步进电机和交流伺服电机性能比较
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),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,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
步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作
转速一般在300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。
四、过载能力不同
步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系
统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍,可用于克服惯性
负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力,在选型时为了克服这种惯性
力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩,便出
现了力矩浪费的现象。
五、运行性能不同
步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止
时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服
驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速
度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。
六、速度响应性能不同
步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200~400毫秒。交流伺服
系统的加速性能较好,以松下MS MA 400W交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。
综上所述,交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以,在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素,选用适当的控制电机。
直流伺服电机的控制方式 直流伺服电机实质上就是他励直流电机。由直流电机的电压方 程U=E a+I a R a及电枢电动势表达式E a=C eΦn,可以得到直流伺服电机的转速表达式为 式中,U a为电枢电压;E a为电枢感应电动势;I a为电枢电流;R a为电枢回路总电阻;n为转速;Φ为每极主磁通;C e为电动势常数。 上式表明:改变电枢电压U a和改变励磁磁通Φ,都可以改变直流伺服电机的转速n。 因而直流伺服电机的控制方式有两种:一种方法是把控制信号作为电枢电压来控制电机的转速,这种方式称为电枢控制;另一种方法是把控制信号加在励磁绕组上,通过控制磁通来控制电机的转速,这种控制方式称为磁场控制(又称为磁极控制)。直流 伺服电机的工作原理图如图2-9所示。
图2-9 电枢控制时直流伺服电机的工作原理图 (1)电枢控制 由图2-9所示,在励磁回路上加恒定不变的励磁电压U f,以保证直流伺服电机的主磁通Φ不变。在电枢绕组上加控制电压信号。当负载转矩T L一定时,升高电枢电压U a,电机的转速n随之升高;反之,减小电枢电压U a,电机的转速n就降低;若电枢电压U a=0时,电机则不转。当电枢电压的极性改变后,电机的旋转方向也随之改变。因此把电枢电压U a作为控制信号,就可以实现对直流伺服电机转速n的控制,其电枢绕组称为控制绕组。 对于电磁式直流伺服电机,采用电枢控制时,其励磁绕组由外施恒压的直流电源励磁;对于永磁式直流伺服电机则由永磁磁极励磁。 下面分析改变电枢电压U a时,电机转速n变化的物理过程。 直流伺服电机实质上就是他励直流电机。由直流电机的转速表 达式及电磁转矩表达式T e=C TΦI a,可以得到保持电机的每极磁通为额定磁通ΦN时,直流电机的机械特性方程为 式中,U a为电枢电压;R a为电枢回路总电阻;n为转速;ΦN 为每极额定主磁通;C e为电动势常数;C T为转矩常数;T e为电 磁转矩。 根据直流电机的机械特性方程,可以绘制出直流电机降压调速时的机械特性曲线,如图2-10所示,图中,曲线1、2、3分
什么是直流电机,什么是交流电机,什么是步进电机,什么是伺服电机? (1) 一般直流电机与直流伺服电机的区别 (2) 直流伺服电动机工作原理是什么? (2) 伺服马达的工作原理 (4) 伺服马达和步进马达的区别 (5) 如何正确选择伺服电机和步 (5) 1,如何正确选择伺服电机和步进电机? (5) 2,选择步进电机还是伺服电机系统? (5) 3,如何配用步进电机驱动器? (6) 4,2相和5相步进电机有何区别,如何选择? (6) 5,何时选用直流伺服系统,它和交流伺服有何区别? (6) 6,使用电机时要注意的问题? (7) 7,步进电机启动运行时,有时动一下就不动了或原地来回动,运行时有时还会失步,是什么问题? (7) 8,我想通过通讯方式直接控制伺服电机,可以吗? (8) 9,用开关电源给步进和直流电机系统供电好不好? (8) 10,我想用±10V或4~20mA的直流电压来控制步进电机,可以吗? (8) 11,我有一个的伺服电机带编码器反馈,可否用只带测速机口的伺服驱动器控制? (8) 12,伺服电机的码盘部分可以拆开吗? (8) 13,步进和伺服电机可以拆开检修或改装吗? (8) 14,几台伺服电机可以作同步运行吗? (8) 15,伺服控制器能够感知外部负载的变化吗? (8) 16,可以将国产的驱动器或电机和国外优质的电机或驱动器配用吗? (8) 17,使用大于额定电压值的直流电源电压驱动电机安全吗? (8) 18,我如何为我的应用选择适当的供电电源? (9) 19,对于伺服驱动器我可以选择那种工作方式? (9) 20,驱动器和系统如何接地? (10) 21,减速器为什么不能和电机正好相配在标准转矩点? (10) 22,我如何选择使用行星减速器还是正齿轮减速器? (10) 23,何为负载率(duty cycle)? (11) 24,标准旋转电机的驱动电路可以用于直线电机吗? (12) 25,直线电机是否可以垂直安装,做上下运动? (12) 26,在同一个平台上可以安装多个动子吗? (12) 27,是否可以将多个无刷电机的动子线圈安装于同一个磁轨道上? (12) 28,AMS的直线电机是否可以用于特殊环境,如水溅、真空、洁净室、辐射等环境? (12) 29,使用直线电机比滚珠丝杆的线性电机有何优点? (12) 30,你们的滑台可以做多个组合一起使用吗? (12) 什么是直流电机,什么是交流电机,什么是步进电机,什么是伺服电机? 1、什么是直流电机? 答:输出或输入为直流电能的旋转电机,称为直流电机 2、什么是交流电机
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
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件,在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机安设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的,同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到高速的目的。 伺服电机又称执行电机,在自动控制系统中,用作执行元件,把收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出。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)也就是说伺服电机本身具备发出脉冲的功能,它每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样伺服驱动器和伺服电机编码器的脉冲形成了呼应,所以它是闭环控制,步进电机是开环控制。 步进电机和伺服电机的区别在于:1、控制精度不同。步进电机的相数和拍数越多,它的精确度就越高,伺服电机取块于自带的编码器,编码器的刻度越多,精度就越高。2、控制方式不同;一个是开环控制,一个是闭环控制。3、低频特性不同;步进电机在低速时易出现低频振动现象,当它工作在低速时一般采用阻尼技术或细分技术来克服低频振动现象,伺服电机运转非常平稳,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。4、矩频特性不同;步进电机的输出力矩会随转速升高而下降,交流伺服电机为恒力矩输出,5、过载能力不同;步进电机一般不具有过载能力,而交流电机具有较强的过载能力。6、运行性能不同;步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲现象,交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。7、速度响应性能不同;步进电机从静止加速到工作转速需要上百毫秒,而交流伺服系统的加速性能较好,一般只需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。 综上所述,交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机,但是价格比就不一样了。
伺服电机工作原理及和步进电机の区别 2010-03-30 17:14 伺服电机内部の转子是永磁铁,驱动器控制のU/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场の作用下转动,同时电机自带の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,调整转子转动の角度。伺服电机の精度决定于编码器の精度(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,把所收到の电信号转换成电动机轴上の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,转速随着转矩の增加而匀速下降.。 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の发展,永磁交流伺服驱动技术有了突出の发展,各国著名电气厂商相继推出各自の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の主要发展方向,使原来の直流伺服面临被淘汰の危机。90年代以后,世界各国已经商品化了の交流伺服系统是采用全数字控制の正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域の发展日新月异。 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,易于提高系统の快速性波纹管联轴器。⑷适应于高速大力矩工作状态。⑸同功率下有较小の体积和重量。 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个脉冲对应の角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲の功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量の脉冲,这样,和伺服电机接受の脉冲形成了呼应,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,就能够很精确の控制电机の转动,从而实现精确の定位,可以达到0.001mm。 步进电机是一种离散运动の装置,它和现代数字控制技术有着本质の联系。在目前国内の数字控制系统中,步进电机の应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统の出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制の发展趋势,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の差异。现就二者の使用性能作一比较。 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
电子信息与电气工程系课程设计报告 设计题目:直流伺服电机控制系统设计 系别:电子信息与电气工程系 年级专业: 学号: 学生姓名: 2006级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书
摘要 随着集成电路技术的飞速发展,微控制器在伺服控制系统普遍应用,这种数字伺服系统的性能可以大大超过模拟伺服系统。数字伺服系统可以实现高精度的位置控制、速度跟踪,可以随意地改变控制方式。单片机和DSP在伺服电机控制中得到了广泛地应用,用单片机作为控制器的数字伺服控制系统,有体积小、可靠性高、经济性好等明显优点。。本设计研究的直流伺服电机控制系统即以单片机作为核心部件,主要是单片机为控制核心通过软硬件结合的方式对直流伺服电机转速实现开环控制。 对于伺服电机的闭环控制,采用PID控制,利用MATLAB软件对单位阶跃输入响应的PID 校正动态模拟仿真,研究PID控制作用以及PID各参数值对控制系统的影响,通过试凑法得到最佳PID参数。同时能更深度地掌握在自动控制领域应用极为广泛的MATLAB软件。 关键词:单片机直流伺服电机 PID MATLAB
目录 1.引言 ...................................................... 错误!未定义书签。2.单片机控制系统硬件组成.................................... 错误!未定义书签。 微控制器................................................ 错误!未定义书签。 DAC0808转换器.......................................... 错误!未定义书签。 运算放大器............................................... 错误!未定义书签。 按键输入和显示模块....................................... 错误!未定义书签。 按键输入............................................ 错误!未定义书签。 显示模块............................................ 错误!未定义书签。 直流伺服电动机.......................................... 错误!未定义书签。 3.单片机控制系统软件设计..................................... 错误!未定义书签。 主程序................................................... 错误!未定义书签。 键盘处理子程序........................................... 错误!未定义书签。 4.控制系统原理图及仿真....................................... 错误!未定义书签。 控制系统方框图........................................... 错误!未定义书签。 控制系统电路原理图....................................... 错误!未定义书签。 Proteus仿真结果........................................ 错误!未定义书签。组件对直流伺服控制系统的仿真................................. 错误!未定义书签。 MATLAB与Simulink简介.................................. 错误!未定义书签。 MATLAB简介......................................... 错误!未定义书签。 Simulink简介....................................... 错误!未定义书签。 直流伺服电机数学模型.................................... 错误!未定义书签。 系统Simulink模型及时域特性仿真......................... 错误!未定义书签。 开环系统Simulink模型及仿真......................... 错误!未定义书签。 单位负反馈系统Simulink模型及仿真................... 错误!未定义书签。 PID校正................................................ 错误!未定义书签。 PID参数的凑试法确定................................ 错误!未定义书签。 比例控制器校正...................................... 错误!未定义书签。 比例积分控制器校正.................................. 错误!未定义书签。 PID控制器校正...................................... 错误!未定义书签。6.小结...................................................... 错误!未定义书签。参考文献..................................................... 错误!未定义书签。附录 ........................................................ 错误!未定义书签。
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
步进电机和伺服电机的区别与正确选择 在行走定位系统中,常用的电机就是步进电机和伺服电机两种,其中步进电机主要有2相、 5相和微步进几种,伺服电机主要有交流伺服电机和直流伺服电机,以及有刷和无刷电机的分类。 2相、5相和微步步进电机主要是驱动器所表现出来解析度不同, 2相步进系统电机每转最细可分为400 格, 五相则为1000 格, 微步进则可从200 ~ 5000(或以上)格, 表现出来的特性以微步进最好, 加减速时间较短, 动态惯性较低. AC 和DC 伺服电机主要的分别为DC伺服比AC伺服电机多了一个碳刷, 会有维护上的问题, 而AC 伺服电机因没有碳刷, 所以后续并不会有太大维护上的问题. 所以基本上来说AC伺服系统是较DC 伺服系统为优, 但DC 伺服系统主要的优势则是价位上比AC 伺服系统较便宜. 而此两种系统的控制精度皆为相同. 以下为伺服电机与步进电机的特征介绍 步进电机: ◎特征 ●具保持力 由于步进电机在激磁状态停止时,具有很大的保持力,因此即使不使用机械式刹车亦可以保持停止位置(具有激磁状态停止时,与电机电流成比例的保持力)。 在停电时步进电机不具有保持力,因此停电时若需有保持力,请使用附电磁刹车机种。 藉由电机的高精度加工,可实现步进电机高精度定位功能。解析度是取决于电机的构造,一般的HYPRID型5相步进电机为1步级0.72°精度是取决于电机的加工精度而定,无负载时的停止精度误差为±3分(±0.05°)。 ● 角度控制、速度控制简单 步进电机为与输入的脉波成正比,一次以一步级角运转(0.72度)。 ●高转矩,高响应性 步进电机虽然体积小但在低速运转时皆可获得高转矩输出。因此在加速性、响应性、频繁的起动及停止皆可发挥很大的威力。
(1)直流电机选择 由于本次毕业设计采用的是飞思卡尔公司提供的伺服电机,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),而且伺服电机一般是功率小,运行精确,能高速制动,惯量小,适合闭环控制,也就是能检测到实际位置和理论位置的误差,并消除。 (2)直流电机的控制 PWM控制 脉宽调制的全称为:Pulse Width Modulator,简称PWM。由于它的特殊性能,常被用作直流回路中灯具调光或直流电动机调速。这里将要介绍的就是利用脉宽调制(PWM)原理制作的马达控制器。该装置可用于12v或24v直流电路中,两者间只需稍做变动。它主要是通过改变输出方波的占空比,使得负载上的平均接通时间从0-100%变化,以达到调整负载亮度/速度的目的。PWM信号一般可有微控制器产生。如图1
图1 微控制器产生的PWM控制信号 (3)直流电机的反馈与控制 旋转编码器 旋转编码器是用来测量转速的装置。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数(几十个到几千个都有),和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲,而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90度的脉冲,通过这两组脉冲不仅可以测量转速,还可以判断旋转的方向。编码器若以信号原理来分,有增量型编码器,绝对型编码器。增量型编码器(旋转型)由一个中心有轴的光电码盘,其上有环形通、暗的刻线,有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度),将C、D信号反向,叠加在A、B两相上,可增强稳定信号;另每转输出一个Z
步进电机 工作原理:通常电机的转子为永磁体,当电流流过定子绕组时,定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度,使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲,电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序,电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。 直流电机 工作原理:直流电机里边固定有环状永磁体,直流电流通过转子上的线圈产生安培力,当转子上的线圈与磁场平行时,再继续转受到的磁场方向将改变,因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触,从而线圈上的电流方向也改变,产生的洛伦兹力方向不变,所以电机能保持一个方向转动。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势,靠换向器配合电刷的换向作用,使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。 直流伺服电机 工作原理:.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。 交流电机 工作原理:用单相电容式电机说明:单相电机有两个绕组,即起动绕组和运行绕组。两个绕组在空间上相差90度。在起动绕组上串联了一个容量较大的电容器,当运行绕组和起动绕组通过单相交流电时,由于电容器作用使起动绕组中的电流在时间上比运行绕组的电流超前90度角,先到达最大值。在时间和空间上形成两个相同的脉冲磁场,使定子与转子之间的气隙中产生了一个旋转磁场,在旋转磁场的作用下,电机转子中产生感应电流,电流与旋转磁场互相作用产生电磁场转矩,使电机旋转起来。 交流伺服电机 工作原理:交流伺服电动机的结构主要可分为两部分,即定子部分和转子部分。其中定子的结构与旋转变压器的定子基本相同,在定子铁心中也安放着空间互成90度电角度的两相绕组。其中一组为激磁绕组,另一组为控制绕组,交流伺服电动机是一种两相的交流电动机。交流伺服电动机使用时,激磁绕组两端施加恒定的激磁电压Uf,控制绕组两端施加控制电压Uk。当定子绕组加上电压后,伺服电动机很快就会转动起来。通入励磁绕组
关于伺服电机和步进电机的28个问答 1,如何正确选择伺服电机和步进电机? 主要视具体应用情况而定,简单地说要确定:负载的性质(如水平还是垂直负载等),转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求,上位控制要求(如对端口界面和通讯方面的要求),主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源,或电池供电,电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。 2,选择步进电机还是伺服电机系统? 其实,选择什么样的电机应根据具体应用情况而定,各有其特点。 3,如何配用步进电机驱动器? 根据电机的电流,配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时,可配用细分型驱动器。对于大转矩电机,尽可能用高电压型驱动器,以获得良好的高速性能。 4,2 相和5 相步进电机有何区别,如何选择? 2 相电机成本低,但在低速时的震动较大,高速时的力矩下降快。5 相电机则振动较小,高速性能好,比 2 相电机的速度高30~50% ,可在部分场合取代伺服电机。 5,何时选用直流伺服系统,它和交流伺服有何区别? 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。 无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。 交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 6,使用电机时要注意的问题? 上电运行前要作如下检查: 1)电源电压是否合适(过压很可能造成驱动模块的损坏);对于直流输入的+/- 极性一定不能接错,驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适(开始时不要太大); 2)控制信号线接牢靠,工业现场最好要考虑屏蔽问题(如采用双绞线); 3)不要开始时就把需要接的线全接上,只连成最基本的系统,运行良好后,再逐步连接。 4)一定要搞清楚接地方法,还是采用浮空不接。 5)开始运行的半小时内要密切观察电机的状态,如运动是否正常,声音和温升情况,发现问题立即停机调整。 7,步进电机启动运行时,有时动一下就不动了或原地来回动,运行时有时还会失步,是什么问题? 一般要考虑以下方面作检查: 1)电机力矩是否足够大,能否带动负载,因此我们一般推荐用户选型时要选用力矩比实际需要大50%~100% 的电机,因为步进电机不能过负载运行,哪怕是瞬间,都会造成失步,严重时停转或不规则原地反复动。
伺服电机和步进电机有什么区别 伺服电机和步进电机有什么区别在于开环闭环之分,不进不带位置反馈伺服有位置反馈。电机上有编码器。 步进电机是驱动器发出的电脉冲转化为动能。步进电机接到一个脉冲信号,电机就会转动一个固定的角度,(步距角)它的位移和定位是一步一步来完成的。控制脉冲个数来完成唯一,定位。 伺服,有一个永磁的转子,UVW来控制磁场。在磁场作用
下完成位移,并且电机的编码器把实际位移量反馈给驱动器。驱动器再进行比较在做进一步调整。 步进电机和交流伺服电机性能比较 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),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。 伺服电机和步进电机的控制精度不同 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。 3 / 56
伺服电机和步进电机的低频特性不同 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。 伺服电机和步进电机的过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍,可用于克
伺服电机和步进电机的区别 内容来源网络,由“深圳机械展(11万㎡,1100多家展商,超10万观众)”收集整理! 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示,就在深圳机械展. 步进电机和交流伺服电机性能比较 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),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,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,
基于模糊PID控制的直流电动机伺服 系统 课程:智能控制理论及其应用 姓名: 学号: 导师: 目录 第一章模糊PID控制简介....................................................................... 错误!未定义书签。 1.1传统PID ........................................................................................... 错误!未定义书签。 1.2模糊PID ........................................................................................... 错误!未定义书签。第二章直流伺服电机简介 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2.1电动机调速控制原理 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2.2三环控制原理 .................................................................................. 错误!未定义书签。 2.3电动机模型的建立 .......................................................................... 错误!未定义书签。第三章模糊控制器设计 .......................................................................... 错误!未定义书签。 3.1模糊算法.......................................................................................... 错误!未定义书签。 3.2输入/输出隶属度函数的设计......................................................... 错误!未定义书签。 3.3模糊规则选取 .................................................................................. 错误!未定义书签。第四章simulink仿真................................................................................ 错误!未定义书签。 4.1simulink中模糊PID控制图 ............................................................. 错误!未定义书签。 4.2模糊PID与传统PID仿真比较 ....................................................... 错误!未定义书签。第五章结论分析 ...................................................................................... 错误!未定义书签。 5.1结论分析.......................................................................................... 错误!未定义书签。 5.2 仿真过程中遇到的问题 ................................................................. 错误!未定义书签。
《电机与拖动》课程设计 直流伺服电机控制系统的设计 The design of Dc servo motor control system 学生姓名张志新 学院名称信电工程学院 专业名称电气工程及其自动化 指导教师韩成春 2012年01月04日
摘要 作为电能传输或信号传输的装置,变压器在电力系统和自动化控制系统中得到了广泛的应用,在国民经济的其他部门,作为特种电源或满足特殊的需要,变压器也发挥着重要的作用。变压器是通过电磁耦合关系传递电能的设备,用途可综述为:经济的输送电能、合理的分配电能、安全的使用电能。实际上,它在变压的同时还能改变电流,还可改变阻抗和相数。它的种类很多,容量小的只有几伏安,大的可达到数十万千伏安;电压低的只有几伏,高的可达几十万伏。 小型变压器指的是容量1000V.A以下的变压器。最简单的小型单相变压器由一个闭合的铁芯(构成磁路)和绕在铁芯上的两个匝数不同、彼此绝缘的绕组(构成电路)构成。这类变压器在生活中的应用非常广泛。 关键词电机与拖动;小型;单向;变压器
目录 1 绪论 (1) 1.1 设计总纲 (1) 1.1.1设计任务 (1) 1.1.2 设计要求 (1) 1.1.3设计用设备和器件 (1) 2变压器结构 (1) 2.1 铁芯 (1) 2.2 绕组 (1) 2.3 其他结构部件 (2) 3 变压器的工作原理 (2) 3.1 电压变换 (2) 3.2电流变换 (2) 4 设计内容及数据的测量 (3) 4.1 设计内容 (3) 4.2 铁芯尺寸的选定 (4) 4.3 绕组的匝数与导线直径 (5) 5 实例计算 (8) 结论 (10) 心得 (11) 参考文献 (12) 附录 (13) 附录1 (13) 附录2 (13)
伺服电机,步进电机,同步电动机和异步电动机四者间的区别与联系 在运动控制领域,经常会接触到伺服电机,步进电机,同步电动机和异步电动机等名词,许多新手经常百思不得其解,他们之间的区别到底是怎么样的呢?研控工程部康经理就这些问题做了专门描述,下面我将其内容整理出来分享给大家。 步进电机和交流伺服电机性能比较 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),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,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、矩频特性不同步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作转速一般在300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为 2000RPM或3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。 四、过载能力不同步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩,便出现了力矩浪费的现象。 五、运行性能不同步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,