工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的關(guān)鍵---伺服、步進(jìn)、變頻！

一、溝通伺服電機(jī)的作業(yè)原理

伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器操控的U/V/W三相電構(gòu)成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的效果下滾動(dòng)，一起電機(jī)自帶的編碼器反應(yīng)信號(hào)
給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反應(yīng)值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子滾動(dòng)的視點(diǎn)。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。

二、伺服體系的組成及分類

1.伺服體系的組成：

伺服體系是以方位和視點(diǎn)為操控量的操控體系的總稱，與方位和視點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的速度、角速度、加快度、力等為操控量的體系也包含在伺
服體系內(nèi)

2.伺服體系的分類：

（1）按操控結(jié)構(gòu)分類分為： 開環(huán)式、閉環(huán)式。

（2）按驅(qū)動(dòng)部件分類分為：

a.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服體系。

b.直流電動(dòng)機(jī)伺服體系。

c.溝通電動(dòng)機(jī)伺服體系。

三、伺服馬達(dá)(溝通）的特色

1）定位精度高，一般伺服馬達(dá)可到達(dá)0.036度。

2）回應(yīng)時(shí)刻快。

3）操控便利靈敏，操控體系易于完成。

4）類型較多，可根據(jù)不同的運(yùn)用環(huán)境挑選不同的類型。

5）供給全閉環(huán)操控，可適時(shí)監(jiān)控作業(yè)狀況，進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整變換。

四、伺服體系結(jié)構(gòu)

機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

五、伺服操控的選型過程

1.斷定機(jī)械規(guī)格，負(fù)載、剛性等參數(shù)。

2.承認(rèn)動(dòng)作參數(shù)，移動(dòng)速度、行程、加減速時(shí)刻、周期、精度等。

3.挑選馬達(dá)慣量，負(fù)載慣量、馬達(dá)軸心變換慣量、轉(zhuǎn)子慣量。

4.挑選馬達(dá)反轉(zhuǎn)速度。

5. 挑選馬達(dá)額外扭矩。負(fù)載扭矩、加減速扭矩、瞬間扭矩、實(shí)效扭矩。

6.挑選馬達(dá)機(jī)械方位解析度。

7.根據(jù)以上挑選馬達(dá)類型。

六、伺服操控的運(yùn)用

機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

步進(jìn)操控

一、 步進(jìn)電機(jī)的作業(yè)原理

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的履行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向滾動(dòng)一個(gè)固定
的視點(diǎn)(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的視點(diǎn)一步一步作業(yè)的。能夠經(jīng)過操控脈沖個(gè)數(shù)來操控角位移量，然后到達(dá)準(zhǔn)斷定位的意圖；一
起能夠經(jīng)過操控脈沖頻率來操控電機(jī)滾動(dòng)的速度和加快度，然后到達(dá)調(diào)速的意圖。步進(jìn)電機(jī)能夠作為一種操控用的特種電機(jī)，運(yùn)用其沒有堆
集差錯(cuò)(精度為99%)的特色，廣泛運(yùn)用于各種開環(huán)操控。

二、步進(jìn)電機(jī)的分類

現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。

●永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；

●反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可完成大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振蕩都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁資料
制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，運(yùn)用磁導(dǎo)的改動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)矩。

●混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的長處。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種
步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)用廣泛。

三、步進(jìn)電機(jī)體系

機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

1.步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)目標(biāo)術(shù)語

a.相數(shù)：發(fā)生不同對(duì)極N、S磁場的激磁線圈對(duì)數(shù)。常用m表明。

b.拍數(shù)：完成一個(gè)磁場周期性改動(dòng)所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顩r用n表明，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一 個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)。

c.步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表明。

d.定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀況下，電機(jī)轉(zhuǎn)子本身的斷定力矩（由磁場齒形的諧波以 及機(jī)械差錯(cuò)形成的）。

e.靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額外靜態(tài)電效果下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的斷定力矩。

2.步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)目標(biāo)及術(shù)語

a.步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)踐值與理論值的差錯(cuò)。

b.失步：電機(jī)作業(yè)時(shí)作業(yè)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。

c.失調(diào)角： 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的視點(diǎn) 。

d.空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)方式、電壓及額外電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的頻率。

e.空載的作業(yè)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)方式，電壓及額外電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的轉(zhuǎn)速頻率。

f.作業(yè)矩頻特性：電機(jī)在某種測驗(yàn)條件下測得作業(yè)中輸出力矩與頻率聯(lián)系的曲線稱為作業(yè)矩頻特性 。

四、步進(jìn)電機(jī)選型

1、步距角的挑選：電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求 。

2、靜力矩的挑選：靜力矩挑選的根據(jù)是電機(jī)作業(yè)的負(fù)載 ，一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好 。

3、電流的挑選：因?yàn)殡娏鲄?shù)不同，其作業(yè)特性不同很大，可根據(jù)矩頻特性曲線圖，判別電機(jī)的電流。

五、步進(jìn)電機(jī)的一些特色

1．一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。

2．步進(jìn)電機(jī)表面答應(yīng)的溫度一般在攝氏130度以上 。

3．步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。

4．步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)能夠正常作業(yè),但若高于 必定速度就無法發(fā)動(dòng),并伴有嘯叫聲。

5. 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)用于低速場合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超越1000轉(zhuǎn)。

六、 步進(jìn)電機(jī)和溝通伺服電機(jī)功能比較

1.操控精度不同

五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72 °、0.36°溝通伺服電機(jī)的操控精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器確保 ，關(guān)于帶規(guī)范2500線編碼器的
電機(jī)而言，其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°，伺服電機(jī)精度要比步進(jìn)馬達(dá)高。

2.低頻特性不同

步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易呈現(xiàn)低頻振蕩現(xiàn)象。溝通伺服電機(jī)作業(yè)非常平穩(wěn)，即便在低速時(shí)也不會(huì)呈現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。

3.過載才能不同

步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載才能。溝通伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載才能 。

4.作業(yè)功能不同

步進(jìn)電機(jī)的操控為開環(huán)操控，發(fā)動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易呈現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，中止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易呈現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，溝通伺服驅(qū)動(dòng)體
系為閉環(huán)操控，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反應(yīng)信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成方位環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)呈現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，操
控功能更為牢靠。

5.速度呼應(yīng)功能不同

步進(jìn)電機(jī)從停止加快到作業(yè)轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需求200～400毫秒。溝通伺服體系的加快功能較好，以松下MSMA 400W溝通
伺服電機(jī)為例，從停止加快到其額外轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的操控場合。

6.矩頻特性不同

步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，溝通伺服電機(jī)為恒力矩輸出。

綜上所述，溝通伺服體系在許多功能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做履行電動(dòng)機(jī)。所以，在操控
體系的規(guī)劃過程中要?dú)w納考慮操控要求、本錢等多方面的要素，選用恰當(dāng)?shù)牟倏仉姍C(jī)。

變頻操控

一、通用電機(jī)介紹

三相鼠籠式溝通電機(jī)是感應(yīng)電機(jī)中見的一種，其結(jié)構(gòu)及特性如下：

1.感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

2.電機(jī)的特性:

機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

二、變頻器

1. 變頻原理

變頻器是能夠簡略、自由地改動(dòng)溝通電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種操控設(shè)備。

變頻器是經(jīng)過改動(dòng)溝通電機(jī)電源頻率完成調(diào)速的：

機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

2. 變頻器的構(gòu)成

機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

2.1變流器(整流器)：很多運(yùn)用的是二極管橋整流器，如圖1 所示，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變
流器，因?yàn)槠涔β史较蚩赡?，能夠進(jìn)行再生作業(yè)。

2.2平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6 倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器發(fā)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變化。為了按捺
電壓動(dòng)搖，選用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓(電流)。設(shè)備容量小時(shí)，假如電源和主電路構(gòu)成器材有余量，能夠省去電感，選用簡略的平波回路。

2.3逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的溝通功率，以所斷定的時(shí)刻使6 個(gè)開關(guān)器材導(dǎo)通、關(guān)斷就能夠得到
3 相溝通輸出。

2.4制動(dòng)回路：異步電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)區(qū)域運(yùn)用時(shí)(轉(zhuǎn)差率為負(fù))，再生能量存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。一般說來，由機(jī)械
體系(含電動(dòng)機(jī))慣量堆集的能量比電容能貯存的能量大，需求快速制動(dòng)時(shí)，可用可逆變流器向電源反應(yīng)或設(shè)置制動(dòng)回路(開關(guān)和電阻)把再生功
率消耗掉，以免直流電路電壓上升。