伺服驱动器的工作原理及其控制方式.docx

伺服驱动器的工作原理及其控制方式伺服驱动器( servo drives)又称为伺服控制器、伺服放大器，是用来控制伺 服电机的一种控制器， 其作用类似于变频器作用于普通交流马达， 属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控 制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。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，可以实现比较复杂 的控制算法，实现数字化、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。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 电压型逆变器变频来驱动三 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。随着伺服系统的大规模应用，伺服驱动器使用、伺服驱动器调试、伺服驱动器维修都是伺 服驱动器在当今比较重要的技术课题， 越来越多工控技术服务商对伺服驱动器进行了技术 深层次研究。伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分， 被广泛应用于工业机器人及数控加工中心等 自动化设备中。 尤其是应用于控制交流永磁同步电机的伺服驱动器已经成为国内外研究热 点。当前交流伺服驱动器设计中普遍采用基于矢量控制的电流、速度、位置3 闭环控制算 法。该算法中速度闭环设计合理与否，对于整个伺服控制系统，特别是速度控制性能的发 挥起到关键作用。一般伺服都有三种控制方式：位置控制方式、转矩控制方式、速度控制方式。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。 2、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， 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手里有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如绕线装置或拉光纤设 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、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。如果对电机的速度、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，采用位置控制方式。伺服驱动器对电机的主要控制方式伺服驱动器对电机的主要控制方式为：位置控制、速度控和转矩控制。位置控制：是指驱动器对电机的转速、转角和转矩均于控制，上位机对驱动器发脉冲串进 行转速与转角的控制，输入的脉冲频率控制电机的转速，输入的脉冲个数控制电机旋转的 角度。速度控制：是指驱动器仅对电机的转速和转矩进行控制，电机的转角由 CNC 取驱动器反 馈的 A、 B、 Z 编码器信号进行控制， CNC 对驱动器发出的是模拟量(电压)信号，范围 为+10V - 10V，正电压控制电机正转，负电压控制电机反转，电压值的大小决定电机的 转数。转矩控制：是指伺服驱动器仅对电机的转矩进行控制，电机输出的转矩不在随负载变，只 听从于输入的转矩命令，上位机对驱动器发出的是模拟量(电压)信号，范围为 +10V - 10V，正电压控制电机正转，负电压控制电机反转，电压值的大小决定电机输出的转矩。 电机的转速与转角由上位机控制。