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直流和交流伺服驱动器工作原理一样吗?

2018-10-07 17:48 技术知识

 

         直流伺服驱动器和交流伺服驱动器工作原理一样吗?那天突然有个客户问了我这个问题。简单地说:伺服驱动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。
 
         对于这个,我们需要从伺服驱动器的工作原理及控制方式深入探讨。
 
         伺服驱动器工作原理:主要是根据伺服控制器送的指令(P,V,T)工作。同步电机并非完全同步于旋转磁场,驱动器必须进行修正工作,使电机工作稳定不失步。所以驱动电机正确跟随控制指令工作是伺服驱动器的主要工作任务。以下采用通用伺服电机系统P command (位置伺服)为例,说明伺服驱动器的基本原理及各项必要的参数。因为位置伺服驱动器具备完整的驱动器元件。
伺服驱动器工作原理
直流和交流伺服驱动器工作原理图
位置伺服驱动器内部包含:位置控制单元、速度控制单元和驱动单元。驱动器与伺服马达之间为闭环控制系统,驱动器由编码器送回数据进行控制修正工作各厂家伺服电机驱动器的软硬件设计均有差异,如编码器为通称,也有使用角传感器的,但基本控制结构及原理是相同的。指令脉冲经过伺服驱动器内电子齿轮增减频率。
 
直流伺服驱动器
直流伺服驱动器
 
        一般伺服驱动器都有三种控制方式: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。
 
       准确的说是伺服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。
 
       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。
 
        详细的说是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。
 
        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: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)。
 
        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,在主回路中还加入了软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。
Jarrett交流伺服驱动器
         在用伺服驱动器(无论是直流还是交流伺服驱动器)的时候需要注意以上三个问题:
 
        ■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。
 
        通过以上分析,我们得出的答案是:直流伺服驱动器和交流伺服驱动器工作原理是一样的。
 
        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。
 

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