统闭环之外，故其定位精度比全闭环的稍差。但由于测量角位移比测量线位移容易，并可在传动链的任何转动部位进行角位移的测量和反馈，故结构比较简单，调整、维护也比较方便。由于将惯性质量很大的工作台排除在闭环之外，这种系统调试较容易、稳定性好，具有较高的性价比，被广泛应用于各种机电一体化设备。20全闭环伺服控制系统(Full-closedloop)全闭环伺服系统主要由执行元件、检测元件、比较环节、驱动电路和被控对象五部分组成。在闭环系统中，检测元件将被控对象移动部件

8、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、磁栅和编码器等。全闭环系统结构简图机械传动链的惯量、间隙、摩擦、刚性等非线性因素都会给伺服系统造成影响，从而使系统的控制和调试变得异常复杂，因此，全闭环伺服系统主要用于高精密和大型的机电一体化设备。全闭环伺服系统将位置检测器件直接安装在工作台上，从而可获得工作台实际