伺服基础培训资料

1 2 AC 伺 服 机 制 系 统伺 服 系 统 的 分 类伺 服 的 概 述伺 服 系 统 的 基 本 构 成伺 服 的 工 作 原 理伺 服 的 控 制 方 式伺 服 的 应 用课程大纲 3 1.1 伺 服 的 概 述来 源 于 动 词 ； 服 从 、 服 务 。根 据 目 标 值 的 指 令 ,迅 速 地 自 动 作 出 动 作 反 映的 电 机 。伺 服 系 统 也 可 以 称 谓 是 伺 服 机 构 。省 略 “ 机 构 ” 和 “ 机 械 装 置 ” 来 看 ， 伺 服 系 统 是 有 目的 自 行 控 制 。所 谓 控 制 ， 是 指 按 照 目 的 运 行 。 也 就 是 不 由 人 手 带 动某 些 装 置 ， 而 是 自 己 按 照 设 定 目 的 来 控 制 对 象 。 4 1.2 什 么 叫 自 动 控 制 ？自 动 控 制 的 三 种 举 例 :处 理 连 续 变 化 的 对 象 ， 如 温 度 、 圧 力 、 流 量 。如 将 维 持 水 位 等 数 值 作 为 控 制 对 象 。 通 过 电 压 和 频 率 控 制 电 线 、 纸 和 软 片 的 张 力 、以 及 将 水 车 和 涡 轮 机 的 转 速 等 保 持 到 一 定 值 作为 控 制 对 象 。工 作 母 机 的 刀 台 送 行 和 机 器 人 的 运 作 、 以 及 其他 很 多 行 业 那 样 将 机 械 的 控 制 、 物 体 的 机 械 式的 位 置 作 为 控 制 对 象 。 处 理 控 制自 动 调 整伺 服 系 统 5 1.3 什 么 叫 伺 服 系 统 ？生 活 中 自 动 控 制 的 例 子u 水 量 （ 少 、 一 半 、 7成 程 度 、 全 满 ）u 需 要 时 间 （ 需 要 点 時 間 ； 快 点 ；慢 慢 地 ）这 个 时 候 的 人 行 动扭 开 关监 视 水 龙 头 的 水 流调 节 开 关 的 大 小监 视 杯 子 里 的 水 流当 目 标 水 量 接 近 时 关 闭 开 关 眼水 道 开 关 脑 ： 提 出要 求 、 指 示 判 断 指 示开 关 的 关 闭 水 量水 流目 標 水 量 信 息人 根 据 杯 子 的 水 量 、 无 意 识 地 思 考 需 要 时 间 。 指 示 ： 手 （ 肌 肉 ） 指挥 广 州 朗 豪 自 动 化 科 技 6 从 系 统 组 成 元 件 的 性 质 来 看 : 有 电 气 伺 服 系 统 、 液 压 伺 服 系 统 和 电 气 -液 压 伺 服 系 统 及 电 气 -电 气 伺 服 系 统 等从 系 统 输 出 量 的 物 理 性 质 来 看 : 有 速 度 或 加 速 度 伺 服 系 统 和 位 置 伺 服 系 统 等从 系 统 中 所 包 含 的 元 件 特 性 和 信 号 作 用 特 点 来 看 : 有 模 拟 式 伺 服 系 统 和 数 字 式 伺 服 系 统从 系 统 的 结 构 特 点 来 看 : 有 单 回 伺 服 系 统 、 多 回 伺 服 系 统 和 开 环 伺 服 系 统 、 闭 环 伺 服 系 统 。 7 A、 开 环 -即 无 位 置 反 馈 的 系 统其 驱 动 元 件 主 要 是 功 率 步 进 电 机 或 液 压 脉 冲 马 达 。它 的 结 构 简 单 、 易 于 控 制 ， 但 缺 点 是 精 度 差 ， 低 速 不 平 稳 ， 扭 矩 小 。一 般 用 于 轻 载 负 载 变 化 不 大 或 经 济 型 数 控 机 床 上 。B、 闭 环 -误 差 控 制 随 动 随 动 系 统数 控 机 床 进 给 系 统 的 误 差 ， 是 CNC输 出 的 位 置 指 令 和 机 床工 作 台 实 际 位 置 的 差 值 。主 要 由 执 行 元 件 、 检 测 单 元 、 比 较 环 节 、 驱 动 电 路 和 机 床 5部 分 组 成 。 电 机 机 械 执 行 部 件A相 、 B相C相 、 f、 n CNC插 补 指 令 脉 冲 频 率 f脉 冲 个 数 n换 算 脉 冲 环形 分 配变 换 功 率放 大 8 半 闭 环 伺 服 系 统半 闭 环 伺 服 系 统 的 位 置 采 样 点 如图 所 示 ， 是 从 驱 动 装 置 (常 用 伺服 电 机 )或 丝 杠 引 出 ， 采 样 旋 转角 度 进 行 检 测 ， 不 是 直 接 检 测 运动 部 件 的 实 际 位 置 。位 置 控 制 调节 器 速 度 控 制调 节 与 驱 动 检 测 与 反 馈 单元位 置 控 制 单 元 速 度 控 制 单 元+ - - 电 机 机 械 执 行 部 件CNC插 补指 令 实 际位 置反 馈 实 际速 度反 馈 9 負 荷（ 球 等 ）指 令控 制 器 等 感 应 器 数 据 (位 置 ,状 態 ）駆 動（ 伺 服 马 达 ）控 制 （ 伺 服 放 大 器 ） 反 馈 器 （ 感 应 器 ）伺 服 马 达指 令 信 号（ 位 置 、 速 度 、 力 矩 ）反 馈 信 号（ 位 置 、 完 成 信 号 、状 態 信 号 ） 10伺 服 放 大 器 的 构 成 伺 服 放 大 器 的 构 成 把 供 给 为 了 以 如 指 示 的 旋 转 角 和 转 速 让伺 服 机 制 马 达 旋 转 的 电 力 （ 电 压 、 电 流 ）的 装 置 称 为 伺 服 系 统 增 幅 容 器 或 伺 服 系统 放 大 器 （ Amplifier ） ， 简 称 为 伺 服系 统 放 大 器 位 置 電 流速 度 电 流変 換 伺 服 电 机位 置 环 速 度 环電 流 环 速 度感 应 器 位 置感 应 器伺 服 系 统 放 大 器 基 本 构 成 图 11 主 回 路 部 分o整 流 单 元 （ 四 相 限 电 源 ）o逆 变 单 元o电 流 传 感 器功 率 单 元 IPM和 PIM之 分 ， 有 集 成 模 块 和 分 离 IGBT结 构 伺 服 主 回 路 和 变 频器 的 最 大 区 别 是 ：1、 过 载 倍 数2、 电 流 采 样 精 度 12 特 性 步 进 电 机 系 统 伺 服 电 机 系 统力 矩 范 围 中 小 力 矩 （ 一 般 在 20Nm以 下 ） 小 、 中 、 大 ， 全 范 围速 度 范 围 低 （ 一 般 在 2000RPM以 下 ， 大 力 矩 电 机 小 于1000RPM） 高 （ 可 达 6000RPM） ,直 流 伺 服 电 机 更 可达 12万 转 /分控 制 方 式 主 要 是 位 置 控 制 多 样 化 智 能 化 的 控 制 方 式 位 置 /转 速 /转 矩 方 式平 滑 性 低 速 时 有 振 动 （ 但 用 细 分 型 驱 动 器 则 可 明 显改 善 ） 好 ， 运 行 平 滑精 度 一 般 较 低 ， 细 分 型 驱 动 时 较 高 高 （ 具 体 要 看 反 馈 装 置 的 分 辨 率 ）矩 频 特 性 高 速 时 ， 力 矩 下 降 快 力 矩 特 性 好 ， 特 性 较 硬 过 载 特 性 过 载 时 会 失 步 可 310倍 过 载 （ 短 时 ）反 馈 方 式 大 多 数 为 开 环 控 制 ， 也 可 接 编 码 器 ， 防 止 失步 闭 环 方 式 ， 编 码 器 反 馈编 码 器 类 型 光 电 型 旋 转 编 码 器 （ 增 量 型 /绝 对 值 型 ） 光 电 型 旋 转 编 码 器 ,旋 转 变 压 器 型 响 应 速 度 一 般 快 耐 振 动 好 一 般 （ 旋 转 变 压 器 型 可 耐 振 动 ）温 升 运 行 温 度 高 一 般 维 护 性 基 本 可 以 免 维 护 较 好 价 格 低 较 高 13 14u 位 置 控 制 通 过 对 移 动 量 （ 马 达 旋 转 数 ） 的 控 制 而 达 到 任 意目 标 的 位 置 。 位 置 控 制 通 常 有 以 下 两 种 情 况 ： 控 制 只 限 于 最 终 的 位 置 的 情 况 。 （ ） 控 制 移 动 中 途 的 路 线 的 情 况 。 （ 轨 迹 控 制 、 ） 位 置 环 速 度 环 电 流 环 M+脉 冲 列 + 力 矩 指 令偏 差计 数 器 位 置 感 应上 位 机 速 度 指 令 15 速 度 控 制 通 过 对 转 速 控 制 而 达 到 任 意 目 标 转 速 。 在 速 度 控 制 时 ， 就 算 马 达 有 负 载 ， 指 令 速 度 与 实 际 速 度 差 （ 稳 定 速 度偏 差 ） 为 。 速 度 指 令 Vcmd1000马 达 转 速 (min-1) 20 产 生 力矩速 度 感 应放 大 器速 度 环 电 流 环 M+速 度 指 令（ 模 拟 量 ） + 力 矩 指 令1.15 速 度 控 制 输 入 ： 使 之 产 生 力 矩 的 指 令 值 16 放 大 器 产 生 力 矩力 矩 指 令（ 不 可 控 制 转 速 ） +负 载 扭 矩 产 生 扭 矩 马 达 被动 停 止负 载 扭 矩 产 生 扭 矩 马 达 自 行 控制 停 止负 载 扭 矩 产 生 扭 矩 停 止 负 载 力 矩TcmdTl T V0 + +Tps 1.14 力 矩 控 制 17马 达 轴转 子 （ 永 久 磁 石 ）定 子 （ 线 圈 ） 刹 车 （ 可 选 ）感 应 器 轴承 刹 车 感 应 器定 子转 子 18 （ 3） 检 测 装 置o数 字 传 感 器 增 量 型 和 绝 对 型o码 盘 刻 线 的 差 别o绝 对 式 编 码 器 2的 n次 方 道 刻 线 ， 不 受 不 受 停 电 、 干 扰 、速 度 、 电 气 响 应 的 影 响 的 ,尤 其 是 高 精 度 又 要 高 速 的 情 况下 ， 增 量 细 分 是 无 法 满 足 要 求 的 。 绝 对 法 （ 绝 对 ） 的 多 结 构 的 通道 检 测 直 言 不 讳 特 殊 代 码 到 磁盘 。 绝 对 方 式 增 量 方 式 当 光 电 编 码 器 的 轴 转 动 时 A、 B两 根 线 都 产 生 脉 冲输 出 ,A、 B两 相 脉 冲 相 差 90度 相 位 角 ， 由 此 可 测出 光 电 编 码 器 转 动 方 向 与 电 机 转 速 。 如 果 A相 脉冲 比 B相 脉 冲 超 前 则 光 电 编 码 器 为 正 转 ,否 则 为 反转 .Z线 为 零 脉 冲 线 。旋 转 盘 构 造 A B 19 20 机 械 加 工成 型 机 医 疗 器 械一 般 工 业 设 备机 器 人半 导 体 设 备 21 伺 服 系 统 之 应 用o数 控 机 床 的 应 用 同 步 能 力 ， 快 速 响 应 能 力 ， 低 速 稳 态控 制 能 力 ； 匹 配 NC控 制 器 的 能 力 ， 网 络 化 能 力等 中 高 端 产 品 的 供 应 商 集 中 在 西 门 子 、Fanuc等o主 要 是 强 调 轨 迹 控 制 和 插 补 控 制 能 力 。 22 伺 服 系 统 之 应 用o包 装 印 刷 行 业 的 应 用 同 步 控 制 能 力 ， 张 力 控 制 ， 网 络 化 能 力 等 ； 横 切 功 能 ： 飞 剪 、 追 剪 等 ； 电 子 凸 轮 功 能 无 轴 （ 电 子 轴 ） 传 动 技 术 ， 主 要 技 术 供 应 商 为 德 国 的 博世 力 士 乐 、 伦 茨 、 日 本 的 住 友 和 奥 地 利 的 贝 加 莱 ， 国 内鲜 有 公 司 具 备 此 能 力 ， 仅 北 人 和 松 德 在 做 无 轴 传 动 的 研究 开 发 。 主 要 是 同 步 控 制 23 多 关 节 机 器 人 伺 服 系 统腕 轴 、 体 轴 、 旋 回 轴 等 轴使 用 绝 对 式 编 码 器 光 诊 断 设 备CT、 MRI等 床 的 旋 转 轴 、 床 的上 下 轴 、 水 平 轴 24 伺 服 系 统 轴 定 位 、 以 及 搬 送 轴使 用 多 轴 25 金 属 加 工 伺 服 系 统 轴 轴 轴 轴 使 用 攻 丝 机 26 自 动 闸 门 机吸 入 轴吐 出 轴搬 送 轴 轴 使 用 射 出 轴夹 紧 轴计 量 轴送 出 轴 同 时 使 用电 动 注 塑 机 27 案 例 一 ： 横 切 追 剪 的 运 动 特 点 ：o在 设 定 的 同 步 区 牵 引 剪 切 部 件 的 速 度 和 送 料 速 度 一 致 ， 在 同 步 区完 成 剪 切 运 动 ， 而 不 同 的 切 割 长 度 则 通 过 调 节 非 同 步 区 的 速 度 来适 应 。 28 案 例 二 ： 排 料 29 Thanks