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伺服电机控制电路设计

攀枝花学院专科毕业设计（论文）伺服电机控制电路设计

学生姓名：王金诚

学生学号： 0033

院（系）：工程技术学院

年级专业：生产过程自动化

指导教师：周登荣副教授

二〇一〇年十月

摘要

微电子学的突飞猛进，规模集成电路成批生产，计算机的广泛应用，使得伺服控制技术获得迅猛发展。由于有了微计算机，使现代控制理论在伺服系统中的应用得到有力的支持，架起了现代控制理论通向伺服系统的桥梁，大大改善了控制性能。而电力电子学的最新成就，又促使了伺服系统的不断发展。展望未来，新器件、新理论、新技术必将驱使伺服系统朝着“智能化”的方向发展，赋予人工智能特性的伺服系统必将获得广泛应用。

本文采用微机直流伺服系统硬件、软件的设计。包括系统总体方案设计，单片机应用系统设计，驱动电路设计，测量电路设计，以及系统软件的设计方法. 系统以MCS-51单片机为控制核心，控制量经D/A(数/模)转换送大功率驱动模块以控制直流伺服电机，直流伺服电机的输出经减速器减速后送输出指针。采用光电编码器实现对系统输出转角的测量，光电编码器输出的两路相差1/4周期的方波信号，经脉冲变换电路整形辨相为两路反映电机转向的脉冲信号，由可逆计数器计数后，反馈回单片机内。单片机主要完成定时采样、偏差计算、控制算法运算及控制输出等功能。

关键词：单片机，伺服电机，光电编码器，驱动，逆变

ABSTRACT

The rapid development of microelectronics, scale integrated circuit mass production, the extensive application of computers, making access to the rapid development of the servo control technology. Thanks to micro-computer, the modern control theory in the servo system to enjoy strong support, has set up servo system of modern control theory leads to the bridge, has greatly improved the control performance The latest achievements in power electronics, but also to promote the continuous development of the servo system. Looking to the future, new devices, new theories, new technologies will drive servo system in the "intelligent" direction, giving AI servo system features will be widely used.

This servo system using computer hardware and software design. Including overall system design, microcomputer application system design, drive circuit design, circuit design, measurement, and system software design. System for the control of MCS-51 microcontroller core, control volume by the D / A (D / A) conversion to send large power module to control the DC servo motors, DC servo motor gear reducer output by the evacuation of the output pointer. Photoelectric encoder implementation on the system output angle measurement, optical encoder output difference between the two AB 1 / 4 cycle square wave signal, identified by the pulse shaping circuit transformation phase two motor rotation pulse signal reflected by the reversible counter count, the feedback to the microcontroller. The main MCU to complete the sampling time, deviation, control algorithm computation and control output functions.

Keywords: Single-Chip Computer，motor，photoelectric，drive，inversion

摘要 ................................................................................................................................. I ABSTRACT ......................................................................................................................... III 第一章绪论.. (5)

第二章设计方案分析 (7)

可行性分析 (7)

方案比较及确定 (7)

(8)

第三章伺服电机控制电路基本原理 (9)

设计原理 (9)

位置随动系统的根本任务就是实现执行机构对给定量的准确跟踪，能使被控量准确无误地跟随并复现给定量。为使系统获得所要求的性能指标，必须对直流伺服电动机的三个基本状态变量，即位置(转角)、转速和电枢电流中的一个、二个或三个进行测量，组成不同结构的控制系统.系统设计为如图1所示的具有位置环的闭环控制系统。 (9)

模块式单片机应用系统设计 (10)

3.2.1基于总线的模块式MCS-51单片机应用系统 (10)

随着微电子技术的迅速发展，单片机(微控制器)芯片的设计者和制造商不断推出性能优越且价格便宜的各类型号的单片机。单片机的使用者则将其应用到越来越广泛的领域，应用模式也是各种各样。虽然单片机应用的场合以及其作用各种各样，各系统的硬件结构也不相同，但是每个应用系统的组成原理大致相同，接口电路的设计方法是一样的，系统扩展都是基于其片外三总线实现的。因此，本系统采用了一种基于MCS-51系列单片机三总线的通用

应用系统设计方法。这样设计的单片机应用系统不但可以用于直流伺服控制系统，还可以用于其他51系列单片机控制系统。 (10)

第四章伺服电机控制电路硬件设计 (13)

功能模块的设计 (13)

功率驱动模块 (15)

测量电路设计 (16)

4.3.1光电编码器 (16)

4.3.2整形辨相电路 (17)

第五章伺服电机程序设计 (19)

（1）键盘/显示器基本程序设计 (19)

功能键处理程序设计 (20)

TO中断服务(控制)程序设计 (23)

PID控制算法子程序 (24)

第六章结论 (25)

系统调试 (25)

PID控制实验 (26)

参考文献 (29)

附录：电路图 (30)

致谢 (31)

第一章绪论

电力电子技术的进步，导致控制技术的大变革。微处理机和数字信号处理器的出现，使得伺服系统电脑化，控制装置的功能由软件决定。惊人的设计趋向是在现代伺服回路的反馈部分，基于“if(如)……then(则)”规则的动态变化的数字式反馈补偿，在现代的最新设计中，可显著提高伺服软系统的性能。也就是说，现代伺服回路预示着“专家”回路的出现。

总而言之，微电子学的突飞猛进，规模集成电路成批生产，计算机的广泛应用，使得伺服控制技术获得迅猛发展。由于有了微计算机，使现代控制理论在伺服系统中的应用得到有力的支持，架起了现代控制理论通向伺服系统的桥梁，大大改善了控制性能。而电力电子学的最新成就，又促使了伺服系统的不断发展。展望未来，新器件、新理论、新技术必将驱使伺服系统朝着“智能化”的方向发展，赋予人工智能特性的伺服系统必将获得广泛应用。

第二章设计方案分析

可行性分析

系统以MCS-51单片机为控制核心，控制量经D/A(数/模)转换送大功率驱动模块以控制直流伺服电机，直流伺服电机的输出经减速器减速后送输出指针。采用光电编码器实现对系统输出转角的测量，光电编码器输出的两路相差1/4周期的方波信号，经脉冲变换电路整形辨相为两路反映电机转向的脉冲信号，由可逆计数器计数后，反馈回单片机内。单片机主要完成定时采样、偏差计算、控制算法运算及控制输出等功能。

方案比较及确定

(1)微机直流伺服系统硬件、软件的设计。包括系统总体方案设计，单

片机应用系统设计，驱动电路设计，测量电路设计，以及系统软件的设计方法.

(2)直流伺服系统控制策略的研究。考虑到基本PID控制在控制系统中

已经能够取得基本满意的效果，首先讨论了直流伺服系统基本PID控制算法、参数整定及控制算法的实现方法。滑模变结构控制是一种在给定超曲面上采用不同结构控制，滑模变结构控制的滑动模态对加给系统的干扰和系统的各种摄动具有完全的自适应性，所以完全能满足高精度伺服系统的控制要求处理。论文讨论了滑模变结构控制的基本方法，设计了直流伺服系统滑模变结构控制器，并用MATLAB仿真比较了两种控制的控制效果。

(3)系统软、硬件的调试方法，以及采用PID控制的系统实验结果。

总体框图

图2-1总体框图

第三章伺服电机控制电路基本原理

设计原理

3.1.1伺服电机简介

伺服电动机又称执行电动机，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。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。20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。

3.1.2总体方案

位置随动系统的根本任务就是实现执行机构对给定量的准确跟踪，能使被控量准确无误地跟随并复现给定量。为使系统获得所要求的性能指标，必须对直流伺服电动机的三个基本状态变量，即位置(转角)、转速和电枢电流中的一个、二个或三个进行测量，组成不同结构的控制系统.系统设计为如图1所示的具有位置环的闭环控制系统。

图1微机直流伺服系统

模块式单片机应用系统设计

作为微机家族的重要成员一一单片机，在工业生产等领域的应用极为广泛。它是在一块芯片上集成的一台微型计算机，芯片内一般集成有微处理器(CPU), 存储器(RAM,ROM、或EPROM),输入输出接口(I/0)、定时/计数器、时钟电路等。有些单片机除了有并行的I/0接口外，还增添了串行接口、A/D 转换接口等。

单片机的特点除了体积小、功耗底、价格便宜外，还有通用性强；面向控制:可靠性高、抗干扰能力强:具有掉电保护；I/0接口功能很强，便于扩展；应用研制周期短，开发效率高等特点。

鉴于本系统的设计要求，以及实验调试条件等情况，采用了MCS-51系列单片机。

3.2.1基于总线的模块式MCS-51单片机应用系统

(1)单片机系统的总线结构

MCS-51系列单片机总线通用应用系统总线底板结构如图2所示。

图2底板总线结构

该总线共定义了40根线，分别是：数据总线D0～D7；地址总线AO～A15；控制总线：WR、RD、ALE、PSEN、RST；外部中断信号请求INT0、INT1；串行通信线RXD、TXD；插口译码线PS：电源VCC、GND各两根。

底板上共有9个接插口，J1用于连接底板工作电源大于40脚插口的电源均由此接入，J2-J9为通用扩展口，其中一个用于安装带有CPU的主板，其余插口可任意插接各种用途的扩展模块板。每个插口的地址可根据译码线PS的连接(DIP跳线)确定，译码方式非常灵活。

(2) CPU主板设计

基于上述总线设计的MCS-51系列单片机CPU主板如图3所示。应用时单片机可采用与8031引脚兼容的芯片(如AT98C51、8751、87C51等)。考虑到总线上可能要连接多块模板，将系统的3组总线经驱动后接到40脚总线接口，再通过40脚接插件与总线底板的插口连接，P1口及定时器输入T0、T1由16脚接插件引出。而程序存储器选择逻辑是为了方便选用片内有或无

程序存储器的芯片而设计的。

图3 CPU主板模块原理框图

第四章伺服电机控制电路硬件设计

功能模块的设计

MCS-51单片机在简单的场合下应用，几乎不需要增加其他的硬件资源，就可构成一个最小的应用系统，使用非常方便.但是对于一般应用系统，必须在片外扩展相应的硬件。我们以40总线为基础设计了多种I/0接口通用模块如:存储器扩展模块(通过跳线可选择用于程序存储器或数据存储器的扩展)、A/D转换模块(ADC0809),D/A转换模块(DAC0832),键盘与显示器控制模块(8279)、与PC通信的串行通信模块(经RS232接口)、定时/计数器模块(8253)、可编程接口模块等，在实际应用中使用者可根据需要选择不同的模块进行配置。

根据本系统的控制要求，CPU主板上选用了AT89C51芯片，片内有4K flash 程序存储器已可以满足需要，另还须配置数/模转换、键盘/显示器控制、定时器/计数器以及控制程序存储器等模块。

○1.定时/计数器模块

由于AT89C51中仅有两个计数器，而系统采样定时需占用一个计数器。

本系统中要求伺服电动机可以正反向转动，在转角测量要求能进行可逆计数，所以必须进行计数器扩展。可编程定时/计数器芯片的型号类型多种多样，大部分的外型引脚及功能设置都相差无几，只是在工作的最高频率上有些差别，例如:8253-5型为5MHz,5254-2型为IOMHZ，另外还有其它频段的兼容芯片。本设计采用了可编程定时/计数器芯片8253作为可逆计数器。

8253为24脚双列直插式芯片，每个芯片内有三个独立的计数器，每个计数器均有各自的时钟输入端CLK、计数输出端OUT和门控信号端(非)WR(非)读写引脚，低电平有效，是CPU对8253进行读写操作的命令输入端；Al和AO是地址线，它们和片选信号CS(非)一起确定了8253的命令寄存器和3个计数器的端口地址。通过编程可设置计数器的工作方式和选择哪个计数器工作。

图4是8253模块及与总线连接图。

图4 8253模块电路

○2.键盘/显示器控制模块

在单片机应用系统中，为了了解控制系统的工作状态以及向系统输入数据和控制命令，一般都需要设置人机交互界面，即键盘/显示器电路。

单片机应用系统显示电路一般都采用点阵式或是数码管(LED)显示方法。因为数码管具有既省电、成本低，而且配置灵活、接口方便等优点，本系统选用了数码管显示方法。

为了减小CPU资源占用率，减少软件的设计量，键盘和显示控制模块选用了Intel公司开发的专用接口芯片8279。该芯片内部有16个单元的显示缓冲区，能对显示器实现8个数字或16个数字的自动扫描显示，能自动识别键盘的键号，大大的减轻了CPU的负担，若实现中断控制则几乎不占用CPU 资源。且对8279工作方式的修改只需改变命令字即可实现。

8279的内部结构主要是由数据缓冲器、I/0控制逻辑、控制和定时寄存器、定时控制电路、扫描计数器、回复缓冲器、键盘去抖动及控制电路、FIF0/传感器RAM及其状态寄存器、显示RAM及显示地址寄存器等部分组成，具体各个部分功能可查阅有关资料。

8279采用40引脚封装的双列直插式器件。除了和一般的可编程芯片一样有

数据线(D0～D7，双向，三态总线)、数据选择线(A0=0时，CPU写入数据为命令字，读出为状态字；A0=1时，CPU读写均为数据)、读写控制等信号线外，还有用于扫描键盘和显示器的扫描线SL0～SL3、用于对键盘矩阵或传感器矩阵的行(或列)读入的回复线RL0～RL7、以及控制显示的2组显示信号：OUTA0～OUTA3和OUTB0～在键盘工作方式时，当FIF0/传感器RAM中有数据时(有健按下)可由TRQ(中断请求)向CPU发出中断请求。

、读写控制信号RD、在接口方面，8279是通过片选端CS、数据选择A

WR，来实现CPU与芯片间命令字或数据传送。

图5所示为8279键盘显示器控制模块原理图。

图5 8279键盘显示器控制模块

○3.D/A转换电路模块

D/A转换模块采用的是INTEL公司D/A转换芯片DAC0832。

DAC0832是双列直插式具有两个输入寄存器的8位D/A转换器，可以直接与8位微处理器直接相连。其主要技术特性:分辨率为8位：基准电压U

REF 工作范围±10～–10V；供电电源为+5～+15V,电源稳定时N为1us，功耗为20mW；所有引脚的逻辑电平与TTL电平兼容。

DAC0832是电流输出型的数模转换器，使用时一般需要通过运算放大器转换为电压信号输出。

图6所示为D/A转换模块的原理图，DAC0832的两个寄存器同时选通和锁存，即采用的是单缓冲型工作方式，双极性输出方式可以满足系统的双极性控制。

功率驱动模块

随着微电子技术和电力电子技术的发展以及工业界对系统可靠性和小型化的要求，许多厂商相继推出了各种伺服电机控制的智能化功率集成电路，由这类电路可灵活地构成直流模拟式或数字式的小型化/高可靠运行的PWM伺服系统。

本系统选用了美国KOLLMORGEN公司型号为KXA-48-8-16/M/AUX的PWM伺服放大器(PWM Servo Amplifier)作为功率驱动器。KXA伺服放大器方框图(Block Diagram)如图7

图7 KXA 模块结构示意图

由图可见，设置开关SW-1和SW-2在不同位置以及不同的输入信号时，可以得到已经具有电流控制回路的不同结构的直流伺服控制系统。

由于本系统设计的是一个具有位置环的闭环控制系统，因此采用的接线方法是：

○1D/A转换器输出的控制信号u由输入1，即由TB2的4端送入KXA；

○2速度检测信号未接入，开关SW-2位于下拨位置(速度调节器未接入)；

○3直流24V电源输入方式；

○4KXA功率放大信号由TB2的1,2端接直流伺服电机。

测量电路设计

位置测量元件是闭环控制系统中的重要部件之一，它的作用是检测位移(角位移或线位移)并发出反馈信号，起着相当于人眼的作用。一个完善的闭环伺服系统，其定位精度和加工、测量精度主要由测量元件决定，因此，高精度伺服系统对测量元件的质量要求相当高。光电编码器是现代伺服系统中必不可少的一种数字式速度和位置测量元件，被广泛应用于微处理器控制的闭环控制系统中。本系统使用的是沈阳光机研究所生产的增量式光电编码器。

4.3.1光电编码器

增量式光电编码器由光源、光电转盘、光敏元件、光电整形放大电路四部分组成。光电转盘与被测轴联接，光源通过光电转盘的透光孔射到光敏元

件上，当转盘旋转时，光敏元件便发出与转速成正比的脉冲信号。为了适应

可逆控制以及转向的判别，光电编码器输出两路(A相、B相)相隔刀4脉冲周期的正交脉冲。若转盘顺时针转时A相超前B相，则逆时针转时B相超前A相，如图8所示。

图8光电编码器的输出波形

a)顺时针转 b)逆时针转

增量式光电编码器的分辨率是以编码器轴转动一周所产生的输出信号基本周期数，也就是用脉冲数/转表示的，并以此定义编码器的分辨率，因此光电转盘上的槽或窗口数目等于编码器的分辨率。本系统中选用了分辨率为2048p/r编码器。

4.3.2整形辨相电路

为了实现可逆控制，用光电编码器的波形实现可逆位置检测时，必须将A, B两相方波形进行的整形和辨相处理，产生出反映电动机转向的脉冲信号。

整形辨相电路如图9所示，它是采用逻辑门组合电路的思路进行设计的，即将光电编码器输出的两路信号，分别输入到一个单稳触发器和一个非门，之后再将信号经过一次与逻辑，得到反映电动机正转信号(CP

)和反转信号

+ (CP-)。

图9整形辨相电路

用逻辑表达示表示即为：

= A·B

=A·B

—

其中A为A信号的单稳触发脉冲。整形辨相电路的波形如图10所示。

由图可知，当A超前B到T/4周期时，CP

+输出信号，而CP

—

没有信号输出，

相反，就只有CP

—

有信号输出，从而实现了电动机正反转的识别。

图10 整形辨相电路波形

第五章伺服电机程序设计

在主程序中，主要完成对各个可编程芯片进行初始化，包括中断初始化、各存储单元赋初值、键盘显示器的各数据程序表赋常数、各种限定值装入数据存储器、设定堆栈指针、给主程序标志寄存器送初始值、控制器设定初值等。键盘各种参数设置的处理也是主程序中的重要部分，在这部分程序设计时采用散转的方式，既实现了程序的模块化，又有效的解决了复杂的多重分支问题。启动功能键按下时，系统开始启动采样定时并进入实时控制阶段，每次中断返回时若有复位键和新的参数设置键按下则返回键处理程序。

监控管理程序设计

（1）键盘/显示器基本程序设计

为了减小CPU资源占用率，减少软件的设计量。系统选用了Intel公司开发的专用键盘和显示接口芯片8279。8279芯片可以接8*8的键盘和16个LED显示器，本系统采用的是4*5的键盘和8个LED显示器。

根据系统控制要求及键盘显示器的设置情况，首先必须对8279芯片进行了初始化，设置8279为左进8位字符显示和双键锁定扫描键盘输入方式。

○1基本键盘子程序

系统的键盘接线及健功能值如图11所示

图11键盘示意图

a)键盘接线图b)键盘界面图 C)键盘对应的健功能值

根据键盘接线及键盘对应的健功能值，编制了最基本的由所按健确定健功能

值的子程序如下:

KEYSCH: MOV DPTR ，#KEYBORD

交流伺服电动机的原理及三种转速控制方式

交流伺服电动机的原理及三种转速控制方式交流伺服电机的定子装有三相对称的绕组，而转子是永久磁极。当定子的绕组中通过三相电源后，定子与转子之间必然产生一个旋转场。这个旋转磁场的转速称为同步转速。电机的转速也就是磁场的转速。由于转子有磁极，所以在极低频率下也能旋转运行。所以它比异步电机的调速范围更宽。而与直流伺服电机相比，它没有机械换向器，特别是它没有了碳刷，完全排除了换向时产生火花对机槭造成的磨损，另外交流伺服电机自带一个编码器。可以随时将电机运行的情况“报告”给驱动器，驱动器又根据得到的11报告"更精确的控制电机的运行。由此可见交流伺服电机优点确实很多。可是技术含量也高了，价格也高了。最重要是对交流伺服电机的调试技术提高了。也就是电机虽好，如果调试不好一样是问题多多。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H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）。伺服电动机（或称执行电动机）是自动控制系统和计算装置中广泛应用的一种执行元件。其作用为把接受的电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度，按电流种类的不同，伺服电动机可分为直流和交流两大类。下面简单介绍交流伺服电动机有以下三种转速控制方式： (1)幅值控制控制电流与励磁电流的相位差保持90°不变，改变控制电压的大小。 (2)相位控制控制电压与励磁电压的大小，保持额定值不变，改变控制电压的相位。 (3)幅值一相位控制同时改变控制电压幅值和相位.交流伺服电动机转轴的转向随控制电压相位的反相而改变。

交流伺服电机的工作原理

交流伺服电机的工作原理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）。什么是伺服电机？有几种类型？工作特点是什么？答：伺服电动机又称执行电动机，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。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。交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？答：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。永磁交流伺服电动机 20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有： ⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。 ⑵定子绕组散热比较方便。 ⑶惯量小，易于提高系统的快速性。 ⑷适应于高速大力矩工作状态。 ⑸同功率下有较小的体积和重量。自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求，近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行的永磁交流伺服系统。日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器，其中D系列适用于数控机床（最高转速为1000r/min，力矩为0.25～2.8N.m），R系列适用于机器人（最高转速为3000r/min，力矩为0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦

伺服电机控制跟变频器控制原理上的区别

伺服电机控制跟变频器控制原理上的区别伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。变频是伺服控制的一个必须的内部环节，伺服驱动器中同样存在变频（要进行无级调速）。但伺服将电流环速度环或者位置环都闭合进行控制，这是很大的区别。除此外，伺服电机的构造与普通电机是有区别的，要满足快速响应和准确定位。现在市面上流通的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，但这种电机受工艺限制，很难做到很大的功率，十几KW以上的同步伺服价格及其昂贵，这样在现场应用允许的情况下多采用交流异步伺服，这时很多驱动器就是高端变频器，带编码器反馈闭环控制。所谓伺服就是要满足准确、精确、快速定位，只要满足就不存在伺服变频之争。两者的共同点：交流伺服的技术本身就是借鉴并应用了变频的技术，在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的，也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节：变频就是将工频的50、60HZ的交流电先整流成直流电，然后通过可控制门极的各类晶体管（IGBT，IGCT等）通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的波形类似于正余弦的脉动电，由于频率可调，所以交流电机的速度就可调了（n=60f/p ，n转速，f频率，p 极对数）二、谈谈变频器：简单的变频器只能调节交流电机的速度，这时可以开环也可以闭环要视控制方式和变频器而定，这就是传统意义上的V/F控制方式。现在很多的变频已经通过数学模型的建立，将交流电机的定子磁场UVW3相转化为可以控制电机转速和转矩的两个电流的分量，现在大多数能进行力矩控制的著名品牌的变频器都是采用这样方式控制力矩，UVW每相的输出要加霍尔效应的电流检测装置，采样反馈后构成闭环负反馈的电流环的PID调节；ABB的变频又提出和这样方式不同的直接转矩控制技术，具体请查阅有关资料。这样可以既控制电机的速度也可控制电机的力矩，而且速度的控制精度优于v/f控制，编码器反馈也可加可不加，加的时候控制精度和响应特性要好很多。三、谈谈伺服：驱动器方面：伺服驱动器在发展了变频技术的前提下，在驱动器内部的电流环，速度环和位置环（变频器没有该环）都进行了比一般变频更精确的控制技术和算法运算，在功能上也比传统的变频强大很多，主要的一点可以进行精确的位置控制。通过上位控制器发送的脉冲序列来控制速度和位置（当然也有些伺服内部集成了控制单元或通过总线通讯的方式直接将位置和速度等参数设定在驱动器里），驱动器内部的算法和更快更精确的计算以及性能更优良的电子器件使之更优越于变频器。电机方面：伺服电机的材料、结构和加工工艺要远远高于变频器驱动的交流电机（一般交流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机），也就是说当驱动器输出电流、电压、频率变化很快的电源时，伺服电机就能根据电源变化产生响应的动作变化，响应特性和抗过载能力远远高于变频器驱动的交流电机，电机方面的严重差异也是两者性能不同的根本。就是说不是变

直流(DC)与交流(AC)伺服电机及驱动

目录直流(DC与交流(AC伺服电机及驱动 (1 1.直流(DC伺服电机及其驱动 (1 (1直流伺服电机的特性及选用 (1 (2直流伺服电机与驱动 (2 (3PWM直流调速驱动系统原理 (3 2.交流(AC伺服电机及其驱动 (4 直流(DC与交流(AC伺服电机及驱动 1.直流(DC伺服电机及其驱动 (1直流伺服电机的特性及选用直流伺服电机通过电刷和换向器产生的整流作用,使磁场磁动势和电枢电流磁动势正交,从而产生转矩。其电枢大多为永久磁铁。直流伺服电机具有较高的响应速度、精度和频率,优良的控制特性等优点。但由于使用电刷和换向器,故寿命较低,需要定期维修。 20世纪60年代研制出了小惯量直流伺服电机,其电枢无槽,绕组直接粘接固定在电枢铁心上,因而转动惯量小、反应灵敏、动态特性好,适用于高速且负载惯量较小的场合,否则需根据其具体的惯量比设置精密齿轮副才能与负载惯量匹配,增加了成本。直流印刷电枢电动机是一种盘形伺服电机,电枢由导电板的切口成形,导体的线圈端部起换向器作用,这种空心式高性能伺服电机大多用于工业机器人、小型NC 机床及线切割机床上。

宽调速直流伺服电机的结构特点是励磁便于调整,易于安排补偿绕组和换向极,电动机的换向性能得到改善,成本低,可以在较宽的速度范围内得到恒转速特性。永久磁铁的宽调速直流伺服电机的结构如下图所示。有不带制动器a和带制动器b两种结构。电动机定子(磁钢1采用矫顽力高、不易去磁的永磁材料(如铁氧体永久磁铁、转子(电枢2直径大并且有槽,因而热容量大,结构上又采用了通常凸极式和隐极式永磁电动机磁路的组合,提高了电动机气隙磁通密度。同时,在电动机尾部装有高精密低纹波的测速发电机,并可加装光电编码器或旋转变压器及制动器,为速度环提供了较高的增量,能获得优良的低速刚度和动态性能。日本发那科(FANUC公司生产的用于工业机器人、CNC机床、加工中心(MC 的L系列(低惯量系列、M系列(中惯量系列和H系列(大惯量系列直流伺服电机。其中L系列适合于频繁启动、制动场合应用,M系列是在H系列的基础上发展起来的,其惯量较H系列小,适合于晶体管脉宽调制(PWM驱动,因而提高了整个伺服系统的频率响应。而H系列是大惯量控制用电动机,它有较大的输出功率,采用六相全波

交流伺服电机与运动控制卡的接口实验

交流伺服电机与运动控制卡的接口实验一、实验目的 1.认知富士交流伺服电机及驱动器的硬件接口电路 2.认知MPC2810运动控制卡的硬件接口 3.掌握驱动器与MPC2810运动控制卡的硬件连接二、实验器材 MPC2810运动控制卡、富士交流伺服电机及驱动器，数控实验台II,若干导线，万用表三、实验内容及步骤有关富士交流伺服电机及驱动器的详细信息参见《富士AC 伺服系统FALDIC-W 系列用户手册》，有关MPC2810运动控制卡的详细信息参见《MPC2810运动控制器用户手册》。一）、MPC2810运动控制器相关简介 MPC2810运动控制器是乐创自动化技术有限公司自主研发生产的基于PC的运动控制器，单张卡可控制4轴的步进电机或数字式伺服电机。通过多卡共用可支持多于4轴的运动控制系统的开发。 MPC2810运动控制器以IBM-PC及其兼容机为主机，基于PCI总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元。它与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作（例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；运动控制器完成运动控制的所有细节（包括直线和圆弧插补、脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等）。 MPC2810运动控制器配备了功能强大、内容丰富的Windows动态链接库，可方便地开发出各种运动控制系统。对当前流行的编程开发工具，如Visual Basic6.0，Visual C++6.0提供了开发用Lib库及头文件和模块声名文件，可方便地链接动态链接库，其他32位Windows开发工具如Delphi、C++Builder等也很容易使用MPC2810函数库。另外，支持标准Windows动态链接库调用的组态软件也可以使用MPC2810运动控制器。 MPC2810运动控制器广泛适用于：激光加工设备；数控机床、加工中心、机器人等；X-Y-Z控制台；绘图仪、雕刻机、印刷机械；送料装置、云台；打标机、绕线机；医疗设备；包装机械、纺织机

伺服电机工作原理及和步进电机的区别

伺服电机工作原理及和步进电机的区别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）。什么是伺服电机？有几种类型？工作特点是什么？答：伺服电动机又称执行电动机，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。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.。请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？答：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制滚珠丝杆，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。永磁交流伺服电动机20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。⑵定子绕组散热比较方便。⑶惯量小，易于提高系统的快速性波纹管联轴器。⑷适应于高速大力矩工作状态。 ⑸同功率下有较小的体积和重量。伺服和步进电机伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，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。步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号）弹性联轴器，但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。一、控制精度不同两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。二、低频特性不同步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳膜片联轴器，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。三、矩频特性不同

交流伺服电机选型重点学习的手册范本.doc

ST 系列交流伺服电机型号编号说明 1:表示电机外径 , 单位 :mm。 2：表示电机是正弦波驱动的永磁同步交流伺服电机。 3：表示电机安装的反馈元件，M—光电编码器，X—旋转变压器。 4：表示电机零速转矩，其值为三位数×，单位：Nm。 5：表示电机额定转速，其值为二位数×100，单位： rpm。 6：表示电机适配的驱动器工作电压，L— AC220V， H— AC380V。 7：表示反馈元件的规格，F—复合式增量光电编码器（2500 C/T ）， R— 1 对极旋转变压器。 8：表示电机类型，B—基本型。 9：表示电机安装了失电制动器。 SD系列交流伺服驱动器型号编号说明 1：表示采用空间矢量调制方式（SVPWM）的交流伺服驱动器 2：表示 IPM 模块的额定电流（ 15/20/30/50/75A ） 3：表示功能代码（ M：数字量与模拟量兼容） ●交流伺服电机与伺服驱动器适配表 ST系列电机ST系列电机ST 系列电机主要参数适配驱动器额定功率电机型号额定转矩额定转速外形尺寸零售价 ( 元 ) 110ST-M02030 2 Nm 3000rpm 110×110×158 1500 110ST-M04030 4 Nm 3000rpm 110×110×185 1700 110ST-M05030 5 Nm 3000rpm 110×110×2001800 110ST-M06020 6 Nm 2000rpm SD15M 110×110×217 1900 SD20MN 110ST-M06030 6 Nm 3000rpm SD30MN 110×110×217 1900 SD50MN 130ST-M04025 4 Nm 2500rpm SD75MN 130×130×163 1800 130ST-M05025 5 Nm 2500rpm 130×130×171 2100 130ST-M06025 6 Nm 2500rpm 130×130×181 2400 130ST-M07720Nm2000rpm130×130×1952900

交流伺服电机驱动器使用说明书.

交流伺服电机驱动器使用说明书 1 ?特点 16位CPU+32位DSP三环（位置、速度、电流）全数字化控制脉冲序列、速度、转矩多种指令及其组合控制转速、转矩实时动态显示完善的自诊断保护功能，免维护型产品交流同步全封闭伺服电机适应各种恶劣环境体积小、重量轻 2 ?指标输入电源三相200V -10%?+15% 50/60HZ 控制方法IGBT PWM（正弦波）反馈增量式编码器（2500P/r ）控制输入伺服-ON报警清除CW、CCW驱动、静止指令输入输入电压土10V 控制电源DC12?24V 最大200mA 保护功能OU LU OS OL OH REG OC ST CPU 错误，DSP错误，系统错误通讯RS232C 频率特性200Hz或更高（Jm=Jc时）体积L250 X W85 X H205 重量3.8Kg 3?原理见米纳斯驱动器方框图（图1）和控制方框图（图2） 4?接线 4.1主回路卸下盖板坚固螺丝；取下端子盖板。用足够线经和连接器尺寸作连接，导线应采用额定温度600C以上的铜体线，装上端子盖板，拧紧盖板螺丝。螺丝拧紧力矩大于 1.2Nm M4或 2.0 Nm M5时才可能损坏端子，接地线径为2.0mn i 具体见接线图3 4.2CN SIG 连接器［具体见接线图4 驱动器和电机之间的电缆长度最大20M 这些线至少要离开主电路接线30cm,不要让这些线与电源进线走一线槽；或让它们捆扎在一起线经0.18mm2或以上屏蔽双绞线，有足够的耐弯曲力屏蔽驱动器侧的屏蔽应连接到CN.SIG连接器的20脚，电机侧应连接到J 脚若电缆长于10M,则编码器电源线+5V、0V应接双线 4.3CN I/F 连接控制器等周边设备与驱动器之间距离最大为3M 这些线至少和主电路接线相隔30cm ,不要让这些线与电源进线走同一线槽或和它们捆扎在一起 COM和COM之间的控制电源（V DC）由用户供给控制信号输出端子可以接受最大24V或50mA不要施加超过此限位的电压和电流若用控制信号直接使继电器动作要象左图所示那样，并联一只二极管到继电器。不接二极管或接错了二极管的极性，都将可能损坏驱动器机身接地点（FG）要接到驱动器的一个接地端子具体见接线图5 5.参数

实验1 交流伺服电机控制实验

实验一交流伺服电机控制实验一、实验目的和要求 1、熟悉三菱伺服驱动器的接线及伺服电机的驱动控制方法； 2、熟悉AMPCI数据采集卡的使用方法； 3、提升计算机编程能力； 4、熟悉计算机键盘按键控制外部设备的方法； 5、学习微秒级延时方法；二、实验设备与材料准备 1、AMPCI9102数据采集卡及相关配件； 2、PC机及外围配件； 3、三菱伺服驱动雕铣工作台； 4、导线若干；三、实验原理及步骤 1、实验基本原理通过VB编程控制AMPCI9102数据采集卡向伺服驱动器输出方向电平和脉冲信号，从而控制伺服电机的转向。举例：欲让X轴电机正转一个脉冲，我们只要先向X轴电机发一个方向电平，现假定高电平1为反转，那么正转就应该发低电平0；然后发一个脉冲即可实现。若需电机连续转动，则应在脉冲间安插一个延时，建议50毫秒左右。 AMPCI9102数据采集卡相关命令： 1）打开AMPCI设备：函数：void _stdcall AM9102_Open(HANDLE *phPLX9052, WORD nCardNum) 功能：打开AMPCI-9102卡入口有效参数：nCardNum = 0,1,2,3... 出口返回值： 1 打开设备成功 0 打开设备失败 2）16BIT开关量输出函数：void _stdcall AM9102_D0(HANDLE hPLX9052, WORD date)

功能：输出16BIT数字量入口有效参数：date-输出数值, 取值范围0000-FFFF 出口返回值: 无 3）16BIT开关量输入：函数：WORD _stdcall AM9102_DI(HANDLE hPLX9052) 功能：读入16BIT数字量输入状态入口有效参数：无出口返回值: DI-输出数值范围0000-FFFF 4）关闭AMPCI设备：函数：void _stdcall AM9102_Close(HANDLE hPLX9052) 功能：关闭某一AMPCI9102卡入口有效参数：无出口返回参数：无 2、实验步骤 1）读懂AMPCI9102数据采集卡的数字量输入/输出插座各引脚定义 NC 40 ⊙⊙ 39 NC NC 38 ⊙⊙ 37 NC 19 37 GND 36 ⊙⊙ 35 GND 18 36 +5V 34 ⊙⊙ 33 +5V 17 35 B07 32 ⊙⊙ 31 B06 16 34 B05 30 ⊙⊙ 29 B04 15 33 B03 28 ⊙⊙ 27 B02 14 32 B01 26 ⊙⊙ 25 B00 13 31 B08 24 ⊙⊙ 23 B09 12 30 B10 22 ⊙⊙ 21 B11 11 29 B12 20 ⊙⊙ 19 B13 10 28 B14 18 ⊙⊙ 17 B15 9 27 AO7 16 ⊙⊙ 15 AO6 8 26 AO5 14 ⊙⊙ 13 AO4 7 25 AO3 12 ⊙⊙ 11 AO2 6 24 AO1 10 ⊙⊙ 9 AO0 5 23 AO8 8 ⊙⊙ 7 AO9 4 22 A10 6 ⊙⊙ 5 A11 3 21 A12 4 ⊙⊙ 3 A13 2 20 A14 2 ⊙□ 1 A15 1 2）接线 5 ——X电机脉冲信号 24——X电机方向电平

伺服电机原理

伺服电机原理一、交流伺服电动机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。交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点： 1、起动转矩大由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。 2、运行范围较广 3、无自转现象

伺服电机的工作原理

https://www.wendangku.net/doc/b58943030.html,/ebook/2007/B10036766/5.html https://www.wendangku.net/doc/b58943030.html,/ebook/2007/B10036766/5.html https://www.wendangku.net/doc/b58943030.html, 伺服电机的工作原理2008-04-10 10:42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）。什么是伺服电机？有几种类型？工作特点是什么？答：伺服电动机又称执行电动机，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。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.。请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？答：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制滚珠丝杆，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。永磁交流伺服电动机20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。⑵定子绕组散热比较方便。⑶惯量小，易于提高系统的快速性波纹管联轴器。⑷适应于高速大力矩工作状态。⑸同功率下有较小的体积和重量。伺服和步进电机伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，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。步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号）弹性联轴器，但

交流伺服电机与普通电机区别

交流伺服电机与普通电机区别交流伺服电机与普通电机有很多区别： 1、根据电机的不同应用领域，电机的种类很多，交流伺服电机属于控制类电机。伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。伺服电机的构造与普通电机是有区别的，带编码器反馈闭环控制，能满足快速响应和准确定位。现在市面上流通的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，这种电机受工艺限制，很难做到很大的功率，十几Kw以上的同步伺服电机价格很贵，在这样的现场应用，多采用交流异步伺服电机，往往采用变频器驱动。 2、电机的材料、结构和加工工艺，交流伺服电机要远远高于变频器驱动的交流电机（一般交流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机）。就是说当伺服驱动器输出电流、电压、频率变化很快时，伺服电机能产生响应的动作变化，响应特性和抗过载能力远远高于变频器驱动的交流电机。当然不是说变频器输出不了变化那么快的电源信号，而是电机本身就反应不了，所以在变频器的内部算法设定时为了保护电机做了相应的过载设定。 3、交流电机一般分为同步和异步电机：（1）、交流同步电机：就是转子是由永磁材料构成，所以转动后，随着电机的定子旋转磁场的变化，转子也做响应频率的速度变化，而且转子速度=定子速度，所以称“同步”。（2）、交流异步电机：转子由感应线圈和材料构成。转动后，定子产生旋转磁场，磁场切割定子的感应线圈，转子线圈产生感应电流，进而转子产生感应磁场，感应磁场追随定子旋转磁场的变化，但转子的磁场变化永远小于定子的变化，一旦等于就没有变化的磁场切割转子的感应线圈，转子线圈中也就没有了感应电流，转子磁场消失，转子失速又与定子产生速度差又重新获得感应电流。。。所以在交流异步电机里有个关键的参数是转差率就是转子与定子的速度差的比率。（3）、对应交流同步和异步电机，变频器就有相应的同步变频器和异步变频器，伺服电机也有交流同步伺服和交流异步伺服。当然变频器里交流异步变频常见，伺服则交流同步伺服常见。 4、交流伺服电机与普通电机还有很多区别，可以参考一下《电机学》方面的书籍；普通电机通常功率很大，尤其是启动电流很大，伺服驱动器的电流容量不能满足要求。可从电机的尺寸就知道原因了。关于伺服的应用。有很多方面，连一个小小的电磁调压阀，也可以算上一个伺服系统。其他伺服应用如火炮或雷达，用作随动，要求实时性好，动态响应快，超调小，精度在其次。如果是机床，则经常用作恒速，位置高精度，实时性要求不高。首先得确定你应用在什么场合。如果用在机床上，则控制部分硬件可以设计得相对简单一些，成本也相应低些。如果用于军工，则内部固件设计时控制算法应该更灵活，比如提供位置环滤波、速度环滤波、非线性、最优化或智能化算法。当然不需要在一个硬件部分上实现。可以面向对象做成几种类型的产品。交流伺服在加工中心、自动车床、电动注塑机、机械手、印刷机、包装机、弹簧机、三坐标测量仪、电火花加工机等等方面的设备有广阔的应用。关于步进电机和交流伺服电机的性能有较大差别。步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统

伺服驱动器的工作原理

伺服驱动器的工作原理。速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。位置控制是通过发脉冲来控制的。具体采用什么控制方式要根据客户的要求，满足何种运动功能来选择。如果您对电机的速度、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死循环控制功能，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，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。换一种说法是：

1、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，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为 2、5Nm:如果电机轴负载低于 2、5Nm时电机正转，外部负载等于 2、5Nm时电机不转，大于 2、5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过实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。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。 2、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。应用领域如数控机床、印刷机械等等。 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回馈以做运算用。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

交流伺服电机驱动器使用说明书.

交流伺服电机驱动器使用说明书 1．特点 ●16位CPU+32位DSP三环（位置、速度、电流）全数字化控制 ●脉冲序列、速度、转矩多种指令及其组合控制 ●转速、转矩实时动态显示 ●完善的自诊断保护功能，免维护型产品 ●交流同步全封闭伺服电机适应各种恶劣环境 ●体积小、重量轻 2．指标 ●输入电源三相200V -10%～+15% 50/60HZ ●控制方法IGBT PWM(正弦波) ●反馈增量式编码器（2500P/r） ●控制输入伺服-ON 报警清除CW、CCW驱动、静止 ●指令输入输入电压±10V ●控制电源DC12～24V 最大200mA ●保护功能OU LU OS OL OH REG OC ST CPU错误，DSP错误，系统错误 ●通讯RS232C ●频率特性200Hz或更高（Jm=Jc时） ●体积L250 ×W85 ×H205 ●重量 3.8Kg 3．原理见米纳斯驱动器方框图(图1)和控制方框图(图2) 4．接线 4.1主回路卸下盖板坚固螺丝；取下端子盖板。用足够线经和连接器尺寸作连接，导线应采用额定温度600C以上的铜体线，装上端子盖板，拧紧盖板螺丝。螺丝拧紧力矩大于1.2Nm M4或2.0 Nm M5时才可能损坏端子,接地线径为2.0mm2 具体见接线图3 4.2 CN SIG 连接器[ 具体见接线图4 ●驱动器和电机之间的电缆长度最大20M ●这些线至少要离开主电路接线30cm，不要让这些线与电源进线走一线槽；或让它们捆扎在一起 ●线经0.18mm2或以上屏蔽双绞线，有足够的耐弯曲力 ●屏蔽驱动器侧的屏蔽应连接到CN.SIG 连接器的20脚，电机侧应连接到J 脚 ●若电缆长于10M，则编码器电源线+5V、0V应接双线 4.3 CN I/F 连接 ●控制器等周边设备与驱动器之间距离最大为3M ●这些线至少和主电路接线相隔30cm ,不要让这些线与电源进线走同一线槽或和它们捆扎在一起 ●COM+和COM-之间的控制电源（V DC）由用户供给

永磁交流伺服电机原理

永磁交流伺服电机原理近年来由于无刷式伺服（马达）电机(brushless servo motor)制造与控制技术的急速发展，再加上大规模集成电路与半导体功率组件的进步，使其商品化产品日益增多，在高性能伺服应用场合如计算机控制数值工具机、工业机器人等，均已逐渐取代了传统式的有电刷的直流伺服电机(dc servo motor)。无刷式伺服电动机主要可分为两大类(表1) (1)无刷式直流伺服电机(brushless dc servo motor)，一般亦称的为永磁式同步电机(PM synchronous motor) 或永磁式交流伺服电机(PM ac servo motor)，(2)感应式交流伺服电机(induction ac servo motor)。无刷式直流伺服电机采用内装式的霍尔效应(Hall-effect)传感器组件来检测转子的绝对位置以决定功率组件的触发时序，其效用有如将直流伺服电机的机械式电刷换相(mechanical commutation)改为电子式换相(electronic commutation)，因而去除了直流伺服电动机因电刷所带来的限制。目前一般永磁式交流伺服电机的回接组件多采用解角器(resolver) 或光电解编码马器(photo encoder)，前者可量测转子绝对位置，后者则祇能测得转子旋转的相对位置，电子换相则设计于驱动器内。表1伺服电机的分类永磁式直流伺服电动机如图1(a)所示，其永久磁铁在外，而会发热的电枢线圈(armature winding)在内，因此散热较为困难，降低了功率体积比，在应用于直接驱动(direct-drive)系统时，会因热传导而造成传动轴(如导螺杆)的热变形。但对交流伺服电机而言，不论是永磁式或感应式，其造成旋转磁场的电枢线圈，如图1(b)所示，均置于电机的外层，因而散热较佳，有较高的功率体积比，且可适用于直接驱动系统。交流电机依其扭矩产生方式可分为两大类(1)同步交流电机(synchronous ac motor)与(2)感应交流电机(induction ac motor)，同步交流电机因其转子可由外界电源或由本身磁铁而造成的磁场与定子的旋转磁场交互作用而达到同步转速，但是感应交流电机的转子则因定子与转子间的变压器效应(transformer effect)而产生转子感应磁场，为了维持此感应磁场以产生旋转扭矩，转子与定子的旋转磁场间必须有一相对运动—滑差(slip)，因此感应电机的转速无法达到同步转速。

伺服电机内部结构及其工作原理

创作编号：BG7531400019813488897SX 创作者：别如克* 伺服电机内部结构

伺服电机工作原理

交流伺服电机的基本结构与工作原理(精)

交流伺服电机的基本结构与工作原理交流伺服电机通常都是单相异步电动机,有鼠笼形转子和杯形转子两种结构形式。与普通电机一样,交流伺服电机也由定子和转子构成。定子上有两个绕组,即励磁绕组和控制绕组,两个绕组在空间相差90°电角度。固定和保护定子的机座一般用硬铝或不锈钢制成。笼型转子交流伺服电机的转子和普通三相笼式电机相同。杯形转子交流伺服电机的结构如图3-12由外定子4,杯形转子3和内定子5三部分组成。它的外定子和笼型转子交流伺服电机相同,转子则由非磁性导电材料(如铜或铝制成空心杯形状,杯子底部固定在转轴7上。空心杯的壁很薄(小于 0.5mm,因此转动惯量很小。内定子由硅钢片叠压而成,固定在一个端盖1、 8上,内定子上没有绕组,仅作磁路用。电机工作时,内﹑外定子都不动,只有杯形转子在内、外定子之间的气隙中转动。对于输出功率较小的交流伺服电机,常将励磁绕组和控制绕组分别安放在内、外定子铁心的槽内。交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。但是,交流伺服电机必须具备一个性能,就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象,即无控制信号时,它不应转动,特别是当它已在转动时,如果控制信号消失,它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后,如控制信号消失,往往仍在继续转动。当电机原来处于静止状态时,如控制绕组不加控制电压,此时只有励磁绕组通电产生脉动磁场。可以把脉动磁场看成两个圆形旋转磁场。这两个圆形旋转磁场以同样的大小和转速,向相反方向旋转,所建立的正、反转旋转磁场分别切割笼型绕组(或杯形壁并感应出大小相同,相位相反的电动势和电流(或涡流,这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩也大小相等、方向相反,合成力矩为零,伺服电机转子转不起来。一旦控制系统有偏差信号,控制绕组就要接受与之相对应的控制电压。在一般情况下,电机内部产生的磁场是椭圆形旋转磁场。一个椭圆形旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。这两个圆形旋转磁场幅值不等(与原椭圆旋转磁场转向相同的正转磁场大,与原转向相反的反转磁场小,但以相同的速度,向相反的方向旋转。它们切割转子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁力矩也方向相反、大小不等(正转者大,反转者小合成力矩不为零,所以伺服电机就朝着正转磁场的方向转动起来,随着信号的增强,磁场接近圆形,此时正转磁