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伺服电机(servo motor )是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降。 展开全文
伺服电机(servo motor )是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降。
信息
外文名
Servo motor
类    型
设备
中文名
伺服电机
使用场合
自动控制系统
伺服电机工作原理
1、伺服系统(servo mechanism)是使物体的位置、方位、 状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护不方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。2、交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。3、伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别:交流伺服要好一些,因为是正弦波控制,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单,便宜。
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  • 伺服电机

    2020-12-16 19:14:43
    因为决定了之后从事机器人行业,掌握伺服电机控制将是必经之路。 文章目录1分类(1)直流有刷(2)直流无刷(2)交流伺服电动机(2)永磁交流伺服电动机调试方法(1)初始化参数(2)接线(3)试方向(4)抑制零漂(5)建立闭环控制(6)...

    因为决定了之后从事机器人行业,掌握伺服电机控制将是必经之路。


    伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

    伺服系统(servo mechanism)是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。

    1分类

    按照电流成分分为直流和交流伺服电机
    直流伺服电机按照是否有电刷分为有刷和无刷
    交流伺服电机按是否是同步电机分为同步和异步
    交流伺服电机按转子是否是永磁铁分为交流伺服和永磁交流伺服

    (1)直流有刷

    直流有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护不方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

    (2)直流无刷

    无刷直流伺服电机和交流伺服电机在功能上的区别:交流伺服要好一些,因为是正弦波控制,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单,便宜。

    (3)交流伺服电动机

    交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组,一个是励磁绕组Rf,它始终接在交流电压Uf上;另一个是控制绕组L,联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。

    交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性,无“自转”现象和快速响应的性能,它与普通电动机相比,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。应用较多的转子结构有两种形式:一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子,为了减小转子的转动惯量,转子做得细长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子,杯壁很薄,仅0.2-0.3mm,为了减小磁路的磁阻,要在空心杯形转子内放置固定的内定子。空心杯形转子的转动惯量很小,反应迅速,而且运转平稳,因此被广泛采用。

    交流伺服电动机在没有控制电压时,定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场,转子静止不动。当有控制电压时,定子内便产生一个旋转磁场,转子沿旋转磁场的方向旋转,在负载恒定的情况下,电动机的转速随控制电压的大小而变化,当控制电压的相位相反时,伺服电动机将反转。

    交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,运动控制中一般都用永磁同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。

    (4)永磁交流伺服电动机

    集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展,永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向,使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较,主要优点有:

    • ⑴无电刷和换向器,因此工作可靠,对维护和保养要求低。
    • ⑵定子绕组散热比较方便。
    • ⑶惯量小,易于提高系统的快速性。
    • ⑷适应于高速大力矩工作状态。
    • ⑸同功率下有较小的体积和重量。

    2调试方法

    (1)初始化参数

    在接线之前,先初始化参数。
    在控制卡上:选好控制方式;将PID参数清零;让控制卡上电时默认使能信号关闭;将此状态保存,确保控制卡再次上电时即为此状态。
    在伺服电机上:设置控制方式;设置使能由外部控制;编码器信号输出的齿轮比;设置控制信号与电机转速的比例关系。一般来说,建议使伺服工作中的最大设计转速对应9V的控制电压。比如,山洋是设置1V电压对应的转速,出厂值为500,如果你只准备让电机在1000转以下工作,那么,将这个参数设置为111。

    (2)接线

    将控制卡断电,连接控制卡与伺服之间的信号线。以下的线是必须要接的:控制卡的模拟量输出线、使能信号线、伺服输出的编码器信号线。复查接线没有错误后,电机和控制卡(以及PC)上电。此时电机应该不动,而且可以用外力轻松转动,如果不是这样,检查使能信号的设置与接线。用外力转动电机,检查控制卡是否可以正确检测到电机位置的变化,否则检查编码器信号的接线和设置

    (3)试方向

    对于一个闭环控制系统,如果反馈信号的方向不正确,后果肯定是灾难性的。通过控制卡打开伺服的使能信号。这时伺服应该以一个较低的速度转动,这就是传说中的“零漂”。一般控制卡上都会有抑制零漂的指令或参数。使用这个指令或参数,看电机的转速和方向是否可以通过这个指令(参数)控制。如果不能控制,检查模拟量接线及控制方式的参数设置。确认给出正数,电机正转,编码器计数增加;给出负数,电机反转转,编码器计数减小。如果电机带有负载,行程有限,不要采用这种方式。测试不要给过大的电压,建议在1V以下。如果方向不一致,可以修改控制卡或电机上的参数,使其一致。

    (4)抑制零漂

    在闭环控制过程中,零漂的存在会对控制效果有一定的影响,最好将其抑制住。使用控制卡或伺服上抑制零飘的参数,仔细调整,使电机的转速趋近于零。由于零漂本身也有一定的随机性,所以,不必要求电机转速绝对为零。

    (5)建立闭环控制

    再次通过控制卡将伺服使能信号放开,在控制卡上输入一个较小的比例增益,至于多大算较小,这只能凭感觉了,如果实在不放心,就输入控制卡能允许的最小值。将控制卡和伺服的使能信号打开。这时,电机应该已经能够按照运动指令大致做出动作了。

    (6)调整闭环参数

    细调控制参数,确保电机按照控制卡的指令运动,这是必须要做的工作,而这部分工作,更多的是经验,这里只能从略了。

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    1、防爆伺服电机采用防爆接线盒且进线口采取专门防爆设计。

    2、防爆伺服电机防护等级最低为IP55,以及IP64PI65,而普通伺服电机有IPIP23、IP44、IP54、IP55、 IP56不等,故而从外形可以分辨出。

    3、防爆伺服电机名牌多了防爆Ex标志,防爆型式+设备类别+(气体组别)+温度组别防爆型式,一般应用在易燃易爆的气体和粉尘场合。

    4、防爆伺服电机外壳都是使用的非常抗爆的钢件材料。制造I类含轻金属的电机外壳的材料,按质量百分比,铝、钛和镁的总含量不允许大于15%,并且钛和镁的总含量不允许大于6%。II类含轻金属的电机外壳的材料按质量百分比,含镁量不允许大于6%。

    5、防爆伺服电机设计最大试验安全间隙为:A、B、C、和 温度组别为:(T1、T2、T3、T4、T5、T6)允许最高表面温度℃ 85>100>135>300>450

    6、温度传感器:当电机过热时,定子中内置的PTC热敏电阻会报警。

    防爆伺服电机价格和普通伺服电机也会有所差异。防爆电机价格在几千元到上万元不等。在选购防爆伺服电机时,先得了解各种不同类型防爆电机的性能和适用场合,然后要注意的是尽量选择正规厂家,这样才能保证防爆电机的质量,才能保证安全生产。

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    伺服电机编码器安装拆卸方法

    对位麻烦是伺服编码器维修和更换的技术难点,由于一般伺服电机厂家为了技术保密和防止竞争对手仿制它们的产品,都不公开伺服编码器的磁极原点对位原理,而且每家公司的伺服编码器对位原理都不一样,这样给伺服编码器的维修带来麻烦,一般采用跟一台好的编码器比较的方法进行对比,这样对一般维修公司是一种大的挑战,维修过程不再是传统的万用表能够解决问题了,需要采用数据域的维修理念来进行。另外修理过程中不要轻易拆开编码器的码盘和电路,不然可能好的东西都被搞坏了。

    注意事项

    安装时不要给轴施加直接的冲击。

    伺服电机编码器轴与机器的连接,应使用柔性连接器。在轴上装连接器时,不要硬压入。即使使用连接器,因安装不良,也有可能给轴加上比允许负荷还大的负荷,或造成拨芯现象,要特别注意。

    轴承寿命与使用条件有关,受轴承荷重的影响特别大。如轴承负荷比规定荷重小,可大大延长轴承寿命。

    不要将编码器进行拆解,这样做将有损防油和防滴性能。防滴型产品不宜长期浸在水、表面有水、油时应擦拭干净。

    振动

    加在编码器上的振动,往往会成为误脉冲发生的原因。因此,应对设置场所、安装场所加以注意。每转发生的脉冲数越多,旋转槽圆盘的槽孔间隔越窄,越易受到振动的影响。在低速旋转或停止时,加在轴或本体上的振动使旋转槽圆盘抖动,可能会发生误脉冲。

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