工业机器人运动控制的关键---伺服、步进、变频！

工业机器人运动控制的关键---伺服、步进、变频！

一、沟通伺服电机的作业原理

伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器操控的U/V/W三相电构成电磁场，转子在此磁场的效果下滚动，一起电机自带的编码器反应信号
给驱动器，驱动器根据反应值与目标值进行比较，调整转子滚动的视点。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

二、伺服体系的组成及分类

1.伺服体系的组成：

伺服体系是以方位和视点为操控量的操控体系的总称，与方位和视点相关联的速度、角速度、加快度、力等为操控量的体系也包含在伺
服体系内

2.伺服体系的分类：

（1）按操控结构分类分为： 开环式、闭环式。

（2）按驱动部件分类分为：

a.步进电动机伺服体系。

b.直流电动机伺服体系。

c.沟通电动机伺服体系。

三、伺服马达(沟通）的特色

1）定位精度高，一般伺服马达可到达0.036度。

2）回应时刻快。

3）操控便利灵敏，操控体系易于完成。

4）类型较多，可根据不同的运用环境挑选不同的类型。

5）供给全闭环操控，可适时监控作业狀況，进行恰当的调整变换。

四、伺服体系结构

机械传动机构,机械传动系统

五、伺服操控的选型过程

1.断定机械规格，负载、刚性等参数。

2.承认动作参数，移动速度、行程、加减速时刻、周期、精度等。

3.挑选马达惯量，负载惯量、马达轴心变换惯量、转子惯量。

4.挑选马达反转速度。

5. 挑选马达额外扭矩。负载扭矩、加减速扭矩、瞬间扭矩、实效扭矩。

6.挑选马达机械方位解析度。

7.根据以上挑选马达类型。

六、伺服操控的运用

机械传动机构,机械传动系统

步进操控

一、 步进电机的作业原理

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的履行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向滚动一个固定
的视点(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的视点一步一步作业的。能够经过操控脉冲个数来操控角位移量，然后到达准断定位的意图；一
起能够经过操控脉冲频率来操控电机滚动的速度和加快度，然后到达调速的意图。步进电机能够作为一种操控用的特种电机，运用其没有堆
集差错(精度为99%)的特色，广泛运用于各种开环操控。

二、步进电机的分类

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。

●永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；

●反应式步进电机一般为三相，可完成大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振荡都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁资料
制成，定子上有多相励磁绕组，运用磁导的改动发生转矩。

●混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的长处。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种
步进电机的运用广泛。

三、步进电机体系

机械传动机构,机械传动系统

1.步进电机的静态目标术语

a.相数：发生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表明。

b.拍数：完成一个磁场周期性改动所需脉冲数或导电状况用n表明，或指电机转过一 个齿距角所需脉冲数。

c.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表明。

d.定位转矩：电机在不通电状况下，电机转子本身的断定力矩（由磁场齿形的谐波以 及机械差错形成的）。

e.静转矩：电机在额外静态电效果下，电机不作旋转运动时，电机转轴的断定力矩。

2.步进电机动态目标及术语

a.步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实践值与理论值的差错。

b.失步：电机作业时作业的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。

c.失调角： 转子齿轴线偏移定子齿轴线的视点 。

d.空载起动频率：电机在某种驱动方式、电压及额外电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的频率。

e.空载的作业频率：电机在某种驱动方式，电压及额外电流下，电机不带负载的转速频率。

f.作业矩频特性：电机在某种测验条件下测得作业中输出力矩与频率联系的曲线称为作业矩频特性 。

四、步进电机选型

1、步距角的挑选：电机的步距角取决于负载精度的要求 。

2、静力矩的挑选：静力矩挑选的根据是电机作业的负载 ，一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好 。

3、电流的挑选：因为电流参数不同，其作业特性不同很大，可根据矩频特性曲线图，判别电机的电流。

五、步进电机的一些特色

1．一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

2．步进电机表面答应的温度一般在摄氏130度以上 。

3．步进电机的力矩会随转速的升高而下降。

4．步进电机低速时能够正常作业,但若高于 必定速度就无法发动,并伴有啸叫声。

5. 步进电机运用于低速场合---每分钟转速不超越1000转。

六、 步进电机和沟通伺服电机功能比较

1.操控精度不同

五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°沟通伺服电机的操控精度由电机轴后端的旋转编码器确保 ，关于带规范2500线编码器的
电机而言，其脉冲当量为360°/10000=0.036°，伺服电机精度要比步进马达高。

2.低频特性不同

步进电机在低速时易呈现低频振荡现象。沟通伺服电机作业非常平稳，即便在低速时也不会呈现振荡现象。

3.过载才能不同

步进电机一般不具有过载才能。沟通伺服电机具有较强的过载才能 。

4.作业功能不同

步进电机的操控为开环操控，发动频率过高或负载过大易呈现丢步或堵转的现象，中止时转速过高易呈现过冲的现象，沟通伺服驱动体
系为闭环操控，驱动器可直接对电机编码器反应信号进行采样，内部构成方位环和速度环，一般不会呈现步进电机的丢步或过冲的现象，操
控功能更为牢靠。

5.速度呼应功能不同

步进电机从停止加快到作业转速（一般为每分钟几百转）需求200～400毫秒。沟通伺服体系的加快功能较好，以松下MSMA 400W沟通
伺服电机为例，从停止加快到其额外转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的操控场合。

6.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，沟通伺服电机为恒力矩输出。

综上所述，沟通伺服体系在许多功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履行电动机。所以，在操控
体系的规划过程中要归纳考虑操控要求、本钱等多方面的要素，选用恰当的操控电机。

变频操控

一、通用电机介绍

三相鼠笼式沟通电机是感应电机中见的一种，其结构及特性如下：

1.感应电机的结构示意图

电机的结构示意图

机械传动机构,机械传动系统

2.电机的特性:

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二、变频器

1. 变频原理

变频器是能够简略、自由地改动沟通电机转速的一种操控设备。

变频器是经过改动沟通电机电源频率完成调速的：

机械传动机构,机械传动系统

2. 变频器的构成

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2.1变流器(整流器)：很多运用的是二极管桥整流器，如图1 所示，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变
流器，因为其功率方向可逆，能够进行再生作业。

2.2平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有电源6 倍频率的脉动电压，此外逆变器发生的脉动电流也使直流电压变化。为了按捺
电压动摇，选用电感和电容吸收脉动电压(电流)。设备容量小时，假如电源和主电路构成器材有余量，能够省去电感，选用简略的平波回路。

2.3逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的沟通功率，以所断定的时刻使6 个开关器材导通、关断就能够得到
3 相沟通输出。

2.4制动回路：异步电动机在再生制动区域运用时(转差率为负)，再生能量存于平波回路电容器中，使直流电压升高。一般说来，由机械
体系(含电动机)惯量堆集的能量比电容能贮存的能量大，需求快速制动时，可用可逆变流器向电源反应或设置制动回路(开关和电阻)把再生功
率消耗掉，以免直流电路电压上升。