南調(diào)機(jī)電設(shè)備——伺服驅(qū)動(dòng)器的基本要求

伺服驅(qū)動(dòng)器

1、調(diào)速范圍寬

2、定位精度高

3、有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性

4、快速響應(yīng)，無超調(diào)

為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)，要求加、減加速度足夠大，縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間，減小輪廓過渡誤差。

5、低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強(qiáng)

一般來說，伺服驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)分鐘甚至半小時(shí)內(nèi)1.5倍以上的過載能力，在短時(shí)間內(nèi)可以過載4～6倍而不損壞。

6、可靠性高

要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。

對(duì)電機(jī)的要求

1、從速到速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。

2、電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4～6倍而不損壞。

3、為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。

4、電機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。

伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)由電源電路、繼電器板電路、主控板電路、驅(qū)動(dòng)板電路及功率變換電路組成。

伺服驅(qū)動(dòng)器工作原理圖如下所示：

驅(qū)動(dòng)器的核心主控板，驅(qū)動(dòng)器由繼電器板傳遞控制信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)，完成上圖的雙閉環(huán)控制，包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制和換相控制。

驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)板從主控板接受信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率變換電路，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行電機(jī)的正常工作。

伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)由電源電路、繼電器板電路、主控板電路、驅(qū)動(dòng)板電路及功率變換電路組成。

電源電路作用，將外部輸入的直流電轉(zhuǎn)換為大小不同的直流電輸出，為后續(xù)的繼電器板、驅(qū)動(dòng)板、功率變換電路提供直流電源。繼電器板作用，提供直流電完成控制信號(hào)、檢測(cè)信號(hào)傳遞。

南調(diào)機(jī)電設(shè)備——了解伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)增益的作用以及調(diào)整的原則

伺服是由3個(gè)反饋系統(tǒng)構(gòu)成：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)，越是內(nèi)側(cè)的環(huán)，越需要提高其響應(yīng)性，不遵守該原則，則會(huì)產(chǎn)生偏差和震動(dòng)。由于電流環(huán)是內(nèi)側(cè)的環(huán)，以確保了其充分的響應(yīng)性，所以我們只需要調(diào)整位置環(huán)和速度環(huán)即可。調(diào)整的主要參數(shù)是：位置環(huán)增益、速度環(huán)增益、速度積分時(shí)間常數(shù)。位置環(huán)增益是決定對(duì)指令位置跟隨性的參數(shù)。與工件表面的優(yōu)劣有密切關(guān)系，僅在驅(qū)動(dòng)器工作在位置方式時(shí)有效，當(dāng)伺服電機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，增加位置環(huán)比例增益，能提高伺服電機(jī)的剛性，即鎖機(jī)力度。伺服系統(tǒng)的響應(yīng)性取決于位置環(huán)增益，提高位置環(huán)增益，位置環(huán)響應(yīng)和切屑精度都會(huì)改善，同時(shí)減少調(diào)整時(shí)間和循環(huán)時(shí)間,但位置環(huán)增益又受限于速度環(huán)特性和機(jī)械特性。為了提高響應(yīng)性，如果僅提高位置環(huán)增益，作為伺服系統(tǒng)的整體的響應(yīng)，容易產(chǎn)生震動(dòng)，所以請(qǐng)一邊注意響應(yīng)性一邊提高速度環(huán)增益。

特點(diǎn)：

位置環(huán)增益提高，響應(yīng)性越高，定位時(shí)間越短。過大會(huì)引起震動(dòng)和超調(diào)位置環(huán)增益調(diào)整原則：

     在保證位置環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定工作，位置不超差(過沖)的前提下，增大位置環(huán)的增益，以減小位置滯后量。簡(jiǎn)單的方法，提高位置環(huán)增益直至過沖，然后再降低位置環(huán)增益，即為剛度較好的位置環(huán)增益速度環(huán)比例增益、速度積分時(shí)間常數(shù).速度環(huán)比例增益、速度積分時(shí)間常數(shù)僅對(duì)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)(有速度)起作用。速度環(huán)比例增益的大小，影響電機(jī)速度的響應(yīng)快慢，為了縮短調(diào)整時(shí)間，需要提高速度環(huán)增益，控制超程或行程不足。速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)的大小，影響伺服電電機(jī)穩(wěn)態(tài)速度誤差的大小及速度環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)伺服電機(jī)帶上實(shí)際負(fù)荷時(shí)，由于實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量與缺省參數(shù)值設(shè)置時(shí)并不相符，速度環(huán)的帶寬會(huì)變窄，如果實(shí)際負(fù)荷使電機(jī)工作不穩(wěn)定，發(fā)生爬行或振蕩現(xiàn)象，或者現(xiàn)有的速度環(huán)帶寬不理想，則需要對(duì)速度環(huán)的比例增益、積分時(shí)間常數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

廣州市南調(diào)機(jī)電設(shè)備有限公司

伺服驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部構(gòu)成整流部：通過整流部，將交流電源變?yōu)橹绷麟娫?，?jīng)電容濾波，產(chǎn)生平穩(wěn)無脈動(dòng)的直流電源。

逆變部：由控制部過來的SPWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)IGBT，將直流電源變?yōu)镾PWM波形，以驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。

控制部分：伺服單元采用全數(shù)字化結(jié)構(gòu)，通過的硬件支持，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的軟件化，現(xiàn)在所有的伺服已采用（DSP數(shù)字信號(hào)處理）芯片，DSP，能夠執(zhí)行位置、速度、轉(zhuǎn)矩和電流控制器的功能。給出PWM信號(hào)控制信號(hào)作用于功率驅(qū)動(dòng)單元，并能夠接收處理位置與電流反饋，具有通訊接口。

編碼器：伺服電機(jī)配有的轉(zhuǎn)角測(cè)量編碼器，可以測(cè)量轉(zhuǎn)子的位置與電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

目前，伺服控制系統(tǒng)的輸出器件越來越多地采用開關(guān)頻率很高的新型功率半導(dǎo)體器件，主要有大功率晶體管（GTR）、功率場(chǎng)效應(yīng)管 （MOSFET）和絕緣門極晶體管（IGPT）等。這些先進(jìn)器件的應(yīng)用顯著地降低了伺服單元輸出回路的功耗，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，降低了運(yùn)行噪聲。

尤其值得一提的是，型的伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)開始使用一種把控制電路功能和大功率電子開關(guān)器件集成在一起的新型模塊，稱為智能控制功率模塊（Intelligent Power Modules，簡(jiǎn)稱IPM）。這種器件將輸入隔離、能耗制動(dòng)、過溫、過壓、過流保護(hù)及故障診斷等功能全部集成于一個(gè)不大的模塊之中。其輸入邏輯電平與TTL信號(hào)完全兼容，與微處理器的輸出可以直接接口。它的應(yīng)用顯著地簡(jiǎn)化了伺服單元的設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了伺服系統(tǒng)的小型化和微型化。