伺服電動機(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。分為直流和交流伺服電動機(jī)兩大類,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。
一、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)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(分辨率)。
1、 直流伺服電機(jī):
輸入或輸出為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它的模擬調(diào)速系統(tǒng)一般是由2個閉環(huán)構(gòu)成的,既速度閉環(huán)和電流閉環(huán),為使二者能夠相互協(xié)調(diào)、發(fā)揮作用,在系統(tǒng)中設(shè)置了2個調(diào)節(jié)器,分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。2個反饋閉環(huán)在結(jié)構(gòu)上采用一環(huán)套一環(huán)的嵌套結(jié)構(gòu),這就是所謂的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),它具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),因而得到廣泛地應(yīng)用。
直流伺服電機(jī)可應(yīng)用在火花機(jī),機(jī)器手,的機(jī)器等,同時可加配減速箱,令機(jī)器設(shè)備帶來可靠的準(zhǔn)確性及高扭力。
2、交流伺服電機(jī):
輸入或輸出為交流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。 交流伺服電機(jī)分為同步和異步電機(jī)。
同步電機(jī)的主要運(yùn)行方式有三種,即作為發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行。作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)zui主要的運(yùn)行方式,作為電動機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)的另一種重要的運(yùn)行方式。同步電動機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié),在不要求調(diào)速的場合,應(yīng)用大型同步電動機(jī)可以提高運(yùn)行效率。
異步電機(jī)負(fù)載時的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之比不是恒定關(guān)系。異步電機(jī)有較高的運(yùn)行效率和較好的工作特性,從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運(yùn)行,能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的傳動要求。缺點(diǎn)是異步電機(jī)運(yùn)行時,必須從電網(wǎng)吸取無功勵磁功率,使電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞。
因此,對驅(qū)動球磨機(jī)、壓縮機(jī)等大功率、低轉(zhuǎn)速的機(jī)械設(shè)備,常采用同步電機(jī)。由于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速有一定的轉(zhuǎn)差關(guān)系,其調(diào)速性能較差(交流換向器電動機(jī)除外),適用于驅(qū)動無特殊性能要求的各種機(jī)械設(shè)備。對要求較寬廣和平滑調(diào)速范圍的交通運(yùn)輸機(jī)械、軋機(jī)、大型機(jī)床、印染及造紙機(jī)械等,采用直流電機(jī)較經(jīng)濟(jì)、方便。
二、交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向
運(yùn)動控制系統(tǒng)中大多采用全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動機(jī)。在控制方式上用脈沖串和方向信號實(shí)現(xiàn)。
一般伺服都有三種控制方式:速度控制方式、轉(zhuǎn)矩控制方式、位置控制方式 。
速度控制和轉(zhuǎn)矩控制都是用模擬量來控制的。位置控制是通過發(fā)脈沖來控制的。?
如果控制器本身的運(yùn)算速度很慢(比如PLC,或低端運(yùn)動控制器),就用位置方式控制。如果控制器運(yùn)算速度比較快,可以用速度方式,把位置環(huán)從驅(qū)動器移到控制器上,減少驅(qū)動器的工作量,提率(比如大部分中運(yùn)動控制器)。
1、轉(zhuǎn)矩控制:
轉(zhuǎn)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(shè)定電機(jī)軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小,具體表現(xiàn)為例如:10V對應(yīng)5Nm的話,當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5V時電機(jī)軸輸出為2.5Nm:如果電機(jī)軸負(fù)載低于2.5Nm時電機(jī)正轉(zhuǎn),外部負(fù)載等于2.5Nm時電機(jī)不轉(zhuǎn),大于2.5Nm時電機(jī)反轉(zhuǎn)(通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生)??梢酝ㄟ^即時的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小,也可通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用主要在對材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中,例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備,轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。
2、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(zhuǎn)動速度的大小,通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)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(jìn)行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴(yán)格的控制,所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等等。
3、速度模式:
通過模擬量的輸入或脈沖的頻率,都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動速度的控制,在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度模式也可以進(jìn)行定位,但必須把電機(jī)的位置信號或直接負(fù)載的位置信號給上位反饋以做運(yùn)算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測位置信號,此時的電機(jī)軸端的編碼器只檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速,位置信號就由直接的zui終負(fù)載端的檢測裝置來提供了,這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動過程中的誤差,增加了整個系統(tǒng)的定位精度。
三、應(yīng)用?
由于變頻器和伺服在性能和功能上的不同,所以應(yīng)用也不大相同:?
1、在速度控制和力矩控制的場合要求不是很高的一般用變頻器,也有在上位加位置反饋信號構(gòu)成閉環(huán)用變頻進(jìn)行位置控????制的,精度和響應(yīng)都不高。?
2、在有嚴(yán)格位置控制要求的場合中只能用伺服來實(shí)現(xiàn),還有就是伺服的響應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于變頻,有些對度的精度和響應(yīng)????要求高的場合也用伺服控制,能用變頻控制的運(yùn)動的場合幾乎都能用伺服取代,關(guān)鍵是兩點(diǎn):一是價格伺服遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于????變頻,二是功率的原因:變頻zui大的能做到幾百KW,甚至更高,而伺服zui大就幾十KW。