伺服電機的驅動(dòng)器工作原理和控制方式

伺服電機的驅動(dòng)器工作原理和控制方式

         一、伺服驅動(dòng)器(servo drives)又稱(chēng)為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來(lái)控制伺服電機的一種控制器，其作用類(lèi)似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統的一部分，主要應用于高精度的定位系統。一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進(jìn)行控制，實(shí)現高精度的傳動(dòng)系統定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。

伺服驅動(dòng)器原理框圖

         二、伺服驅動(dòng)器結構

        伺服驅動(dòng)器均采用數字信號處理器(DSP)作為控制核心，可以實(shí)現比較復雜的控制算法，實(shí)現數字化、網(wǎng)絡(luò )化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設計的驅動(dòng)電路，IPM內部集成了驅動(dòng)電路，同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測保護電路，在主回路中還加入了軟啟動(dòng)電路，以減小啟動(dòng)過(guò)程對驅動(dòng)器的沖擊。

         三、伺服驅動(dòng)器的工作原理

         首先功率驅動(dòng)單元通過(guò)三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應的直流電。經(jīng)過(guò)整流好的三相電或市電，再通過(guò)三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來(lái)驅動(dòng)交流伺服電機。功率驅動(dòng)單元的整個(gè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單的說(shuō)就是AC-DC-AC的過(guò)程，整流單元(AC-DC)主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。

        四、伺服驅動(dòng)器控制方式

        一般伺服都有三種控制方式：位置控制方式、轉矩控制方式、速度控制方式。

1.位置控制：位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數來(lái)確定轉動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過(guò)通訊方式直接對速度和位移進(jìn)行賦值，由于位置模式可以對速度和位置都有很?chē)栏竦目刂?，所以一般應用于定位裝置。

2.轉矩控制：轉矩控制方式是通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來(lái)設定電機軸對外的輸出轉矩的大小，可以通過(guò)即時(shí)的改變模擬量的設定來(lái)改變設定的力矩大小，也可通過(guò)通訊方式改變對應的地址的數值來(lái)實(shí)現。

應用主要在對材質(zhì)的手里有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如繞線(xiàn)裝置或拉光纖設備，轉矩的設定要根據纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì )隨著(zhù)纏繞半徑的變化而改變。

3.速度模式：通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號，此時(shí)的電機軸端的編碼器只檢測電機轉速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來(lái)提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過(guò)程中的誤差，增加了整個(gè)系統的定位精度。

         如果對電機的速度、位置都沒(méi)有要求，只要輸出一個(gè)恒轉矩，當然是用轉矩模式。 如果對位置和速度有一定的精度要求，而對實(shí)時(shí)轉矩不是很關(guān)心，用轉矩模式不太方便，用速度或位置模式比較好。

       如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會(huì )好一點(diǎn)，如果本身要求不是很高，或者基本沒(méi)有實(shí)時(shí)性的要求，采用位置控制方式。