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  • 通过分析永磁同步电机d-q 坐标轴数学模型,提出一种交流伺服控制系统闭环辨识电机交直轴电感、定子电阻、转子磁链的方法.
  • 交流伺服系统包括:伺服驱动器、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光电编码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行。驱动器从外部接收参数信息,然后将一定电流输送给电机,通过电机转换成扭矩带动...

    交流伺服系统包括:伺服驱动器、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光电编码器)。

    所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行。驱动器从外部接收参数信息,然后将一定电流输送给电机,通过电机转换成扭矩带动负载,负载根据自己的特性进行动作或加减速,传感器测量负载的位置,使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较,然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致,当负载突然变化引起速度变化时,编码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器,驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化,并重新返回到设定的速度。

    交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统,负载波动和速度矫正之间的时间滞后响应是非常快的。

    故障分析

    以下对交流伺服电机振动故障的分析主要从机械方面和电气方面进行。

    1机械方面
    1. 电机两端和丝杠轴承座上的轴承磨损后间隙过大,或者轴承缺少润滑脂后轴承滚动体和保持架磨损严重造成负载过重。轴承磨损后间隙过大会造成电机转子中心和丝杠中心存在同轴度误差,使机械系统产生抖动。轴承滚动体和保持架磨损严重会造成摩擦力增加导致“堵转”,“堵转”在不至于导致“过载报警”的情况下,由于负载过重,会增加伺服系统的响应时间产生振动;

    2. 电机转子不平衡,电机转子的动平衡制造时有缺陷或使用后变差,就会产生形如“振动电机”一样的振动源;

    3. 转轴弯曲,转轴弯曲的情况类似于转子不平衡,除了会产生振动源也会产生电机转子中心和丝杠中心的同轴度误差,使机械传动系统产生抖动;

    4. 联轴器制造缺陷或使用后磨损会造成联轴器两部分的同轴度误差,特别是使用铸造的刚性联轴器,由于本身的制造精度差,更容易产生同轴度误差导致振动;

    5. 导轨的平行度在制造时较差会导致伺服系统无法到达指定位置到无法停留在指定位置,这时伺服电机会不停的在努力寻找位置和系统反馈间徘徊,使电机连续的振动;

    6. 丝杠与导轨平面的平行度误差,丝杠在安装过程中与导轨所在平面有平行度误差也会使电机由于负载不均匀产生振动;

    7. 丝杠弯曲,丝杠弯曲后丝杠除了受到轴向推力外还会受到变化的径向力,弯曲大时径向力大,弯曲小时径向力小,同样这种不应该存在的径向力也会使机械传动系统产生振动。

    2电气方面

    导致交流伺服电机电气方面的原因主要是伺服驱动器的参数调整上。

    1. 负载惯量,负载惯量的设置一般与负载的大小有关,过大的负载惯量参数会使系统产生振动,一般的交流伺服电机可以自动测量系统的负载惯量;

    2. 速度比例增益,设置值越大,增益越高,系统刚度越大,参数值根据具体的伺服驱动器型号和负载情况确定,一般情况下,负载惯量越大,设定值越大,在系统不产生振动的情况下,设定值尽量较大,但是增益越大,偏差越小,越容易产生振动;

    3. 速度积分常数,一般情况下负载惯量越大,设定值越大,系统不产生振动的情况下,设定值尽量较小,但是降低积分增益会使机床响应迟缓,刚性变差;

    4. 位置比例增益,设置值越大,增益越高,刚度越大,相同频率指令脉冲条件下,位置滞后量越小,数值太大可能会引起电机振动;

    5. 加速度反馈增益,电机不转时,很小的偏移会被速度环的比例增益放大,速度反馈产生相应的转矩,使电机来回抖动。

    解决办法

    知道了那些方面会导致交流伺服电机产生振动故障,实际维修中如何将故障范围进一步缩小进而锁定故障原因是个难点,需要结合具体的现场信息来综合判断。

    1

    故障发生在新设备开机调试后,发生在这个时段内的故障最复杂,可能是由于机械制造方面的原因,也有可能是参数调整不正确的原因,需要一步步的排除,排除的原则是先排除简单的原因,后排除复杂的,如果是数控系统装有两台以上相同的驱动器和交流伺服电机,其中一台电机产生振动,可以采用最简单的“对换法”将两台交流伺服电机的伺服驱动器对换,利用此法可以快速判断问题是否出在伺服驱动器参数设置上。

    2

    故障发生在设备运行使用很长时间以后,这种情况基本可以排除伺服驱动器参数设置问题,因为如果参数设置不当,早就应该反映出问题了。

    3

    故障发生在刚刚开机后,如果刚刚开机交流伺服电机就产生振动,这种情况下可以确定是在数控系统自动寻在机床原点时发生了机械卡阻导致电机不能到达指定位置或到达指定位置后产生反复,这种情况下一般是机械故障。

    4

    故障发生在机床正在加工工件时,这样的情况首先考虑是由于加工时负载增加而导致的振动,围绕负载增加检查原因。

    5

    故障连续规律发生或断续无规律发生,故障连续发生时说明导致电机振动的故障原因一直存在,而断续无规律发生时说明导致电机振动的故障原因有时会发生变化,这种情况如果负载没有很大的变化基本可以排除伺服驱动器参数设置的原因。

    导致交流伺服电机的振动故障是多方面复杂的原因,从实际操作中总结发现机械故障或机械故障导致的电机故障原因比例较大,在排除这类故障时需要掌握交流伺服系统的工作原理,了解哪些原因容易引起电机振动故障,同时结合现场情况综合判断,才能彻底解决交流伺服电机的振动故障。

    延伸阅读

    什么是工件原点?什么是机械原点?

    机械在做绝对运动定位时,必须要有个原点(参考点或零点),在不同的机械控制要求中,原点的给定方式也有所不同,通常分为机械原点和工件原点。

    机械原点也称物理参考点,是实际存在一个物理输入信号,安装在机械上的一个行程开关或接近开关,只要不改变信号的安装位置,机械零点是固定不变的。但是只有信号输入,系统也并不知道信号所在的位置,这就需要搜寻参考点信号,搜寻参考点方式有很多种,不同品牌有一定的差异,大致分为两类。

    一是只通过原点信号确定原点。

    当启动回原点操作,电机会以比较快的速度开始启动搜寻原点,方向可以是正向也可以是负向(一般为负向),当碰到原点信号,减速到停止再以慢速离开原点信号(通常是正向),当感应到原点信号的下降沿后,加载一定的偏移量停止,这样确定的才是真正的原点。这种回原点方式无论选用的是机械式行程开关,还是接近开关或光电开关,回原点的精度都不太高,容易收到外界环境因素的影响,精度一般只能达到丝级别以上,步进系统通常采用这种方式。

    -----------------------------------------------------------

    二是通过原点信号再加编码器Z相辅助确定原点。

    启动回原点操作,电机和第一种方式一样,但是检测到原点信号后,再搜寻到第一个编码器Z相信号后,再加载偏移量。通过这种方式确定的原点精度比较高,常用于伺服系统中。

    工件零点也称虚拟零点或程序零点,并没有实际存在的信号,只是在编程过程中通过程序将某个位置定义成参考零点,适用于需要经常改变原点位置的设备。

    一般一台设备上只有一种方式的原点,也有些设备上两种方式的原点都存在,总之都是为了控制起来方便实用。

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  • 电源种类: 直流电机(DC)、交流电机(AC)、交直流两用电机(Universal) 有刷直流电机(BDC)、 无刷直流电机(BLDC)、、 无刷电机: 转子永磁场、定子电磁场。 电机参数 额定电压 额定电流 空载...

     

    目录

    一、电机基本结构与工作原理

    二、直流电机

    有刷直流电机(BDC)主要参数

    控制转速

    三、arduino驱动直流电机

    四、步进电机

    双极性步进电机

    步进电机基本参数

    步进电机分类


     

     

    一、电机基本结构与工作原理

    普通直流电机(DC)

    • 有刷直流电机(BDC)
    • 无刷直流电机(BLDC)

    交流电机(AC)

    步进电机

    伺服电机(舵机)

     

     

    基本原理,其实总结起来就是电磁感应

     

     

    电源种类:    直流电机(DC)、交流电机(AC)、交直流两用电机(Universal)

     

    有刷直流电机(BDC)、 无刷直流电机(BLDC)、、

     

    无刷电机:   转子永磁场、定子电磁场。

     

    二、直流电机

     

     

    有刷直流电机(BDC)主要参数

     

    额定电压

    额定电流

     

    空载转速:没有任何负载情况下的转速。

    电机符号       圈M

     

    BDC转向控制:调换正负极

    除了调换正负极之外,还有一种方法,就是:H桥电路。

     

    控制转速

     

    可以调节电压的大小,来调节转速,还可以使用PWM。

     

     

    三、arduino驱动直流电机

     

    XY-2.5AD电机控制模块 :双H桥电路。

     

    悬空状态为低电平。

     

     

    四、步进电机

     

    步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移开环控制电机,广泛应用于3D打印,机器人开发等领域。

    NEMA17(42步进电机)

    28BYJ-48步进电机

    这两种电机相对创客制作来说是最流行的两款步进电机。

     

     

    步进电机的优点:

    • 可精确控制电机输出轴角度。
    • 低速运行时可获得更高的扭矩。
    • 开环控制/性价比高。

     

    步进电机主要部件:

     

    定子   

    转子

    • 有磁性
    • 无磁性

    步进电机基本原理:

     

    • 通电后线圈将产生电流
    • 线圈电流将产生电磁场
    • 转子在电磁场作用下转动

     

     

     

    双极性步进电机

    改变线圈的极性

    4条引线,,输出扭矩高,控制电路相对复杂

     

    单极性步进电机

    线圈中间多了个引线

     

    中间导线总是接电源正极或接地

    对相应的定子导线接地

    6线单级性 

    5线单极性

     

    输出扭矩低,控制电路相对简单。

     

     

     

    步进电机基本参数

     

    定位转矩:电机不通电时,转子自身的锁定力矩。

    保持转矩(静力矩):电机通电但没有转动时,定子锁定转子的力矩。

    相数:可独立通电的定子电磁圈数。     几个线圈(连在一起的线圈称为一个相),几相,,几条线,几线    比如:两相四线

     

    通过接线图可以看出来有几个线圈,几相。

     

     

     

    步进电机分类

    永磁式步进电机(Permanent Magnet Stepper):

    反应式步进电机(Variable Reluctance Stepper): 反映式步进电机的转子用软磁材料制成,软磁材料易于被周围磁场吸引但自身不具有任何磁性。

    全步进、     半步进。   

    混合式步进电机(Hybird Stepper)

     

    1.8度

    合在一起之后:

     

    转子50

    定子48

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

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  • 交流电机参数为:定子电阻4.25欧姆,转子电阻3.24欧姆,定子电感0.666亨,转自电感0.671亨,定、转子互感0.65亨,转动惯量0.02NM^2.Simulink最大仿真步长为1e-3,其它参数默认。仿真的部分结果如图所示。
  • 摘要: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...

    摘要: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。

    关键词:伺服电动机 单相异步电动机 性能比较

    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。目前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。

    二、永磁交流伺服电动机

    20世纪80年代以来,随着集成电路、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,各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。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。90年代以后,世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。

    1、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、伺服电动机与单相异步电动机比较

    交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似,但前者的转子电阻比后者大得多,所以伺服电动机与单机异步电动机相比,有三个显著特点:

    (1)起动转矩大

    由于转子电阻大,与普通异步电动机的转矩特性曲线相比,有明显的区别。它可使临界转差率S0>1,这样不仅使转矩特性(机械特性)更接近于线性,而且具有较大的起动转矩。因此,当定子一有控制电压,转子立即转动,即具有起动快、灵敏度高的特点。

    (2)运行范围较广

    (3)无自转现象

    正常运转的伺服电动机,只要失去控制电压,电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后,它处于单相运行状态,由于转子电阻大,定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性(T1-S1、T2-S2曲线)以及合成转矩特性(T-S曲线)

    交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性,并且由于转子电阻大,损耗大,效率低,因此与同容量直流伺服电动机相比,体积大、重量重,所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。

    性能比较

    三、伺服电机与步进电机的性能比较

    步进电机作为一种开环控制的系统,和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。

    1、控制精度不同

    两相混合式步进电机步距角一般为1.8°、0.9°,五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如三洋公司生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。

    交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以三洋全数字式交流伺服电机为例,对于带标准2000线编码器的电机而言,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为360°/8000=0.045°。对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°,是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

    2、低频特性不同

    步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。

    交流伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能,可检测出机械的共振点,便于系统调整。

    3、矩频特性不同

    步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作转速一般在300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。

    4、过载能力不同

    步进电机一般不具有过载能力,交流伺服电机具有较强的过载能力。以三洋交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩,便出现了力矩浪费的现象。

    5、运行性能不同

    步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。

    综上所述,交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以,在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素,选用适当的控制电机。

    (作者单位:石家庄铁路运输学校)

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    直流电机

    电枢回路中的电平衡方程:

    这个方程贯穿了整个直流电机的学习过程,从上式可以看出,n与T为线性关系,同时,改变参数U和Ra的值能改变电机平衡电的状态,

    但这个式子只能描述电机平衡时的工作状态,不能反映电机的瞬态过程。电机平衡状态发生变化时电机转速不能突变(能量不能突变)。

    交流电机

    交流电机的定子通上交流电产生旋转磁场使得转子线圈中产生感应电流,感应电流在磁场中受安培力而使得转子转动。

    有个疑问就是定子中铁芯有磁滞现象,当定子线圈中电流方向急剧变化(50HZ)时,磁滞现象是否会对旋转磁场产生影响。

     

    转载于:https://www.cnblogs.com/liangdiaonumberone/p/6517479.html

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交流电机参数