工业互联网预测性维护 课件 0002伺服驱动器

伺服驱动器重庆电子工程职业学院01伺服驱动器定义03伺服驱动器控制方式02伺服系统要求040506任务练习一伺服驱动器定义

伺服驱动器（servodrives）又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，是传动技术的高端产品。

一、伺服驱动器定义台达伺服驱动器（一）伺服驱动器定义

主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。

一、伺服驱动器定义（二）伺服驱动器工作原理二伺服系统要求

1.调速范围宽，rn=nmin/nmax

2.定位精度高

3.有足够的传动刚性和高的速度稳定性

4.快速响应，无超调。为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快，因为数控系统在启动、制动时，要求加、减加速度足够大，缩短伺服系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。二、伺服系统要求（一）伺服系统要求

5.低速大转矩，过载能力强。一般来说，伺服驱动器具有数分钟甚至半小时内1.5倍以上的过载能力，在短时间内可以过载4～6倍而不损坏。

6.可靠性高。要求数控机床的伺服驱动系统可靠性高、工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。二、伺服系统要求（一）伺服系统要求

1.从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。

2.电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载倍而不损坏。

3.为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。

4.电机应能承受频繁启、制动和反转。二、伺服系统要求（二）对电机的要求三伺服驱动器控制方式

位置控制一般是通过外部输入脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，主要通过运动控制器、控制卡、PLC发送脉冲。位置控制模式应用于精密定位的场合。位置控制模式也是我们使用较多且常见的一种控制模式。

三、伺服驱动器控制方式（一）位置控制

速度控制通过模拟速度的指令或者内部参数对电机速度转向进行高精度控制。速度模式可分模拟量控制、内部四段速、内部八段速、模拟量加内部速度控制。

三、伺服驱动器控制方式（二）速度控制

转矩控制是通过外部模拟量的输入或直接的内部参数赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小。转矩模式应用于需要做转矩控制的场合。

三、伺服驱动器控制方式（三）转矩控制

1.如果对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，用转矩控制。2.如果对位置和速度有一定的精度要求，转矩控制不太方便，用速度或位置控制比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者基本没有实时性的要求，用位置控制。三、伺服驱动器控制方式（四）三种控制方式对比3.就伺服驱动器的响应速度来看，转矩控制运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置控制运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。4.对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。如果控制器本身的运算速度很慢（比如中低端PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，只有高端专用控制器才能这么干，不需要使用伺服电机。

三、伺服驱动器控制方式（四）三种控制方式对比1.伺服一般为三个环控制，所谓三环就是3个闭环负反馈PID调节系统。第1环是最内的PID环就是电流环，此环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流，负反馈给电流的设定进行PID调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流，电流环就是控制电机转矩的，所以在转矩控制下驱动器的运算最小，动态响应最快。

三、伺服驱动器控制方式（五）三环控制2.第2环是速度环，通过检测的电机编码器信号来进行负反馈PID调节，它的环内PID输出直接就是电流环的设定，所以速度环控制时就包含了速度环和电流环。任何模式都必须使用电流环，电流环是控制的根本，在速度和位置控制的同时系统实际也在进行电流（转矩）的控制以达到对速度和位置的相应控制3.第3环是位置环，它是最外环，可以在驱动器和电机编码器间构建，也可以在外部控制器和电机编码器或最终负载间构建要根据实际情况来定。由于位置控制环内部输出就是速度环的设定，位置控制模式下系统