伺服電機及其控制原理.ppt

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1、伺服電機及其控制原理——TPM基礎(chǔ)知識的培訓(xùn)素材目錄§1伺服系統(tǒng)1.1伺服概述1.2伺服系統(tǒng)組成1.3伺服系統(tǒng)分類§2伺服電機2.1伺服電機概述2.2伺服電機組成和分類2.3交流伺服電機原理2.4松下伺服電機的應(yīng)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松下伺服控制器介紹3.4松下伺服控制器常用設(shè)置應(yīng)用3.5松下伺服控制器故障分析和處理21.1伺服概述伺服(Servo)，指系統(tǒng)跟隨外部指令進行人們所期望的運動，運動要素包括位置、速度、加速度和力矩。3伺服控制系統(tǒng)(servocontro

2、lsystem)——是所有機電一體化設(shè)備的核心，它的基本設(shè)計要求是輸出量能迅速而準(zhǔn)確地響應(yīng)輸入指令的變化，如機械手控制系統(tǒng)的目標(biāo)是使機械手能夠按照指定的軌跡進行運動。象這種輸出量以一定準(zhǔn)確度隨時跟蹤輸入量（指定目標(biāo)）變化的控制系統(tǒng)稱為伺服控制系統(tǒng)，因此，伺服系統(tǒng)也稱為隨動系統(tǒng)或自動跟蹤系統(tǒng)。它是以機械量如位移、速度、加速度、力、力矩等作為被控量的一種自動控制系統(tǒng)。4輸入量輸出量控制操作輸入量控制操作輸出量測量反饋環(huán)51.2伺服系統(tǒng)組成從自動控制理論的角度來分析，伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測環(huán)

3、節(jié)、比較環(huán)節(jié)等五部分。6伺服系統(tǒng)組成原理框7比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號的環(huán)節(jié)，通常由專門的電路或計算機來實現(xiàn)8控制器控制器是伺服控制系統(tǒng)里面的調(diào)節(jié)元件，通常是計算機或PID（比例-積分-微分）控制電路，其主要任務(wù)是對比較元件輸出的偏差信號進行變換處理，以控制執(zhí)行元件按要求動作。9執(zhí)行環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是按控制信號的要求，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)換成機械能，驅(qū)動被控對象工作。10被控對象被控對象是指被控制的機構(gòu)或裝置，是直接完成系統(tǒng)目的的主體。被控對象一般

4、包括傳動系統(tǒng)、執(zhí)行裝置和負載。11檢測環(huán)節(jié)檢測環(huán)節(jié)是指能夠?qū)敵鲞M行測量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。12需要注意：在實際的伺服控制系統(tǒng)中，上述每個環(huán)節(jié)在硬件特征上并不成立，可能幾個環(huán)節(jié)在一個硬件中，如測速直流電機既是執(zhí)行元件又是檢測元件。131.3伺服系統(tǒng)分類伺服系統(tǒng)可分為三類開環(huán)伺服控制系統(tǒng)半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)14開環(huán)伺服控制系統(tǒng)(openloop)控制系統(tǒng)沒有檢測反饋裝置則稱為開環(huán)伺服系統(tǒng)。常用的執(zhí)行元件是步進電機，通常以步進電機作為執(zhí)行元件的開環(huán)系統(tǒng)是步進式伺服

5、系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，如果是大功率驅(qū)動時，用步進電機作為執(zhí)行元件。驅(qū)動電路的主要任務(wù)是將指令脈沖轉(zhuǎn)化為驅(qū)動執(zhí)行元件所需的信號。開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但精度不是很高。開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖數(shù)控裝置發(fā)出脈沖指令，經(jīng)過脈沖分配和功率放大后，驅(qū)動步進電機和傳動件的累積誤差。因此，開環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低，一般可達到0.01mm左右，且速度也有一定的限制。15位置控制控制器（ＮＣ裝置）步進驅(qū)動器步進馬達開環(huán)伺服控制系統(tǒng)沒有反饋、只能進行一個方向的控制。使用步進馬達。方向指令位置控制控制器（ＮＣ裝置）步進驅(qū)動器步進馬達１步進角脈沖馬達

6、指令脈沖１脈沖例步進角０.３６°的情況１脈沖→０.３６°的動作１０００脈沖→３６０°（１圈）＝開環(huán)伺服控制回路位置控制控制器（ＮＣ裝置）步進驅(qū)動器步進馬達開環(huán)伺服控制回路位置速度＝＝脈沖數(shù)脈沖頻率位置控制控制器（ＮＣ裝置）步進驅(qū)動器步進馬達開環(huán)伺服控制回路注意點有失步的可能性急速負荷變動急速速度變動原因半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)(Semi-closedloop)通常把檢測元件安裝在電機軸端而組成的伺服系統(tǒng)稱為半閉環(huán)系統(tǒng)。它與全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的區(qū)別在于其檢測元件位于系統(tǒng)傳動鏈的中間。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)簡圖工作臺的位置通過電機上的傳

7、感器或是安裝在絲桿軸端的編碼器間接獲得。由于有部分傳動鏈在系統(tǒng)閉環(huán)之外，故其定位精度比全閉環(huán)的稍差。但由于測量角位移比測量線位移容易，并可在傳動鏈的任何轉(zhuǎn)動部位進行角位移的測量和反饋，故結(jié)構(gòu)比較簡單，調(diào)整、維護也比較方便。由于將慣性質(zhì)量很大的工作臺排除在閉環(huán)之外，這種系統(tǒng)調(diào)試較容易、穩(wěn)定性好，具有較高的性價比，被廣泛應(yīng)用于各種機電一體化設(shè)備。20全閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)(Full-closedloop)全閉環(huán)伺服系統(tǒng)主要由執(zhí)行元件、檢測元件、比較環(huán)節(jié)、驅(qū)動電路和被控對象五部分組成。在閉環(huán)系統(tǒng)中，檢測元件將被控對象移動部件

8、的實際位置檢測出來并轉(zhuǎn)換成電信號反饋給比較環(huán)節(jié)。常見的檢測元件有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁柵和編碼器等。全閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖機械傳動鏈的慣量、間隙、摩擦、剛性等非線性因素都會給伺服系統(tǒng)造成影響，從而使系統(tǒng)的控制和調(diào)試變得異常復(fù)雜，因此，全閉環(huán)伺服系統(tǒng)主要用于高精密和大型的機電一體化設(shè)備。全閉環(huán)伺服系統(tǒng)將位置檢測器件直接安裝在工作臺上，從而可獲得工作臺實際