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伺服电机解析,什么是伺服系统?伺服电机的使用与注意事项

2018-4-7

伺服可作为交流或直流电动机。早期一般伺服直流电动机,因为只有类型的控制大电流是通过序列多年。随着晶体管成为能够控制大电流和开关的大电流在更高的频率,交流伺服电机成为更经常地使用。早期伺服是专为伺服放大器。今天,一类是电机设计的应用,筹措,可能使用伺服放大器或变频控制器,这意味着电动机可用于伺服系统在一个应用程序,并使用变频驱动器在另一应用程序。有些公司还要求任何闭环系统,不使用步进电机伺服系统,所以它是可能的一个简单的交流感应电机是连接到一个速度控制器,被称为伺服电机。

伺服电机(servo motor )是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降。

准确讲,伺服电机是一种数字化控制的电机,能够将电能转换为机械能,用于定位控制。其位移是通过脉冲信号数量控制的,转速是通过脉冲频率控制的。伺服电机属于闭环控制的电机,必须采集电机旋转轴的编码器信号,才能够实现控制。与此相反的,是步进电机,这种电机能够实现开环控制。通常伺服电机,不是说“容量”,而是说功率。其功率能够做的很小,也可以做得非常大,甚至几十或者几百千瓦。

什么是伺服系统

伺服驱动系统(Servo System)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,例如数控车床等。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(使用在电机系统中的伺服电机转动惯量较大,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数惯量的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动机没有什么不同。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/或位置闭环。

伺服系统:是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。伺服的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便。 伺服电机工作原理:伺服电机又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。其主要特点是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降。

伺服电机是一个典型闭环反馈系统,减速齿轮组由电机驱动,其终端(输出端)带动一个线性的比例电位器作位置检测,该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板,控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较,产生纠正脉冲,并驱动电机正向或反向地转动,使齿轮组的输出位置与期望值相符,令纠正脉冲趋于为0,从而达到使伺服电机精确定位的目的。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)。

交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似。其定子上装有两个位置互差90°的绕组,一个是励磁绕组Rf,它始终接在交流电压Uf上;另一个是控制绕组L,联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。

交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性,无“自转”现象和快速响应的性能,它与普通电动机相比,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式:一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子,为了减小转子的转动惯量,转子做得细长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子,杯壁很薄,仅0.2-0.3mm,为了减小磁路的磁阻,要在空心杯形转子内放置固定的内定子。空心杯形转子的转动惯量很小,反应迅速,而且运转平稳,因此被广泛采用。

交流伺服电动机在没有控制电压时,定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场,转子静止不动。当有控制电压时,定子内便产生一个旋转磁场,转子沿旋转磁场的方向旋转,在负载恒定的情况下,电动机的转速随控制电压的大小而变化,当控制电压的相位相反时,伺服电动机将反转。

伺服电机的使用方法

交流伺服电机的转子通常做成鼠笼式,但为了使伺服电机具有较宽的调速范围、线性的机械特性,无“自转”现象和快速响应的性能,它与普通电动机相比,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。

目前应用较多的转子结构有两种形式:一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子,为了减小转子的转动惯量,转子做得细长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子,杯壁很薄,仅0.2-0.3mm,为了减小磁路的磁阻,要在空心杯形转子内放置固定的内定子。空心杯形转子的转动惯量很小,反应迅速,而且运转平稳,因此被广泛采用。

1、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。

2、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,这就是传说中的“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。

3、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。

伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。

直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护不方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

伺服电机使用注意事项

伺服电机的应用越来越广泛,虽然质量越来越好,但如果日常使用中不注意维护与保养,再好的产品也经不起折腾。下面我们简单总结一下伺服电机的使用注意事项:

1、伺服电机维护与保养

(1)伺服电机虽然拥有很高的防护等级,可以用在多尘、潮湿或油滴侵袭的场所,但并不意味着你就能把它浸在水里工作,应尽量将其置于相对干净的环境中。

(2)如果伺服电机连接到一个减速齿轮,使用伺服电机时应当加油封,以防止减速齿轮的油进入伺服电机。

(3)定期检查伺服电机,确保外部没有致命的损伤;

(4)定期检查伺服电机的固定部件,确保连接牢固;

(5)定期检查伺服电机输出轴,确保旋转流畅;

(6)定期检查伺服电机的编码器连接线以及伺服电机的电源连接器,确认其连接牢固;

(7)定期检查伺服电机的散热风扇是否转动正常;

(8)及时清理伺服电机上面的灰尘、油污,确保伺服电机处于正常状态;

2、保护伺服电机电缆

(1)确保电缆不因外部弯曲力或自身重量而受到力矩或垂直负荷,尤其是在电缆出口处或连接处。

(2)在伺服电机移动的情况下,应把电缆牢固地固定到一个静止的部分(相对电机),并且应当用一个装在电缆支座里的附加电缆来延长它,这样弯曲应力可以减到最小。

(3)电缆的弯头半径做到尽可能大。

(4)伺服电机的电缆不要浸没在油或水中。

3、确定伺服电机允许的轴端负载

(1)确保在安装和运转时加到伺服电机轴上的径向和轴向负载控制在每种型号的规定值以内。

(2)在安装一个刚性联轴器时要格外小心,特别是过度的弯曲负载可能导致轴端和轴承的损坏或磨损

(3)最好用柔性联轴器,以便使径向负载低于允许值,此物是专为高机械强度的伺服电机设计的。

(4)关于允许轴负载,请参阅使用说明书。

4、伺服电机安装注意事项

(1)在安装/拆卸耦合部件到伺服电机轴端时,不要用锤子直接敲打轴端。(如果锤子直接敲打轴端,会造成伺服电机轴另一端的编码器要被敲坏)

(2)竭力使轴端对齐到最佳状态(否则可能导致振动或轴承损坏)。