伺服驅(qū)動(dòng)器的選擇和技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)

在工作中怎樣選擇合適的伺服驅(qū)動(dòng)器

　伺服驅(qū)動(dòng)器是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制器，伺服驅(qū)動(dòng)器其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，那我們?cè)趺催x擇伺服驅(qū)動(dòng)器呢。

　　目前主流的伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)作為控制核心，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，事項(xiàng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過(guò)程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。

　伺服驅(qū)動(dòng)器的規(guī)格與選擇

　　伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，舉凡需要做速度控制、位置控制、軌跡控制、追蹤控制與同步運(yùn)轉(zhuǎn)控制等場(chǎng)合，都是它主要的應(yīng)用范圍。在不同的運(yùn)用場(chǎng)合雖然要求的特性規(guī)格與操作界面會(huì)有所不同，但其應(yīng)用方法與控制原理可說(shuō)是大同小異。本文將說(shuō)明直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成，伺服系統(tǒng)要求規(guī)格，驅(qū)動(dòng)器的規(guī)格、型式、特性與工作原理，較后再介紹一些應(yīng)用實(shí)例。

　　一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，通常包含三個(gè)主要部份：伺服電動(dòng)機(jī)、速度回路驅(qū)動(dòng)器與位置回路控制器。伺服電機(jī)可根據(jù)應(yīng)用的需要而決定是否加裝轉(zhuǎn)速計(jì)(tachometer)、光編碼器(photo encoder)或剎車(braker)。

　　一般商品化的伺服驅(qū)動(dòng)器即是指速度回路驅(qū)動(dòng)器，其中包含了功率放大器與速度回路控制器，并包含適當(dāng)?shù)膽?yīng)用界面電路，因而能夠根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合做適當(dāng)?shù)慕M合。位置控制器一般包含位置控制器與計(jì)算機(jī)或數(shù)字界面，亦包含一些較高層次的位置命令與參數(shù)調(diào)整等界面設(shè)定，通常為一可單獨(dú)銷售的產(chǎn)品。

減定規(guī)格(wave factor) 或稱之為 derating factor 為波形率(form factor)的倒數(shù)。

　　直流伺服驅(qū)動(dòng)器的wave factor系指其輸 出電流的平均值與rms的比值，其越接近1越好，這表示其漣波電流越小，所造成的rms扭矩?fù)p也就越小，因此系統(tǒng)的效率也就越高。

　　大多數(shù)的直流伺服驅(qū)動(dòng)器均為模擬電壓的轉(zhuǎn)速輸入命令，輸入命令電壓通常介于±10V，輸入阻抗通常為10KΩ。一般工業(yè)級(jí)伺服驅(qū)動(dòng)器的瞬時(shí)較大輸出電流約為其額定輸出電流的2～3倍，瞬時(shí)較大輸出電流直接關(guān)系到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的加速能力、伺服剛性與頻寬，因此是重要的性能指針。

　　在選定伺服驅(qū)動(dòng)器時(shí)，其速度控制范圍與速度調(diào)節(jié)(speed regulation)的能力亦是重要的考慮因素。速度控制范圍直接影響到低速與高速運(yùn)動(dòng)的能力，一般的伺服驅(qū)動(dòng)器其速控比(較高轉(zhuǎn)速/較低轉(zhuǎn)速)通常大于1000。

　　速度調(diào)節(jié)主要是指在環(huán)境變動(dòng)或負(fù)載波動(dòng)下其維持定速的能力，定義的項(xiàng)目通常包含：負(fù)載變動(dòng)、電源電壓變動(dòng)與溫度變動(dòng)。反應(yīng)時(shí)間(response time)為瞬時(shí)響應(yīng)的重要指標(biāo)，0-1000 rpm的反應(yīng)時(shí)間為一般參考標(biāo)準(zhǔn)。

　　在額定負(fù)載下的較高轉(zhuǎn)速反應(yīng)時(shí)間，在設(shè)計(jì)位置回路控制器時(shí)亦為重要的參考指標(biāo)。加減速特性主要指在較高轉(zhuǎn)速的步階響應(yīng)其加減速的特性，圖2(a)為直線一段加減速，圖2(b)為直線兩段加減速， 圖2(c)為指數(shù)曲線加減速。一般的伺服驅(qū)動(dòng)器均為直線一段線性加速，但亦可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要選擇不同加速曲線的驅(qū)動(dòng)器，或在外回路位置控制加以修改。

選擇合適的伺服電機(jī)系統(tǒng)需要知道的技術(shù)數(shù)據(jù)有：

　　1。力矩范圍 中小力矩(一般在20Nm以下) 小中大，全范圍

　　2。速度范圍 低(一般在2000RPM以下，大力矩電機(jī)小于1000RPM) 高(可達(dá)5000RPM),直流伺服電機(jī)更可達(dá)1~2萬(wàn)轉(zhuǎn)/分

　　3?？刂品绞?主要是位置控制 多樣化智能化的控制方式，位置/轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩方式

　　4。。平滑性 低速時(shí)有振動(dòng)(但用細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器則可明顯改善) 好，運(yùn)行平滑

　　5。精度 一般較低，細(xì)分型驅(qū)動(dòng)時(shí)較高 高(具體要看反饋裝置的分辨率)

　　6。矩頻特性 高速時(shí)，力矩下降快 力矩特性好，特性較硬

　　7。過(guò)載特性 過(guò)載時(shí)會(huì)失步 可3~10倍過(guò)載(短時(shí))

　　8。反饋方式 大多數(shù)為開(kāi)環(huán)控制，也可接編碼器，防止失步 閉環(huán)方式，編碼器反饋

　　9。編碼器類型 - 光電型旋轉(zhuǎn)編碼器(增量型/絕對(duì)值型)，旋轉(zhuǎn)變壓器型

　　10。響應(yīng)速度 一般 快

　　11。耐振動(dòng) 好 一般(旋轉(zhuǎn)變壓器型可耐振動(dòng))

　　12。溫升 運(yùn)行溫度高 一般

　　13。維護(hù)性 基本可以免維護(hù) 較好

　　14。價(jià)格 低 高

　　伺服系統(tǒng)分直流伺服和交流伺服。直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。

　　有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便(換碳刷)，產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)環(huán)境有要求。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。

　　無(wú)刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定。控制復(fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長(zhǎng)壽命，可用于各種環(huán)境。

　　交流伺服電機(jī)也是無(wú)刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，較高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用，以上就是關(guān)于怎么選擇伺服驅(qū)動(dòng)器的介紹。