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浙江东能电子科技有限公司
交流伺服知识问答
问（1）：交流伺服系统简介？
伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。在20世纪60年代，最早是直流电机作为主要执行部件，在70年代以后，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。
交流永磁同步伺服驱动系统（以下简称伺服系统），是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，例如数控机床等。使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量（ 使用在机电系统中的伺服电机的转动惯量较大，为了能够和丝杠等机械部件直接相连。伺服电机有一种专门的小惯量电机，为了得到极高的响应速度。但这类电机的过载能力低，当使用在进给伺服系统中时，必须加减速装置。转动惯量反映了系统的加速度特性，在选择伺服电机时，系统的转动惯量不能大于电机转动惯量的3倍。）较大等特点，这类专用的电机称为伺服电机。当然，其基本工作原理和普通的交直流电机没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元，有时简称为伺服，一般其内部包括电流、速度和位置闭环。
伺服系统，是基于国外高端伺服技术开发出适合于国内环境的伺服驱动系统，具有性能优异、可靠性强，广泛应用于数控机床、织袜机械、纺织机械、绣花机、雕刻机械等领域，在这些要求高精度高动态性能以及小体积的场合，应用交流永磁同步电机（PMSM）的伺服系统具有明显的优势。其中，PMSM具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特性和效率都很高。交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方面来衡量。伺服系统调速范围一般的在1:5000～1:10000；定位精度一般都要达到±1个脉冲；稳速精度，尤其是低速下的稳速精度，比如给定1rpm时，可以达到±0.01rpm以内；动态响应方面，通常衡量的指标是系统最高响应频率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后不超过90°或者幅值不小于50％。应用在特定要求高的一些场合，目前国内主流产品的频率在200～500Hz。运行稳定性方面，主要是指系统在电压波动、负载波动、电机参数变化、上位控制器输出特性变化、电磁干扰、以及其他特殊运行条件下，维持稳定运行并保证一定的性能指标的能力。

问（2）：交流伺服系统组成？

伺服系统的组成

1. 上位机
上位机通过控制端口发送指令（模拟指令或脉冲指令）给驱动器。驱动器跟随外部指令来执行，同时驱动器反馈信号给上位机。下面简要介绍下我们公司根据市场需求开发的车削数控系统产品——东能Fa系列车床数控系统。
东能Fa系列车床数控系统采用intel高性能微处理器及大规模数控专用集成电路为核心，双 CPU并行处理技术，可控制数字交流伺服驱动单元（半闭环）或混合式步进电机驱动单元（双极恒流加细分）并采用多层 PCB 工艺、高密度贴片元件，6 英寸 LCD显示器，铝合金立体操作面板。系统控制单元与驱动可独立安装且连接简单，便于用户进行系统集成。
为了便于用户熟悉和掌握东能数控 Fa 系列车削数控系统的使用，我们编写了《Fa车床数控系统·操作手册》、《Fa 车床数控系统·编程手册》和《Fa 车床数控系统·连接手册》。本编程手册共二章：第一章简要介绍系统的性能指标，第二章详细介绍系统的指令集及编程。
东能数控 Fa 系列车床数控系统具有以下特点 ：
☆内建各进给轴和主轴实际位置反馈电路，可控制 2 个进给轴和 1 个主轴。
☆具有汉字菜单人机界面，动态图形跟踪显示。
☆加工指令丰富，有直线、圆弧插补、公／英制内外柱面、端面、锥面、单／多头螺纹插补指令和恒线速进给控制；
☆指令代码符合 ISO 国际标准；
☆补偿能力强，具有刀具长度补偿、反向间隙补偿功能和丝杠螺距误差补偿。
☆可实现系统与 PC 机之间用户加工程序的双向传输；
☆系统具有自动、手动连续、手动增量、手脉等多种工作方式；
☆支持辅助扩展面板以及外接手轮；
☆系统控制单元与驱动可独立安装且连接简单，便于用户进行系统集成。

2. 驱动器
伺服驱动器是用来控制伺服电机的,是伺服电机的控制部分。伺服驱动器大体可以划分为功能比较独立的两个模块：驱动模块和控制模块两部分。驱动模块是强电部分，用于电机的驱动，同时也为控制模块提供直流电源；控制模块是弱电部分，是电机的控制核心，也是伺服驱动器的技术核心（控制算法）的远行载体。其功能是完成伺服系统的闭环控制，包括力矩、速度和位置等。一般伺服都有三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式 。
速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。位置控制是通过发脉冲来控制的。如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。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，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。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。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如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，这一般只是高端专用控制器。以下分别介绍下这三种控制方式：
1、位置控制：
位置控制模式一般是通过外部输入的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，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。应用领域：如数控机床、纺织机械、印刷机械等等。
2、速度模式：
通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。
3、转矩控制：
转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。

3. 永磁同步电机
PMSM作为执行元件，把收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。其工作原理为: 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U、V、W三相电形成的电磁场，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相比较，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）。所谓交流同步电机，就是转子是由永磁材料构成，所以转动后，随着电机的定子旋转磁场的变化，转子也做响应频率的速度变化，而且转子速度=定子速度，所以称“同步”。 其同步转速年n=60f/2p，其中2p为极对数。额定转速以下输出恒转矩，额定转速以上输出恒功率。
问（3）：交流伺服工作原理？
交流永磁同步电机（PMSM）作为执行元件，把收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。交流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）。所谓交流同步电机，就是转子是由永磁材料构成，所以转动后，随着电机的定子旋转磁场的变化，转子也做响应频率的速度变化，而且转子速度=定子速度，所以称“同步”。 其同步转速年n=60f/2p，其中2p为极对数。额定转速以下输出恒转矩，额定转速以上输出恒功率。伺服原理结构框图如下图所示：

伺服原理结构框图
问（4）：步进电机和交流伺服电机比较？
答：步进电机是一种离散运动的装置，它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。
一、控制精度不同
两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、 1.8°，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步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三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。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500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°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89″。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
二、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（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。
三、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。
四、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。以松下交流伺服系统为例，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。
五、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。
六、速度响应性能不同
步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。
问（5）：变频器和交流伺服的比较？
伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。变频是伺服控制的一个必须的内部环节，伺服驱动器中同样存在变频（要进行无级调速）。但伺服将电流环速度环或者位置环都闭合进行控制，这是很大的区别。除此外，伺服电机的构造与普通电机是有区别的，要满足快速响应和准确定位。现在市面上流通的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，但这种电机受工艺限制，很难做到很大的功率，十几KW以上的同步伺服价格及其昂贵，这样在现场应用允许的情况下多采用交流异步伺服，这时很多驱动器就是高端变频器，带编码器反馈闭环控制。所谓伺服就是要满足准确、精确、快速定位，只要满足就不存在伺服变频之争。
变频最早只是用来调速，无论同步还是异步电机都可以用，并不用来完成精确定位跟踪的工作，但近年来，高端变频器技术在不断发展，配合机电时间常数小的电机也能完成伺服的精确定位跟踪的功能，特别是在大功率场合（异步伺服有价格优势）。伺服本身的功能就是精确快速定位跟踪，变频器做到这种程度那就是伺服。伺服与变频的一个重要区别是:：变频可以无编码器,伺服则必须有编码器，作电子换向用。
一、两者的共同点：
交流伺服的技术本身就是借鉴并应用了变频的技术，在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的，也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节：变频就是将工频的50、60HZ的交流电先整流成直流电，然后通过可控制门极的各类晶体管（IGBT等）通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的波形类似于正余弦的脉动电，由于频率可调，所以交流电机的速度就可调了（n=60f/p ，n转速，f频率， p极对数）
二、谈谈变频器：
简单的变频器只能调节交流电机的速度，这时可以开环也可以闭环要视控制方式和变频器而定，这就是传统意义上的V/F控制方式。现在很多的变频已经通过数学模型的建立，将交流电机的定子磁场UVW三相转化为可以控制电机转速和转矩的两个电流的分量，现在大多数能进行力矩控制的著名品牌的变频器都是采用这样方式控制力矩，UVW每相的输出要加霍尔效应的电流检测装置，采样反馈后构成闭环负反馈的电流环的PID调节；ABB的变频又提出和这样方式不同的直接转矩控制技术，具体请查阅有关资料。这样可以既控制电机的速度也可控制电机的力矩，而且速度的控制精度优于v/f控制，编码器反馈也可加可不加，加的时候控制精度和响应特性要好很多。
三、谈谈伺服：
伺服驱动器在发展了变频技术的前提下，在驱动器内部的电流环，速度环和位置环（变频器没有该环）都进行了比一般变频更精确的控制技术和算法运算，在功能上也比传统的变频强大很多，主要的一点可以进行精确的位置控制。通过上位控制器发送的脉冲序列来控制速度和位置（当然也有些伺服内部集成了控制单元或通过总线通讯的方式直接将位置和速度等参数设定在驱动器里），驱动器内部的算法和更快更精确的计算以及性能更优良的电子器件使之更优越于变频器。
四、电机方面：
伺服电机的材料、结构和加工工艺要远远高于变频器驱动的交流电机（一般交流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机），也就是说当驱动器输出电流、电压、频率变化很快的电源时，伺服电机就能根据电源变化产生响应的动作变化，响应特性和抗过载能力远远高于变频器驱动的交流电机，电机方面的严重差异也是两者性能不同的根本。就是说不是变频器输出不了变化那么快的电源信号，而是电机本身就反应不了，所以在变频的内部算法设定时为了保护电机做了相应的过载设定。当然即使不设定变频器的输出能力还是有限的，有些性能优良的变频器就可以直接驱动伺服电机！
五、应用
　　由于变频器和伺服在性能和功能上的不同，所以应用也不大相同：
　　1、在速度控制和力矩控制的场合要求不是很高的一般用变频器，也有在上位加位置反馈信号构成闭环用变频进行位置控制的，精度和响应都不高。现有些变频也接受脉冲序列信号控制速度的，但好象不能直接控制位置。
　　2、在有严格位置控制要求的场合中只能用伺服来实现，还有就是伺服的响应速度远远大于变频，有些对速度的精度和响应要求高的场合也用伺服控制，能用变频控制的运动的场合几乎都能用伺服取代。
综上所述，伺服是一个闭环控制系统，而变频器通常工作于开环控制，所以无论从速度还是精度上，变频器都无法和伺服相比；不过,高端闭环矢量变频器精度也能满足很多应用场合.大功率情况，例如100KW的电机，用伺服就太贵了。用变频器上的编码器信号反馈到上端的运动控制器，也可实现(位置)闭环控制.尽管动态性能变频器比不上伺服，但稳态精度也不差.和伺服一样，取决于连接系统的机械特性和编码器分辨率.。
问（6）：交流伺服电机和普通电机的比较？
1、根据电机的不同应用领域，电机的种类很多，交流伺服电机属于控制类电机。伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。伺服电机的构造与普通电机是有区别的，带编码器反馈闭环控制，能满足快速响应和准确定位。现在市面上流通的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，这种电机受工艺限制，很难做到很大的功率，十几千瓦以上的同步伺服电机价格很贵，在这样的现场应用，多采用交流异步伺服电机，往往采用变频器驱动。
2、电机的材料、结构和加工工艺，交流伺服电机要远远高于变频器驱动的交流电机（一般交流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机）。就是说当伺服驱动器输出电流、电压、频率变化很快时，伺服电机能产生响应的动作变化，响应特性和抗过载能力远远高于变频器驱动的交流电机。当然不是说变频器输出不了变化那么快的电源信号，而是电机本身就反应不了，所以在变频器的内部算法设定时为了保护电机做了相应的过载设定。

3、交流电机一般分为同步和异步电机：
（1）、交流同步电机：就是转子是由永磁材料构成，所以转动后，随着电机的定子旋转磁场的变化，转子也做响应频率的速度变化，而且转子速度=定子速度，所以称“同步”。
（2）、交流异步电机：转子由感应线圈和材料构成。转动后，定子产生旋转磁场，磁场切割定子的感应线圈，转子线圈产生感应电流，进而转子产生感应磁场，感应磁场追随定子旋转磁场的变化，但转子的磁场变化永远小于定子的变化，一旦等于就没有变化的磁场切割转子的感应线圈，转子线圈中也就没有了感应电流，转子磁场消失，转子失速又与定子产生速度差又重新获得感应电流。所以在交流异步电机里有个关键的参数是转差率就是转子与定子的速度差的比率。
问（7）：交流同步伺服的额定转速与哪些要素有关？
答：n=60f/2p 其中n表示电机转速，f表示频率，p表示电机的极对数对数（极数是极对数的两倍）
电机额定转速以下输出恒转矩，额定转速以上输出恒功率， 额定转速可以由几个方面决定：同步伺服的反电势高低、电机铁心材料允许的驱动电流交变频率、额定转矩下电机的最大功率、最高温升等，最主要还是反电势。
问（8）：交流伺服电机额定转速、额定转矩和额定功率之间的关系？
答：
W：电机额定功率，单位为W；
M：电机额定转矩，单位为NM；
N：电机额定转速，单位为转/分。
例如：130ST-M10015型电机，其转矩为10N·M，转速为1500转／分；
按照上面计算公式：W=(10×1500) ×2×3.14÷60÷1000=1.57（KW）
问（9）：位置控制电子齿轮比的换算？
以带轮等传动情况为例，电子齿轮比G的计算方法如下：

Ppulse: 电机每转脉冲数。指电机旋转一圈电机反馈元件反馈的的脉冲数。如2500的增量编码器，其反馈到驱动器的脉冲数为2500×4=10000；
M： 脉冲计算当量(mm)。指上位控制器的分辨率；
L： 丝杆螺距(mm)；
i： 机械齿轮比

例如：上位控制器脉冲当量为0.001mm；机械减速比为：i=从动轮/主动轮＝36／24；丝杆螺距为6mm；电机编码器为2500P/r，每转编码器反馈脉冲数为2500×4＝10000。

则根据上面公式计算得

＝
问（10）：伺服原点信号回原点的原理？
答：有关伺服原点信号回原点的问题。找零的方法有很多种，可根据所要求的精度及实际要求来选择。可通过上位机配合伺服完成，但回原点的原理基本上常见的有以下几种。一、伺服电机寻找原点时，当碰到原点开关时，马上减速停止，以此点为原点。二、回原点时直接寻找编码器的Z相信号，当有Z相信号时，马上减速停止。
问（11）：伺服电机的码盘部分用户可以拆开吗？
答：禁止拆开，因为码盘内的石英片（玻璃码盘）很容易破裂，且进入灰尘后，寿命和精度都将无法保证，需要专业人员检修。伺服电机工作时带动动光栅高速旋转（可达3000rpm或更高），动光栅和静光栅之间只有十几丝的间隙，再加上电机运行时有震动、电机轴承油隙形成电机轴“串动”等，故动静光栅安装的要非常平行、平整、运行平稳，否则动光栅和静光栅的相对运动就容易磨擦，造成电机编码器故障（俗称“刮盘”）而且无法修复只能将电机内的编码器报废。由此也不难理解，安装编码器的伺服电机的后壳部分都有明显标识：禁止敲击！但实际应用中，还是有用户因种种原因，电机安装/或拆卸时用榔头敲，这样很容易造成电机码盘损坏。
问（12）：伺服电机用户可以拆开检修或改装吗？
答：不可以，最好让我们伺服厂家来做拆开后没有专业设备很难安装回原样，电机的转定子间的间隙无法保证。码盘安装角度有也需要调整。磁钢材料的性能被破坏，甚至造成失磁，电机力矩大大下降。

问（13）：减速机的工作原理?
答：交流伺服电机有专用的减速机。减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能，一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。
问（14）：减速器为什么不能和电机正好相配在标准转矩点?
答：如果考虑到电机产生的经过减速器的最大连续转矩，许多减速比会远远超过减速器的转矩等级。如果我们要设计每个减速器来匹配满转矩，减速器的内部齿轮会有太多组合(体积较大、材料多)。这样会使得产品价格高，且违反了产品的“高性能、小体积”原则。考虑到交流伺服驱动器内部在位置指令模式下，还有电子齿轮（电子齿轮比G：推荐范围（1/50≤G≤50），可以很方便地和各种脉冲源相匹配，以达到用户理想的控制分辩率（即角度/脉冲）。通过和机械减速器配合，既可实现精确定位，又可满足超大转矩连续输出。
问（15）：伺服电机选择一般需要考虑的要素?
1. 电机的最高转速
电机选择首先考虑电机的最高转速。电机转速应严格控制在电机的额定转速之内。
2. 惯量匹配问题
为了保证足够的角加速度使系统反应灵敏和满足系统的稳定性要求, 负载惯量应限制在2.5倍电机惯量之内
3. 空载加速转矩
空载加速转矩发生在执行部件从静止以阶跃指令加速到快速时，一般应限定在驱动系统最大输出转矩的80% 以内。
4. 切削负载转矩

在正常工作状态下，切削负载转矩不超过电机额定转矩的80%。
5. 连续过载时间
连续过载时间应限制在电机规定过载时间3s之内。

问（16）：伺服电机的几种制动方式和比较?
有时候我们容易对电磁制动、再生制动、动态制动的作用混淆，选择了错误的配件。
　　动态制动器由动态制动电阻组成，在故障、急停、电源断电时通过能耗制动缩短伺服电机的机械进给距离。
　　再生制动是指伺服电机在减速或停车时将制动产生的能量通过逆变回路反馈到直流母线,经阻容回路吸收。
　　电磁制动是通过机械装置锁住电机的轴。
　　三者的区别
　　(1)再生制动必须在伺服器正常工作时才起作用，在故障、急停、电源断电时等情况下无法制动电机.。动态制动器和电磁制动工作时不需电源。
　　(2)再生制动的工作是系统自动进行，而动态制动器和电磁制动的工作需外部继电器控制。
　　(3)电磁制动一般在使能关断后启动，否则可能造成放大器过载。动态制动器一般在使能关断或主回路断电后启动,　否则可能造成动态制动电阻过热。
　　选择配件的注意事项
　　(1)有些系统如传送装置，升降装置等要求伺服电机能尽快停车。而在故障、急停、电源断电时伺服器没有再生制动无法对电机减速。同时系统的机械惯量又较大，这时需选用动态制动器动态制动器的选择要依据负载的轻重，电机的工作速度等。
　　(2)有些系统要维持机械装置的静止位置需电机提供较大的输出转矩且停止的时间较长，如果使用伺服的自锁功能往往会造成电机过热或放大器过载.这种情况就要选择带电磁制动的电机。
　　(3)伺服器有内置的再生制动单元， 但当再生制动较频繁时可能引起直流母线电压过高，这时需另配再生制动电阻。　再生制动电阻是否需要另配，配多大，请咨询我司。联系电话：[phone]
问（17）：如何检测伺服系统?
方法1：观察法
  观察法是最基本的维修检查方法，主要指维修技术人员凭借视觉和触觉，通过对机器的仔细观察，再与系统正常工作时情况进行对比，从而缩小故障范围或直接找到故障部位。例如：观察控制器及显示屏表面有无伤痕，插头有无脱落，引线是否断开，电路板的元器件是否出现烧焦、断脚、引脚相碰等情况。
  方法2：系统自动检测法
  如今电控系统一般都有智能自动检测故障的功能，我们可以根据系统的不同报警编码来确定系统出现的是什么故障，进一步确定是哪一部位出现了问题。
  确定故障代码后，我们可以采用相应的处理方法来维修，不同品牌的电控系统可能采用不同的故障代码，但其故障的具体类别差异不大。此外，电控系统的说明书上也标有明显、具体的注释。
  方法3：代替法
  代替法是最有效的缩小故障范围维修检查方法，即通过用新部件来替换设备上的相应零部件，以判断零件是否存在故障，故障的部位或故障的具体元器件。维修时应从大的部件开始，一步步替换排除，直到查出故障。这种方法主要用在配件充足或有完好的电控系统可调换的情况下。
  例如，维修交流伺服系统时先要判断是否是系统问题，一般采取调换正常控制箱的方法，判断故障是否是机械或控制箱的问题。
  方法4：开路检查法
  开路检查法就是将控制系统中的某功能回路断开，观察控制系统的工作情况，以缩小故障范围。例如：电控系统的电磁铁功能出现故障报警，可以通过断开电磁铁接头或者进一步断开电磁铁的供电电压，以判断是否其他回路有故障。
  方法5：电压测量法
  交流伺服控制器在正常工作时，机器中各点的工作电压表示了一定范围内机器的工作情况，当出现故障时工作电压必然发生改变。测量电压法就是用万用表检测机器中各接插头及电路板各测试点的工作电压是否有偏大或者偏小，根据电压的异常情况来判断具体的故障原因。测量时注意要用万用表不同的档位来测量交流电压和直流电压。
  测量电压法通常是在机器带电情况下测量，因此要注意单手操作，安全第一。例如：电控系统开机没有反应，就需要在上电的情况下，从开关到电路板逐一测量，直到找出断路的节点。
  方法6：电阻测量法
  测量电阻法是通过万用表的欧姆档检测线路的通与断、电阻值的大小，来判断具体的故障原因。一个工作正常的控制器在未通电的情况下，有些线路是通路，有些是开路，有的是有一定的电阻值。当非正常工作时，其阻值状态发生变化，用测量电阻法查出这些变化，并根据变化判断故障的部位。
  切记测量电阻时，通常是在控制器不带电的情况下操作。例如，电磁铁的检测就是通过万用表的欧姆档测量其阻值是否在正常范围内来判断其是否正常工作。
  方法7：电流测量法
  测量电流法是通过测量控制器中某测试点工作电流的大小来判断故障的部位。在测量中要先断开原线路，检查完毕后要恢复原线路。电流测量法比电压测量法操作麻烦，所以应首先选择测量电压法，必要时再用电流测量法。
问（18）：运动控制卡连接伺服电机的一般步骤?
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。
　　在伺服驱动器上：设置控制方式；设置使能由外部控制；编码器信号输出的分频比；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转速对应DC10V的控制电压。
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。这是伺服应该以一个较低的速度转动，这就是电压模拟量给定的的“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，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。

问（19）：伺服系统定位误差形成原因与克服办法?
通常情况下，伺服系统控制过程为：升速、恒速、减速和低速趋近定位点，整个过程都是位置闭环控制。减速和低速趋近定位点这两个过程，对伺服系统的定位精度有很重要的影响。减速控制具体实现方法很多，常用的有指数规律加减速算法、直线规律加减速算法。指数规律加减速算法有较强的跟踪能力，但当速度较大时平稳性较差，一般适用在跟踪响应要求较高的切削加工中。直线规律加减速算法平稳性较好，适用在速度变化范围较大的快速定位方式中。选择减速规律时，不仅要考虑平稳性，更重要的是考虑到停止时的定位精度。从理论上讲，只要减速点选得正确，指数规律和线性规律的减速都可以精确定位，但难点是减速点的确定。通常减速点的确定方法有：　
（1）如果在起动和停止时采用相同的加减速规律，则可以根据升速过程的有关参数和对称性来确定减速点。　
（2）根据进给速度、减速时间和减速的加速度等有关参数来计算减速点，在当今高速CPU十分普及的条件下，这对于CNC的伺服系统来说很容易实现，且比方法（1）灵活。
问（20）：永磁同步伺服电机（PMSM）驱动器原理?
随着现代电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、永磁材料技术、交流可调速技术及控制技术等支撑技术的快速发展，使得永磁交流伺服技术有着长足的发展。永磁交流伺服系统的性能日渐提高，价格趋于合理，使得永磁交流伺服系统取代直流伺服系统尤其是在高精度、高性能要求的伺服驱动领域成了现代电伺服驱动系统的一个发展趋势。永磁交流伺服系统具有以下等优点：
●电动机无电刷和换向器，工作可靠，维护和保养简单；
●定子绕组散热快；
●惯量小，易提高系统的快速性；
●适应于高速大力矩工作状态；
●相同功率下，体积和重量较小，广泛的应用于机床、机械设备、搬运机构、印刷设备、装配机器人、加工机械、高速卷绕机、纺织机械等场合，满足了传动领域的发展需求。
永磁交流伺服系统的驱动器经历了模拟式、模式混合式的发展后，目前已经进入了全数字的时代。全数字伺服驱动器不仅克服了模拟式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等确定，还充分发挥了数字控制在控制精度上的优势和控制方法的灵活，使伺服驱动器不仅结构简单，而且性能更加的可靠。现在，高性能的伺服系统，大多数采用永磁交流伺服系统其中包括永磁同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。伺服驱动器有两部分组成：驱动器硬件和控制算法。控制算法是决定交流伺服系统性能好坏的关键技术之一，是国外交流伺服技术封锁的主要部分，也是在技术垄断的核心。
交流永磁伺服系统的基本结构
交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，其结构组成如图1所示。其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。我们的交流永磁同步驱动器其集先进的控制技术和控制策略为一体，使其非常适用于高精度、高性能要求的伺服驱动领域，还体现了强大的智能化、柔性化是传统的驱动系统所不可比拟的。

图1 交流永磁同步伺服驱动器结构

目前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，其优点是可以实现比较复杂的控制算法，事项数字化、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。
伺服驱动器大体可以划分为功能比较独立的功率板和控制板两个模块。如图2所示功率板（驱动板）是强电部，分其中包括两个单元，一是功率驱动单元ipm用于电机的驱动，二是开关电源单元为整个系统提供数字和模拟电源。

图2 伺服驱动器功率板
控制板是弱电部分，是电机的控制核心也是伺服驱动器技术核心控制算法的运行载体。控制板通过相应的算法输出pwm信号，作为驱动电路的驱动信号，来改逆变器的输出功率，以达到控制三相永磁式同步交流伺服电机的目的。
功率驱动单元
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电压型变频器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。
逆变部分（dc-ac）采用采用的功率器件集驱动电路，保护电路和功率开关于一体的智能功率模块(ipm)，主要拓扑结构是采用了三相逆变电路原理图见图3，利