伺服驅動器(servo drives)又稱為“伺服(fú)控(kòng)製器(qì)”、“伺服放大器”,是用來控製伺服電機的(de)一種控製器,其作用類似於變頻器作用於普通交流馬達,屬(shǔ)於(yú)伺服係統的一(yī)部分,主要(yào)應用於(yú)高精度的定位係統。一(yī)般是通(tōng)過位置(zhì)、速度(dù)和力(lì)矩三種方式對伺(sì)服電機進行控製,實現高精度的傳動係統定位,目前是傳動技術的高端產品。
伺服驅動器是現(xiàn)代運動控製的重要組(zǔ)成部分,被廣泛(fàn)應(yīng)用於(yú)工業機(jī)器人及(jí)數控加(jiā)工中心等自動(dòng)化設備中(zhōng)。尤其是(shì)應用於控製交流永磁同步電機(jī)的(de)伺服驅動器已經(jīng)成為國內外研究熱點。當前交流伺服驅動器設計中普遍采用基於矢量控製的電流(liú)、速度、位(wèi)置3閉(bì)環控製算法。該(gāi)算法中速度閉環設計合理與否(fǒu),對於整個伺(sì)服控(kòng)製係統,特別(bié)是(shì)速度控製性能的發揮起到關鍵(jiàn)作用(yòng) [1] 。
在伺(sì)服驅動(dòng)器速度閉環中,電機轉子實(shí)時速度(dù)測(cè)量精(jīng)度對於改善速(sù)度(dù)環的轉速控製(zhì)動靜態特性(xìng)至關(guān)重要。為尋求測量精(jīng)度(dù)與係統成本的平衡,一般采(cǎi)用增量(liàng)式光電編碼器作為測(cè)速傳感器,與其對應的常用(yòng)測(cè)速方法(fǎ)為M/T測速(sù)法(fǎ)。M/T測(cè)速法雖然具有一定的測量精度和較寬的測量範圍,但這種方法有(yǒu)其(qí)固(gù)有的缺陷,主要包括:1)測速周(zhōu)期(qī)內必須檢測到至少一個完整的(de)碼盤脈衝,限(xiàn)製了最低可測轉速;2)用於測速(sù)的(de)2個控製係(xì)統定時器開關(guān)難以嚴格保持同(tóng)步,在速度變化較(jiào)大的測量場合中無法(fǎ)保(bǎo)證測速精度。因(yīn)此(cǐ)應用該測速法的傳統速度環設計方案(àn)難以提高伺服驅動器速度跟隨(suí)與控製性能 。
工作原理
目前(qián)主流的伺服驅動器均采用數字信號處理器(DSP)作為控製核心(xīn),
可以(yǐ)實現比較複雜的控製算法,實現數字(zì)化、網絡(luò)化和智能(néng)化。功(gōng)率(lǜ)器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設計的(de)驅動電路(lù),IPM內部集(jí)成了驅動電路(lù),同時具有過電壓、過電(diàn)流、過熱、欠壓等故障檢(jiǎn)測保護電(diàn)路,在主回路(lù)中還加入軟啟動電路,以減小(xiǎo)啟動過程對驅動器的衝擊。功率驅動單元首(shǒu)先通過三相(xiàng)全橋整流電路對輸入(rù)的三相(xiàng)電或者市電進行整流,得到(dào)相應的直流電。經過整流好(hǎo)的三相電或市電,再通(tōng)過三(sān)相正(zhèng)弦PWM電壓型逆(nì)變器變頻來驅動三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅(qū)動單元(yuán)的(de)整個過程可以簡單的說(shuō)就是AC-DC-AC的過程。整流單元(AC-DC)主要的拓(tuò)撲電(diàn)路(lù)是三相全橋不控(kòng)整流電路。
隨著伺服係統的大規(guī)模應用,伺服驅動器使用、伺服驅動器(qì)調試、伺(sì)服驅動器維修都是伺服驅動器在當(dāng)今比較重(chóng)要的技術課題,越來越多工(gōng)控(kòng)技(jì)術服務商對伺服(fú)驅(qū)動器進行(háng)了技術(shù)深(shēn)層次研究。
伺服驅動器是(shì)現代運動(dòng)控製的重要組成部分,被(bèi)廣泛應(yīng)用於工業(yè)機(jī)器(qì)人及數控加工中心等(děng)自動化設(shè)備(bèi)中(zhōng)。尤其是(shì)應用於(yú)控製交(jiāo)流永磁同步電機的伺(sì)服(fú)驅動器已經成為(wéi)國內外研究熱點。當前交(jiāo)流伺服驅動器設計中(zhōng)普遍采用基於矢量控製的電流(liú)、速度、位置3閉環控製算法。該算法中速度(dù)閉(bì)環設計合理與否,對(duì)於整個伺服(fú)控製(zhì)係(xì)統,特別(bié)是速度控製性能的發揮起到關鍵作用。
基本要求(qiú)
伺(sì)服進給係統的(de)要求
1、調(diào)速範(fàn)圍寬
2、定位精(jīng)度高
3、有足夠的傳(chuán)動(dòng)剛性和高的速度穩定性
4、快速響(xiǎng)應(yīng),無超調
為了保證生(shēng)產(chǎn)率和加工(gōng)質量,除了要求有較高的定位精度外(wài),還要求有良好的快速響應特性(xìng),即要求(qiú)跟蹤指(zhǐ)令信號(hào)的響應要快,因為數控(kòng)係(xì)統(tǒng)在啟動、製動時,要求加、減(jiǎn)加速度足夠大,縮(suō)短進給係統的過渡過程時間,減小輪廓過渡誤差。
5、低速大轉矩,過載能(néng)力強
一般來(lái)說,伺服(fú)驅動器具有數(shù)分鍾甚(shèn)至半小時內1.5倍以上的(de)過載能力,在短時間內(nèi)可以過載4~6倍而不損壞。
6、可靠(kào)性高
要求數控機床的進給驅動係統可(kě)靠性高、工作穩定性好,具有較強的溫(wēn)度、濕度、振動等環境(jìng)適(shì)應能力(lì)和很強的抗(kàng)幹擾的能(néng)力(lì)。
對電機的(de)要求
1、從最(zuì)低速到最高速電(diàn)機都(dōu)能平穩運轉,轉(zhuǎn)矩(jǔ)波動要小,尤其在低速如(rú)0.1r/min或更低速時,仍有平(píng)穩的速度而無爬行現象。
2、電機應具有大(dà)的較(jiào)長時間的過載能(néng)力,以滿足低(dī)速大轉矩的要求(qiú)。一般直流伺(sì)服電機要(yào)求在(zài)數分鍾(zhōng)內過(guò)載4~6倍而不損壞。
3、為了滿足快速響(xiǎng)應(yīng)的要求,電機應有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣(guàn)量和大(dà)的堵轉轉矩,並具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。
4、電機應能承受頻繁啟、製動和反轉。