伺服電機的驅(qū)動器工作原理和控制方式

伺服電機的驅(qū)動器工作原理和控制方式

         一、伺服驅(qū)動器(servo drives)又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位，目前是傳動技術(shù)的高端產(chǎn)品。

伺服驅(qū)動器原理框圖

         二、伺服驅(qū)動器結(jié)構(gòu)

        伺服驅(qū)動器均采用數(shù)字信號處理器(DSP)作為控制核心，可以實現(xiàn)比較復雜的控制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設計的驅(qū)動電路，IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動電路，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路，在主回路中還加入了軟啟動電路，以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。

         三、伺服驅(qū)動器的工作原理

         首先功率驅(qū)動單元通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動交流伺服電機。功率驅(qū)動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程，整流單元(AC-DC)主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。

        四、伺服驅(qū)動器控制方式

        一般伺服都有三種控制方式：位置控制方式、轉(zhuǎn)矩控制方式、速度控制方式。

1.位置控制：位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值，由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制，所以一般應用于定位裝置。

2.轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。

應用主要在對材質(zhì)的手里有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如繞線裝置或拉光纖設備，轉(zhuǎn)矩的設定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。

3.速度模式：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉(zhuǎn)動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉(zhuǎn)速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統(tǒng)的定位精度。

         如果對電機的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個恒轉(zhuǎn)矩，當然是用轉(zhuǎn)矩模式。 如果對位置和速度有一定的精度要求，而對實時轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心，用轉(zhuǎn)矩模式不太方便，用速度或位置模式比較好。

       如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會好一點，如果本身要求不是很高，或者基本沒有實時性的要求，采用位置控制方式。