伺服基础培训教材

1、作成作成：刘豪：刘豪日期：日期：2014.11.272014.11.27伺服基础知识培训伺服基础知识培训伺服的语源伺服的语源 伺服的语源是由拉丁语中的伺服的语源是由拉丁语中的Servus（ （奴隶奴隶） ）而来的而来的。 。 1934年年由由H.L.Hazen所命名所命名。 。 （ （：Service或或） ） 伺服的定义伺服的定义 正确的称呼是正确的称呼是 伺服机构或伺服装置，是自动控制系统的一个分支伺服机构或伺服装置，是自动控制系统的一个分支。 。 在在JIS标准里标准里 被定义为被定义为 以物体的位置、方位、姿势等作为控制量，可追随目标以物体的位置、方位、姿势等作为控制量，可追随目标值任

2、意变化而构成的控制系统值任意变化而构成的控制系统。伺服伺服伺服机构伺服机构Servo 伺服控制伺服控制系统系统都是同一个都是同一个意思意思伺服系统的构成伺服机构的构成伺服机构的构成伺服机构将输入（目标值信号）与输出（实际机械的动作）经常作比较，控制其差值为零。伺服机构将输入（目标值信号）与输出（实际机械的动作）经常作比较，控制其差值为零。为了做出比较需将输出返回到输入端。由输出返回到输入端是与输入为了做出比较需将输出返回到输入端。由输出返回到输入端是与输入输出的信号流向相反的所输出的信号流向相反的所以将其称为反馈以将其称为反馈（ （Feedback： ：向后供给的意思向后供给的意思） ）控制。

3、控制。反馈反馈目標値目標値编码器编码器伺服放大器伺服电机伺服电机機構機構装置装置速度位置速度位置出力出力一般情况下传感器是使用装在电机的负载轴一般情况下传感器是使用装在电机的负载轴的另一侧的被称为编码器（后述）的东西。的另一侧的被称为编码器（后述）的东西。伺服放大器、伺服电机、编码器一起作为整伺服放大器、伺服电机、编码器一起作为整体被称呼时使用体被称呼时使用伺服驱动器伺服驱动器这个用语。这个用语。伺服放大器伺服放大器被称为上位控制器的作为目标值信号被称为上位控制器的作为目标值信号发生的装置发生的装置传感器传感器编码器编码器伺服机构的构成伺服机构的构成伺服控制过程原理图伺服图片：伺服图片：伺服电

4、机伺服电机伺服电机驱动器伺服电机驱动器松下交流伺服电机及驱动器松下交流伺服电机及驱动器伺服马达分类：伺服马达分类：普通的伺服电机有SM（同步）型AC伺服电机、IM（感应）型AC伺服电机和DC伺服电机3种，与自动化相关的伺服电机一般指SM型AC伺服电机。（原因为DC伺服的整流电刷需要进行维护、检查，DC伺服电机会产生粉未，不能在有洁净要求的环境使用。槽槽伺服马达结构伺服马达结构11DC伺服电机与伺服电机与AC伺服电机的比较伺服电机的比较转子转子AC伺服电机伺服电机定子定子整流整流特長特長缺点缺点DC伺服电机伺服电机绕组绕组永久磁钢永久磁钢由电刷和换向器组由电刷和换向器组成的机械整流成的机械整流伺

5、服驱动器简单伺服驱动器简单电刷必须定期检查更换电刷必须定期检查更换永久磁钢永久磁钢UVW 相相绕组绕组根据磁极检出控制根据磁极检出控制相相绕组通所的电流来实现绕组通所的电流来实现没有机械磨损部分没有机械磨损部分所以无需维护所以无需维护伺服驱动器复杂伺服驱动器复杂伺服电机按照构造分类：1.旋转形伺服马达2.线性伺服马达线性伺服马达13线性电机的结构是将旋转电机线性电机的结构是将旋转电机的定子和转子如图示向直线方的定子和转子如图示向直线方向展开而成，原先转子的切线向展开而成，原先转子的切线方向的电磁转矩变为直线方向方向的电磁转矩变为直线方向的推力的推力。 。特長特長由于是负载直接驱动，可以有由于是

6、负载直接驱动，可以有宽广的调速范围和很高的定位宽广的调速范围和很高的定位精度精度。 。电机本身是刚性体，直接驱动电机本身是刚性体，直接驱动负载可提高机构整体的刚性负载可提高机构整体的刚性。 。运行噪音低。运行噪音低。2-9构造构造： ： 电机由动子电机由动子（ （线圈线圈） ）和定子和定子（ （永磁板永磁板） ）所构成所构成。 。动子没有铁芯，用树脂将线圈准确固定而成动子没有铁芯，用树脂将线圈准确固定而成。 。定子是在定子板上将板状的永磁体准确固定，定子是在定子板上将板状的永磁体准确固定，由上下由上下2块相向放置而构成块相向放置而构成。 。无铁芯无铁芯型型（也有，有铁芯型）（也有，有铁芯型）特

7、長特長 由于没有磁吸力以及啮合力，施加在由于没有磁吸力以及啮合力，施加在轴部的压力和速度差非常小轴部的压力和速度差非常小。 。 没有吸力的缘故，可使噪音降低并延没有吸力的缘故，可使噪音降低并延长导轨的使用寿命长导轨的使用寿命。 。 没有了啮合力，使得推力的波动非常没有了啮合力，使得推力的波动非常小小。 。永磁体永磁体线圈线圈伺服器的工作模式：伺服器的工作模式：伺服驱动器铭牌含义伺服驱动器铭牌含义伺服驱动器铭牌含义伺服驱动器铭牌含义编码器：编码器：编码器：编码器： 圆盘上刻有相位相差圆盘上刻有相位相差90度的度的A相、相、B相的槽相的槽 由此可检测出旋转量和旋转方向由此可检测出旋转量和旋转方向。

8、 。） 增量型编码器的原理增量型编码器的原理旋转方向判定的原理旋转方向判定的原理例：例： 由由B相作为基准相作为基准 B相相为为On时如果时如果A相相有上升沿，定义为正传。有上升沿，定义为正传。 B相相为为O 时如果时如果A相相有上升沿，定义为反转有上升沿，定义为反转。 。增量型编码器的原理增量型编码器的原理（圆盘上的形状）（圆盘上的形状）直接计数脉冲数直接计数脉冲数1个脉冲计数个脉冲计数2次次（ （2倍频倍频） ）1组脉冲计数组脉冲计数4次次（ （4倍频倍频） ）倍频的原理倍频的原理绝对值编码器方式绝对值编码器方式本公司的绝对值编码器采用配置有电池，在伺服放大器电源关断时也能记忆当前位置情报

9、本公司的绝对值编码器采用配置有电池，在伺服放大器电源关断时也能记忆当前位置情报的方式。的方式。伺服放大器电源打开后伺服放大器将电机轴距离原点的圈数及脉冲数所反映的当前位置情伺服放大器电源打开后伺服放大器将电机轴距离原点的圈数及脉冲数所反映的当前位置情报向上位控制器传送报向上位控制器传送。 。右回転時右回転時左回転時左回転時A相相B相相 A相相B相相 ）绝对值编码器的基本原理绝对值编码器的基本原理 可以检测出对于基准点的绝对位置可以检测出对于基准点的绝对位置（ （旋转角度旋转角度） ）的编码器的编码器 根据所需要的分辨率增加道数根据所需要的分辨率增加道数左图所示的左图所示的6 6个道个道、 、旋

10、转旋转 圈的圈的 分辨率为分辨率为（ ） ）分之一分之一旋转旋转1 1圈需要圈需要，分之一分之一的分辨率的话需要的分辨率的话需要1111个道，个道，但实际上也有办法减少道数但实际上也有办法减少道数 在分辨率的范围内输出波形在分辨率的范围内输出波形是不重复的是不重复的 根据读取的输出波形可以得到根据读取的输出波形可以得到绝对位置的信息绝对位置的信息 另外还配备了有电池作断电另外还配备了有电池作断电备份的计数器以判断出当前所备份的计数器以判断出当前所转到的圈数位置转到的圈数位置 驱动伺服电机的装置称为伺服增幅器驱动伺服电机的装置称为伺服增幅器（ （或伺服放大器或伺服放大器）。）。伺服放大器在安川电

11、机伺服放大器在安川电机产品里的称呼为伺服产品里的称呼为伺服PACK。 。伺服放大器的功能框图如下图所示伺服放大器的功能框图如下图所示。 。动力部分动力部分反馈反馈电机电机编码器编码器整流部分整流部分逆变部分逆变部分） 动力部分的构成动力部分的构成 动力部分是承担了产生驱动电机所需的电流并提供给电机这部分功能动力部分是承担了产生驱动电机所需的电流并提供给电机这部分功能如下图所示的，将工频电压整流为直流的整流部分以及产生随电机的旋转角所需如下图所示的，将工频电压整流为直流的整流部分以及产生随电机的旋转角所需电流的逆变部分电流的逆变部分。 。） 电电流演算部流演算部电流演算部的功能是确定流入各相的电

12、流的大小电流演算部的功能是确定流入各相的电流的大小。 。将在后面作介绍的控制部里的转矩由控制部将在后面作介绍的控制部里的转矩由控制部的指令与电机当前的旋转角度位置（称为磁极）信息计算出流入各相所需的电流大小的指令与电机当前的旋转角度位置（称为磁极）信息计算出流入各相所需的电流大小。 。电机旋电机旋转时磁极时刻都在变化，因此流入各相的电流的大小也要时刻变化转时磁极时刻都在变化，因此流入各相的电流的大小也要时刻变化。 。25） 控制部的构成控制部的构成 控制部可称为伺服驱动根本的管理部分控制部可称为伺服驱动根本的管理部分。 。换句话说换句话说、 、将指令值与当前值进行差值运算将指令值与当前值进行差

13、值运算、 、并控制并控制该差值为零运行该差值为零运行。 。伺服器的控制模式分类：伺服器的控制模式分类：伺服器的控制模式分类：伺服器的控制模式分类：伺服器的控制模式分类：伺服器的控制模式分类：伺服器的工作模式：伺服器的工作模式：1.扭矩控制模式扭矩控制模式2.速度控制模式速度控制模式3.位置控制模式位置控制模式1.电流环电流环2.速度环速度环3.位置环位置环工作工作模式模式三环控制伺服器的工作模式：伺服器的工作模式：伺服器的工作模式：伺服器的工作模式：速度制模式伺服器的工作模式：伺服器的工作模式：位置控制模式转距控制模式伺服器的工作模式：伺服器的工作模式：伺服器内部电路系统框图伺服器内部电路系统

14、框图伺服的相关术语伺服的相关术语伺服的相关术语伺服的相关术语伺服的相关术语伺服的相关术语伺服的相关术语伺服的相关术语电子齿齿轮的作用伺服电机应用举例伺服电机应用举例伺服电机应用举例伺服电机应用举例恒恒张张力控制力控制伺服系统的配置知识点总结：知识点总结：1.扭矩控制模式扭矩控制模式2.速度控制模式速度控制模式3.位置控制模式位置控制模式工作工作模式模式1.电流环电流环2.速度环速度环3.位置环位置环三环控制1.开环控制方式开环控制方式2.半闭环控制方式半闭环控制方式 3.全闭环控制方式全闭环控制方式控制方式1.DC直流伺服电机直流伺服电机2.AC交流同步伺服电机交流同步伺服电机伺服电机的分类1.增量形编码器（增量形编码器（ 要原点复位）要原点复位）2.绝对值形编码器（不需要原点复位）绝对值形编码器（不需要原点复位）3.旋转变压器旋转变压器（要原点复位（要原点复位）编码的分类伺服器故障现象显示出现码并伴随无规律闪烁X轴#1驱动器常见故障判定处理：常见故障判定处理：安川伺服电池电压低（例），无电，故障代码：A.83 ， A.93电池的更换电池的电压下降至大约2