電氣0901張志超學(xué)號(hào)41伺服電機(jī)的應(yīng)用

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1、伺服電機(jī)的應(yīng)用摘要：隨著現(xiàn)代電機(jī)控制理論的發(fā)展，伺服電機(jī)控制技術(shù)成為重要的組成部分，并朝著數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。本文介紹了伺服電機(jī)在PWM調(diào)速系統(tǒng)、單片機(jī)控制屮的應(yīng)用和納米伺服電機(jī)的應(yīng)用。近年來(lái)，伺服電機(jī)控制技術(shù)正朝著數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)等集為一體，并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)、特種電機(jī)材料技術(shù)、微電了技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)歷了從步進(jìn)到直流，進(jìn)而到交流的發(fā)展歷程。伺服電機(jī)具有優(yōu)越的控制性能，因而其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。一、伺服電機(jī)控制性能優(yōu)越（一）低頻特性好步進(jìn)電機(jī)易出現(xiàn)，低速時(shí)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服電機(jī)不會(huì)岀現(xiàn)此現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)

2、，交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能。可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能，可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。（二）速度響應(yīng)快步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速需要200-4001115o交流伺服系統(tǒng)的速度響應(yīng)較快，有的交流伺服電機(jī)，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速僅需幾毫秒。（三）控制精度高交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。例如松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)，對(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)而言，其脈沖當(dāng)量為9?89秒，是步距角為1?80的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。（四）過(guò)載能力強(qiáng)步進(jìn)電機(jī)不具有過(guò)載能力，為了克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩，選型時(shí)需要選取額定轉(zhuǎn)矩比負(fù)載

3、轉(zhuǎn)矩人很多的電機(jī)，造成了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。而交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力，例如松下交流伺服系統(tǒng)中的伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用丁克服啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。（五）矩頻特性佳步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)矩會(huì)急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300-6001^11）0交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩。二、伺服電機(jī)在PWM調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用TPIC2101是德州儀器公司生產(chǎn)的一種單片集成控制電路，主要用來(lái)產(chǎn)生用戶可調(diào)、固定頻率、可變占空比、脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)，眥控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。TP1C2101驅(qū)動(dòng)外部低邊NM0S

4、功率晶體管的門(mén)，提供直流電機(jī)的PWM控制的電源。從電機(jī)在PWM關(guān)斷時(shí)間流出的電感電流通過(guò)外部二極管續(xù)流。TPIC2101是脈寬調(diào)制功率FET的預(yù)驅(qū)動(dòng)器，相應(yīng)于PWM晶體管放大器結(jié)構(gòu)中的電壓脈寬變換器部分。TPIC2101有自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作方式，均可由用戶配置。在自動(dòng)方式中，TPTC2101接受0?100%（占空比）的PWM信號(hào)，速度給定信號(hào)是AUT0端的集電極開(kāi)路PWM信號(hào)，MAN端為浮空狀態(tài)；在手動(dòng)方式中，TP1C2101接受0?22V的電壓差信號(hào)，速度給定信號(hào)是在AUTO和MAN端的可調(diào)電阻（止電源輸入端，本文試驗(yàn)電機(jī)用12V直流電）oTPIC2101由內(nèi)部調(diào)整正確的工

5、作方式以接受不同的輸入類(lèi)型。TPTC2101可工作在睡眠、運(yùn)行或故障狀態(tài)。在睡眠狀態(tài)，門(mén)驅(qū)動(dòng)端(GD)保持為低電平，整個(gè)器件的電流消耗小于200tl_AoTPIC21

6、01的正常工作方式是在運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)任何速度給定信號(hào)進(jìn)行初始化。僅當(dāng)TPIC2101檢測(cè)到過(guò)壓或電流故障時(shí)，進(jìn)人故障狀態(tài)，當(dāng)過(guò)壓情況消除或用進(jìn)入睡眠狀態(tài)來(lái)復(fù)位電流故障時(shí)，故障狀態(tài)撤銷(xiāo)。三、伺服電機(jī)在單片機(jī)控制中的應(yīng)用以單片機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的控制，伺服電機(jī)的控制方式主耍有位置控制、速度控制兩種。為了提高其帶動(dòng)噴頭運(yùn)行的平穩(wěn)性，選用了速度控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的控制。以利用伺服電機(jī)系統(tǒng)口帶的S型曲線控制模型。

7、達(dá)到理想的控制效果。系統(tǒng)組成框圖如圖所示，其中單片機(jī)控制器向伺服驅(qū)動(dòng)器輸出控制信號(hào)，再通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)按要求動(dòng)作，同吋?？刂破鹘邮展潭ㄔ谒欧姍C(jī)轉(zhuǎn)軸上的光電編碼盤(pán)隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的反饋脈沖信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)帶動(dòng)的噴頭運(yùn)行位置的檢測(cè)控制，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)噴印位置的精確控制，所以選用了分辨率為2000P/r的光電編碼盤(pán)作位置傳感單元，將伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角位置變換成電脈沖信號(hào)，以供單片機(jī)控制器對(duì)噴印位置進(jìn)行跟蹤控制。四、納米伺服電機(jī)的應(yīng)用納米技術(shù)依賴于納米精度驅(qū)動(dòng)、定位、位移測(cè)量及相關(guān)加工技術(shù)與設(shè)備。實(shí)現(xiàn)連續(xù)的納米位移是納米加工、操縱、測(cè)量等領(lǐng)域的關(guān)鍵技

8、術(shù)。納米位移驅(qū)動(dòng)器在納米加工、光通信、航海、航天、天文、光學(xué)等廣泛的領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。其應(yīng)用范圍包括：激光加工中光束的聚焦與定位，光纖與條形波導(dǎo)的對(duì)接藕合一光纖藕合臺(tái)；光纖與光纖的對(duì)準(zhǔn)熔接一光纖熔接機(jī)；精密流體控制閥；電-聲、電-聲-電倍頻器、混頻器；精密機(jī)械加工的精密進(jìn)給與定位；在微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)中也有重要應(yīng)用，例如：在大規(guī)模集成電路制備技術(shù)中的電路光刻、掩膜、線寬定位等的加工中實(shí)施可編程調(diào)焦、自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)、精密定位等功能?？臻g軍事武器系統(tǒng)：用于自適應(yīng)光學(xué)變形鏡的動(dòng)作執(zhí)行器，使反射鏡實(shí)現(xiàn)波前校正，消