伺服電機、驅動器、控制器的原理,你都還記得嗎?

2021-01-16 伺服與運動控制


伺服的結構是怎樣的？一個最簡易的伺服控制單元，就是一個伺服電機加伺服控制器，今天就來解析下伺服電機與伺服控制器。




安培定則，也叫右手螺旋定則，是表示電流和電流激發磁場的磁感線方向間關係的定則。通電直導線中的安培定則：用右手握住通電直導線，讓大拇指指向電流的方向，那麼四指的指向就是磁感線的環繞方向；通電螺線管中的安培定則：用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方向一致，那麼大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。



確定載流導線在外磁場中受力方向的定則。又稱電動機定則。左手平展，大拇指與其餘4指垂直，手心衝著N級，4指為電流方向，大拇指為載流導線在外磁場中受力方向。




SERVO 語源自拉丁語，原意為「奴隸」的意思，指經由閉環控制方式達到一個機械系統的位置，扭矩，速度或加速度的控制，是自動控制系統中的執行單元，是把上位控制器的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。


1. 控制器：動作指令信號的輸出裝置。


2. 驅動器：接收控制指令，並驅動馬達的裝置。


3. 伺服馬達：驅動控制對象、並檢出狀態的裝置。



伺服馬達的種類，大致可分成以下三種：


1. 同步型：採用永磁式同步馬達，停電時發電效應，因此剎車容易， 但因製程材料上的問題，馬達容量受限制。〔迴轉子：永久磁鐵；固定子：線圈〕


2. 感應型：感應形馬達與泛用馬達構造相似，構造堅固、高速時轉矩表現良好，但馬達較易發熱，容量(7.5KW以上)大多為此形式。迴轉子、固定子皆為線圈〕


3. 直流型：直流伺服馬達，有碳刷運轉磨耗所產生粉塵的問題，於無塵要求的場所就不宜使用，以小容量為主。〔迴轉子：線圈；固定子：永久磁鐵；整流子：磁刷〕


SM 同 步 形 伺 服 馬 達


特長優點：1. 免維護。2. 耐環境性佳。3. 轉矩特性佳，定轉矩。4. 停電時可發電剎車。5. 尺寸小、重量輕。6. 高效率。


缺點：1. AMP較DC形構造複雜。2. MOTOR及AMP必需1：1搭配使用。3. 永久磁石有消磁的可能。


IM 感 應 形 伺 服 馬 達


特長優點：1. 維護容易。2. 耐環境性佳。3. 高速時，轉矩特性佳。4. 可製做大容量，效率佳。5. 構造堅固。


缺點：1. 小容量機種，效率差。2. AMP較DC形構造複雜。3. 停電時，無法動態剎車。4. 隨溫度變動影響特性。5. AMP與MOTOR必需1：1使用。


DC 直 流 形 伺 服 馬 達


特長優點：1. 伺服驅動器構造簡單。2. 停電時可發電剎車。3. 體積小、價格低。4. 效率佳。


缺點：1. 整流子外圍需定期保養。2. 碳刷磨耗產生(碳粉)，無法應用於要求凊絜的場所。3. 因整流器碳刷的問題，高速時轉矩差。4. 永久磁石有消磁的可能。


伺服系統的最大特色：透過回饋信號的控制方式〔可做指令值與目標值的比較，因而大幅減少誤差狀況〕。


何謂回饋信號：向控制對象下達指令後，正確的追蹤並查明現在值，且隨時回饋控制內容的偏差值、待目標物到達目的地後，回饋位置值，如此反覆動作。


控制流程：檢測機械本體之位置檢出，迴路為封閉系統，稱之為全閉迴路 。相反，檢測馬達軸端之迴路系統就稱為半閉迴路。



整流部：通過整流部，將交流電源變為直流電源，經電容濾波，產生平穩無脈動的直流電源。


逆變部：由控制部過來的SPWM信號，驅動IGBT，將直流電源變為SPWM波形，以驅動伺服電機。


控制部分：伺服單元採用全數位化結構，通過高性能的硬體支持，實現閉環控制的軟體化，現在所有的伺服已採用（DSP數位訊號處理）晶片，DSP，能夠執行位置、速度、轉矩和電流控制器的功能。給出PWM信號控制信號作用於功率驅動單元，並能夠接收處理位置與電流反饋，具有通訊接口。


編碼器：伺服電機配有高性能的轉角測量編碼器，可以精確測量轉子的位置與電機的轉速。


目前，伺服控制系統的輸出器件越來越多地採用開關頻率很高的新型功率半導體器件，主要有大功率電晶體（GTR）、功率場效應管 （MOSFET）和絕緣門極電晶體（IGPT）等。這些先進器件的應用顯著地降低了伺服單元輸出迴路的功耗，提高了系統的響應速度，降低了運行噪聲。


尤其值得一提的是，最新型的伺服控制系統已經開始使用一種把控制電路功能和大功率電子開關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，簡稱IPM）。這種器件將輸入隔離、能耗制動、過溫、過壓、過流保護及故障診斷等功能全部集成於一個不大的模塊之中。其輸入邏輯電平與TTL信號完全兼容，與微處理器的輸出可以直接接口。它的應用顯著地簡化了伺服單元的設計，並實現了伺服系統的小型化和微型化。

相關焦點

  • 永磁同步伺服電機驅動器原理
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201809/389129.htm永磁交流伺服系統的驅動器經歷了模擬式、模式混合式的發展後，目前已經進入了全數字的時代。全數字伺服驅動器不僅克服了模擬式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等確定，還充分發揮了數字控制在控制精度上的優勢和控制方法的靈活，使伺服驅動器不僅結構簡單，而且性能更加的可靠。
  • 永磁同步伺服電機(PMSM)驅動器原理
    永磁交流伺服系統的驅動器經歷了模擬式、模式混合式的發展後，目前已經進入了全數字的時代。全數字伺服驅動器不僅克服了模擬式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等確定，還充分發揮了數字控制在控制精度上的優勢和控制方法的靈活，使伺服驅動器不僅結構簡單，而且性能更加的可靠。現在，高性能的伺服系統，大多數採用永磁交流伺服系統其中包括永磁同步交流伺服電動機和全數字交流永磁同步伺服驅動器兩部分。
  • 伺服驅動器的工作原理
    為了適應數字控制的發展趨勢，運動控制系統中大多採用全數字式交流伺服電機作為執行電動機。在控制方式上用脈衝串和方向信號實現。  一般伺服都有三種控制方式：速度控制方式，轉矩控制方式，位置控制方式 。 目前，主流的伺服驅動器均採用數位訊號處理器（DSP）作為控制核心，可以實現比較複雜的控制算法，實現數位化、網絡化和智能化。
  • 伺服電機使用_伺服電機驅動器如何使用 - CSDN
    電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用於各種環境。　　交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動控制中一般都用同步電機，它的功率範圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩運行的應用。
  • 伺服控制器工作原理
    導讀：本文主要介紹的是伺服控制器的工作原理，感興趣的童鞋們快來學習一下吧~~很漲姿勢的哦~~本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/284512.htm
  • 步進電機控制器與伺服電機控制器有哪些不同?
    步進電機和伺服電機是工控領域應用最廣泛的兩類產品，而它們的核心分別是步進電機控制器與伺服電機控制器，本文將給大家講解這兩種器件不一樣的地方。步進電機控制器：它是一種能夠發出均勻脈衝信號的電子產品，它發出的信號進入步進電機驅動器後，會由驅動器轉換成步進電機所需要的強電流信號，帶動步進電機運轉。步進電機控制器能夠準確的控制步進電機轉過每一個角度。
  • 伺服控制器是伺服電機不可缺少的一部分
    打開APP 伺服控制器是伺服電機不可缺少的一部分 vacsin2018 發表於 2021-01-12 16:17:19 伺服電機控制器做為伺服電機的機械設備控制器是十分重要的
  • 伺服電機驅動器與步進電機驅動器之間的區別
    打開APP 伺服電機驅動器與步進電機驅動器之間的區別 發表於 2019-10-31 09:45:46 步進電機的控制系統由可編程控制器、環行脈衝分配器和步進電機功率驅動器組成，控制系統中plc用來產生控制脈衝;通過plc編程輸出一定數量的方波脈衝，控制山社步進電機的轉角進而控制伺服機構的進給量;同時通過編程控制脈衝頻率就是伺服機構的進給速度，環行脈衝分配器將可編程控制器輸出的控制脈衝按步進電機的通電順序分配到相應的繞組。
  • 什麼是伺服電機?伺服電機的內部結構及其工作原理
    這扇是由常數電壓源，以便它反過來將在最大轉速在任何時候都不管的速度伺服。其中最實用類型的電機伺服系統是永久磁鐵（下午）型發動機。電壓為外地繞組永磁型電機可以交流電壓或直流電壓。永磁型電機類似於其他類型電機下午以前提出。圖11-83顯示了剖圖片的永磁電機和圖。 11-84顯示了剖圖的永磁電機。從圖片和圖表可以看到住房，轉子和定子都期待非常相似，前型永磁電動機。
  • 音圈電機伺服驅動器與運動機構設計
    分析了該伺服系統結構的組成，研究結果表明：設計的高精度位置伺服系統，能滿足位置超調量小於10 counts，穩態調整誤差為土1 count的系統參數指標。實現了音圈電機高速振動下控制器對光柵傳感器實時採集並且高速處理，以及對音圈電機位置的快速調整，完成對音圈電機的高速振動定位精度的控制。
  • 5分鐘快速了解伺服驅動器的原理與作用常識
    伺服驅動器是現代傳動技術的高端產品，被廣泛應用於工業機器人及數控加工中心等自動化設備中。尤其是應用於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採用基於矢量控制的電流、速度、位置3閉環控制算法。
  • 六安市安川伺服驅動器維修廠家
    六安市安川伺服驅動器維修廠家六安市安川伺服驅動器維修廠家發格FAGOR伺服電機維修常州簡化零自動化科技淺析變頻器的工作原理是什麼？變頻器在現代工業上應用很廣，在電動機的控制，使交流電機，變速，變壓，調節功率，變得容易。
  • 基於STM32的永磁同步電機伺服控制器設計
    摘要：首先介紹了永磁同步電機伺服控制器的基本功能及控制原理，並以STM32F407為基礎進行了小功率的伺服控制器設計，詳細講述了伺服控制器的軟、硬體的具體設計流程及其實現方式。並通過意法半導體公司提供的相關軟體設計工具快速、有效地完成伺服控制器的設計、調試。
  • 伺服電機工作原理
    導讀：本文主要介紹的是伺服電機的工作原理，也許你從來都沒有聽過伺服電機，但是沒有關係，就讓小編為大家解決這一難題吧，快來學習一下吧，很漲姿勢的哦～～～本文引用地址
  • 步進電機控制器原理_步進電機控制器編程實例
    步進電機控制器原理 　　步進電機控制器是一種能夠發出均勻脈衝信號的電子產品，它發出的信號進入步進電機驅動器後，會由驅動器轉換成步進電機所需要的強電流信號，帶動步進電機運轉。步進電機控制器能夠準確的控制步進電機轉過每一個角度。
  • 伺服驅動器與變頻器的區別解析
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201710/367692.htm伺服的基本概念是準確、精確、快速定位。變頻是伺服控制的一個必須的內部環節，伺服驅動器中同樣存在變頻（要進行無級調速）。但伺服將電流環速度環或者位置環都閉合進行控制，這是很大的區別。除此外，伺服電機的構造與普通電機是有區別的，要滿足快速響應和準確定位。
  • 新型AC伺服電機/驅動器(08-100)
    在伺服與運動控制產品領域，多樣化一直是個鮮明的特點，包括從直流伺服驅動技術到交流伺服驅動技術，從模擬化到全數位化、智能化、網絡化，從單軸伺服到多軸伺服，從單機化到總線產品。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/91911.htm　　眾所周知，先進的伺服運動控制技術與解決方案的應用正是提升機器設備性能與檔次及市場競爭力的一個重要途徑。
  • 伺服電機的特點特性、種類分類及伺服電機的應用
    只要是要有動力源的，而且對精度有要求的一般都可能涉及到伺服電機。如工具機、印刷設備、包裝設備、紡織設備、雷射加工設備、機器人、自動化生產線等對工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求相對較高的設備。作為液壓閥控制器的伺服電機，屬於功率很小的微特電機，以永磁式直流伺服電機和並激式直流伺服電機最為常用。　　伺服電機的作用：伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確。　　伺服電機的分類：直流伺服電機和交流伺服電機。　　直流伺服電機的輸出轉速與輸入電壓成正比，並能實現正反向速度控制。
  • 詳解伺服驅動器和變頻器的區別
    drives）又稱為「伺服控制器」、「伺服放大器」，是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似於變頻器作用於普通交流馬達，屬於伺服系統的一部分，主要應用於高精度的定位系統。   　　隨著伺服系統的大規模應用，伺服驅動器使用、伺服驅動器調試、伺服驅動器維修都是伺服驅動器在當今比較重要的技術課題，越來越多工控技術服務商對伺服驅動器進行了技術深層次研究。   　　伺服驅動器是現代運動控制的重要組成部分，被廣泛應用於工業機器人及數控加工中心等自動化設備中。
  • 步進電機和伺服電機的差別在哪裡
    伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定於編碼器的精度(線數)也就是說伺服電機本身具備發出脈衝的功能，它每旋轉一個角度，都會發出對應數量的脈衝，這樣伺服驅動器和伺服電機編碼器的脈衝形成了呼應，所以它是閉環控制，步進電機是開環控制。