伺服驅動(dòng)器(servo drives)又稱(chēng)為“伺服控制器”、“伺服放大器”,是用來(lái)控制伺服電機的一種控制器,其作用類(lèi)似于變頻器作用于普通交流馬達,屬于伺服系統的一部分,主要應用于高精度的定位系統。一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進(jìn)行控制,實(shí)現高精度的傳動(dòng)系統定位,目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。
伺服驅動(dòng)器是現代運動(dòng)控制的重要組成部分,被廣泛應用于工業(yè)機器人及數控加工中心等自動(dòng)化設備中。尤其是應用于控制交流永磁同步電機的伺服驅動(dòng)器已經(jīng)成為國內外研究熱點(diǎn)。當前交流伺服驅動(dòng)器設計中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設計合理與否,對于整個(gè)伺服控制系統,特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用 。
在伺服驅動(dòng)器速度閉環(huán)中,電機轉子實(shí)時(shí)速度測量精度對于改善速度環(huán)的轉速控制動(dòng)靜態(tài)特性至關(guān)重要。為尋求測量精度與系統成本的平衡,一般采用增量式光電編碼器作為測速傳感器,與其對應的常用測速方法為M/T測速法。M/T測速法雖然具有一定的測量精度和較寬的測量范圍,但這種方法有其固有的缺陷,主要包括:1)測速周期內必須檢測到至少一個(gè)完整的碼盤(pán)脈沖,限制了最低可測轉速;2)用于測速的2個(gè)控制系統定時(shí)器開(kāi)關(guān)難以嚴格保持同步,在速度變化較大的測量場(chǎng)合中無(wú)法保證測速精度。因此應用該測速法的傳統速度環(huán)設計方案難以提高伺服驅動(dòng)器速度跟隨與控制性能 。
工作原理
目前主流的伺服驅動(dòng)器均采用數字信號處理器(DSP)作為控制核心,
可以實(shí)現比較復雜的控制算法,實(shí)現數字化、網(wǎng)絡(luò )化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設計的驅動(dòng)電路,IPM內部集成了驅動(dòng)電路,同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過(guò)程對驅動(dòng)器的沖擊。功率驅動(dòng)單元首先通過(guò)三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流,得到相應的直流電。經(jīng)過(guò)整流好的三相電或市電,再通過(guò)三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來(lái)驅動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅動(dòng)單元的整個(gè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單的說(shuō)就是AC-DC-AC的過(guò)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。
隨著(zhù)伺服系統的大規模應用,伺服驅動(dòng)器使用、伺服驅動(dòng)器調試、伺服驅動(dòng)器維修都是伺服驅動(dòng)器在當今比較重要的技術(shù)課題,越來(lái)越多工控技術(shù)服務(wù)商對伺服驅動(dòng)器進(jìn)行了技術(shù)深層次研究。
伺服驅動(dòng)器是現代運動(dòng)控制的重要組成部分,被廣泛應用于工業(yè)機器人及數控加工中心等自動(dòng)化設備中。尤其是應用于控制交流永磁同步電機的伺服驅動(dòng)器已經(jīng)成為國內外研究熱點(diǎn)。當前交流伺服驅動(dòng)器設計中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設計合理與否,對于整個(gè)伺服控制系統,特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用。
基本要求
伺服進(jìn)給系統的要求
1、調速范圍寬
2、定位精度高
3、有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩定性
4、快速響應,無(wú)超調
為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量,除了要求有較高的定位精度外,還要求有良好的快速響應特性,即要求跟蹤指令信號的響應要快,因為數控系統在啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí),要求加、減加速度足夠大,縮短進(jìn)給系統的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間,減小輪廓過(guò)渡誤差。
5、低速大轉矩,過(guò)載能力強
一般來(lái)說(shuō),伺服驅動(dòng)器具有數分鐘甚至半小時(shí)內1.5倍以上的過(guò)載能力,在短時(shí)間內可以過(guò)載4~6倍而不損壞。
6、可靠性高
要求數控機床的進(jìn)給驅動(dòng)系統可靠性高、工作穩定性好,具有較強的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應能力和很強的抗干擾的能力。
對電機的要求
1、從最低速到最高速電機都能平穩運轉,轉矩波動(dòng)要小,尤其在低速如0.1r/min或更低速時(shí),仍有平穩的速度而無(wú)爬行現象。
2、電機應具有大的較長(cháng)時(shí)間的過(guò)載能力,以滿(mǎn)足低速大轉矩的要求。一般直流伺服電機要求在數分鐘內過(guò)載4~6倍而不損壞。
3、為了滿(mǎn)足快速響應的要求,電機應有較小的轉動(dòng)慣量和大的堵轉轉矩,并具有盡可能小的時(shí)間常數和啟動(dòng)電壓。
4、電機應能承受頻繁啟、制動(dòng)和反轉。
測試平臺
目前,伺服驅動(dòng)器的測試平臺主要有以下幾種:采用伺服驅動(dòng)器—電動(dòng)機互饋對拖的測試平臺、采用可調模擬負載的測試平臺、采用有執行電機而沒(méi)有負載的測試平臺、采用執行電機拖動(dòng)固有負載的測試平臺和采用在線(xiàn)測試方法的測試平臺 。
1采用伺服驅動(dòng)器—電動(dòng)機互饋對拖的測試平臺
這種測試系統由四部分組成,分別是三相PWM整流器、被測伺服驅動(dòng)器—電動(dòng)機系統、負載伺服驅動(dòng)器—電動(dòng)機系統及上位機,其中兩臺電動(dòng)機通過(guò)聯(lián)軸器互相連接。被測電動(dòng)機工作于電動(dòng)狀態(tài),負載電動(dòng)機工作于發(fā)電狀態(tài)。被測伺服驅動(dòng)器—電動(dòng)機系統工作于速度閉環(huán)狀態(tài),用來(lái)控制整個(gè)測試平臺的轉速,負載伺服驅動(dòng)器—電動(dòng)機系統工作于轉矩閉環(huán)狀態(tài),通過(guò)控制負載電動(dòng)機的電流來(lái)改變負載電動(dòng)機的轉矩大小,模擬被測電機的負載變化,這樣互饋對拖測試平臺可以實(shí)現速度和轉矩的靈活調節,完成各種試驗功能測試。上位機用于監控整個(gè)系統的運行,根據試驗要求向兩臺伺服驅動(dòng)器發(fā)出控制指令,同時(shí)接收它們的運行數據,并對數據進(jìn)行保存、分析與顯示。 [2]
對于這種測試系統,采用高性能的矢量控制方式對被測電動(dòng)機和負載設備分別進(jìn)行速度和轉矩控制,即可模擬各種負載情況下伺服驅動(dòng)器的動(dòng)、靜態(tài)性能,完成對伺服驅動(dòng)器的全面而準確的測試。但由于使用了兩套伺服驅動(dòng)器—電動(dòng)機系統,所以這種測試系統體積龐大,不能滿(mǎn)足便攜式的要求,而且系統的測量和控制電路也比較復雜、成本也很高。
2采用可調模擬負載的測試平臺
這種測試系統由三部分組成,分別是被測伺服驅動(dòng)器—電動(dòng)機系統、可調模擬負載及上位機??烧{模擬負載如磁粉制動(dòng)器、電力測功機等,它和被測電動(dòng)機同軸相連。上位機和數據采集卡通過(guò)控制可調模擬負載來(lái)控制負載轉矩,同時(shí)采集伺服系統的運行數據,并對數據進(jìn)行保存、分析與顯示。對于這種測試系統,通過(guò)對可調模擬負載進(jìn)行控制,也可模擬各種負載情況下伺服驅動(dòng)器的動(dòng)、靜態(tài)性能,完成對伺服驅動(dòng)器的全面而準確的測試。但這種測試系統體積仍然比較大,不能滿(mǎn)足便攜式的要求,而且系統的測量和控制電路也比較復雜、成本也很高。
3采用有執行電機而沒(méi)有負載的測試平臺
這種測試系統由兩部分組成,分別是被測伺服驅動(dòng)器—電動(dòng)機系統和上位機。上位機將速度指令信號發(fā)送給伺服驅動(dòng)器,伺服驅動(dòng)器按照指令開(kāi)始運行。在運行過(guò)程中,上位機和數據采集電路采集伺服系統的運行數據,并對數據進(jìn)行保存、分析與顯示。由于這種測試系統中電機不帶負載,所以與前面兩種測試系統相比,該系統體積相對減小,而且系統的測量和控制電路也比較簡(jiǎn)單,但是這也使得該系統不能模擬伺服驅動(dòng)器的實(shí)際運行情況。通常情況下,此類(lèi)測試系統僅用于被測系統在空載情況下的轉速和角位移的測試,而不能對伺服驅動(dòng)器進(jìn)行全面而準確的測試。
4采用執行電機拖動(dòng)固有負載的測試平臺
這種測試系統由三部分組成,分別是被測伺服驅動(dòng)器—電動(dòng)機系統、系統固有負載及上位機。上位機將速度指令信號發(fā)送給伺服驅動(dòng)器,伺服系統按照指令開(kāi)始運行。在運行過(guò)程中,上位機和數據采集電路采集伺服系統的運行數據,并對數據進(jìn)行保存、分析與顯示。
對于這種測試系統,負載采用被測系統的固有負載,因此測試過(guò)程貼近于伺服驅動(dòng)器的實(shí)際工作情況,測試結果比較準確。但由于有的被測系統的固有負載不方便從裝備上移走,因此測試過(guò)程只能在裝備上進(jìn)行,不是很方便。
5采用在線(xiàn)測試方法的測試平臺
這種測試系統只有數據采集系統和數據處理單元。數字采集系統將伺服驅動(dòng)器在裝備中的實(shí)時(shí)運行狀態(tài)信號進(jìn)行采集和調理,然后送給數據處理單元供其進(jìn)行處理和分析,最終由數據處理單元做出測試結論。由于采用在線(xiàn)測試方法,因此這種測試系統結構比較簡(jiǎn)單,而且不用將伺服驅動(dòng)器從裝備中分離出來(lái),使測試更加便利。此類(lèi)測試系統完全根據伺服驅動(dòng)器在實(shí)際運行中進(jìn)行測試,因此測試結論更加貼近實(shí)際情況。但是由于許多伺服驅動(dòng)器在制造和裝配方面的特點(diǎn),此類(lèi)測試系統中的各種傳感器及信號測量元件的安裝位置很難選擇。而且裝備中的其它部分如果出現故障,也會(huì )給伺服驅動(dòng)器的工作狀態(tài)造成不良影響,最終影響其測試結果。
伺服驅動(dòng)器的種類(lèi)有很多,主要可分為通用型與脈沖型,那么通用型與脈沖型的伺服驅動(dòng)器有什么區別?
通用型伺服驅動(dòng)器可以接收模擬量電壓進(jìn)行外部速度控制與轉讓矩控制,還可以接收脈沖進(jìn)行位置控制,脈沖型的伺服驅動(dòng)器沒(méi)有模擬量接收電路,只有脈沖接收口電路,價(jià)格上便宜一點(diǎn)。
傳統電機作為機電能量轉換裝置,在人類(lèi)的生產(chǎn)和生活進(jìn)入電氣化過(guò)程中起著(zhù)關(guān)鍵的作用??墒窃谌祟?lèi)社會(huì )進(jìn)入自動(dòng)化時(shí)代的今天,傳統電機的功能已不能滿(mǎn)足工廠(chǎng)自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化等各種運動(dòng)控制系統的要求。為適應這些要求,發(fā)展了一系列新的具備控制功能的電機系統,其中較有自己特點(diǎn)。
伺服驅動(dòng)器可使控制速度,位置精度非常準確。將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動(dòng)控制對象。伺服驅動(dòng)器如果因為負載過(guò)大,而產(chǎn)生慣性,這樣的情況多是走過(guò)頭了。點(diǎn)動(dòng)指令是走不準的,特別是用點(diǎn)動(dòng)回原點(diǎn),那是大錯特錯。點(diǎn)動(dòng)的開(kāi)停是一個(gè)完全的90度直角,啟停相當于急剎車(chē),想想也是停不住的了,所以回原點(diǎn)一定還是要用回原點(diǎn)指令。
伺服系統(servomechanism)又稱(chēng)隨動(dòng)系統,是用來(lái)精確地跟隨或復現某個(gè)過(guò)程的反饋控制系統。伺服系統使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(或給定值)的任意變化的自動(dòng)控制系統。它的主要任務(wù)是按控制命令的要求、對功率進(jìn)行放大、變換與調控等處理,使驅動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制非常靈活方便。
在很多情況下,伺服系統專(zhuān)指被控制量(系統的輸出量)是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統,其作用是使輸出的機械位移(或轉角)準確地跟蹤輸入的位移(或轉角),其結構組成和其他形式的反饋控制系統沒(méi)有原則上的區別。伺服系統最初用于國防軍工, 如火炮的控制, 船艦、飛機的自動(dòng)駕駛,導彈發(fā)射等,后來(lái)逐漸推廣到國民經(jīng)濟的許多部門(mén),如自動(dòng)機床、無(wú)線(xiàn)跟蹤控制等。
乘著(zhù)運動(dòng)控制如火如荼的發(fā)展趨勢,中國通用伺服市場(chǎng)表現不俗。
2017年第二季度,松下、三菱、臺達、匯川二季度業(yè)績(jì)同比增長(cháng)超過(guò)30%;安川、埃斯頓等廠(chǎng)商業(yè)績(jì)二季度業(yè)績(jì)增長(cháng)超過(guò)20%;西門(mén)子等廠(chǎng)商二季度業(yè)績(jì)同比增長(cháng)超過(guò)10%。
漂亮的銷(xiāo)售數字背后,離不開(kāi)國家政策紅利持續推動(dòng)制造業(yè)升溫、iphone8相關(guān)生產(chǎn)設備升級、鋰電池生產(chǎn)設備及太陽(yáng)能加工設備增加的巨大市場(chǎng)。在伺服需求同比大幅增長(cháng)的情況下,歐美系、日系、國產(chǎn)等各家廠(chǎng)商的通用伺服產(chǎn)品也表現出較強的行業(yè)偏好。
在細分行業(yè)中,各大廠(chǎng)商Q2表現:
電子制造行業(yè)
細分來(lái)看,3C相關(guān)的設備伺服需求上漲;鋰電池相關(guān)設備和太陽(yáng)能后端加工設備伺服需求增長(cháng)。在這個(gè)方面,松下、三菱、西門(mén)子、羅克韋爾、匯川、施耐德、埃斯頓增長(cháng)幅度皆在15%以上;整體而言,電子制造行業(yè)漲幅穩居第一。
2.機床行業(yè)
手機周邊等3C相關(guān)小型精密加工機床增長(cháng)非常強勁,加工中心和復合車(chē)銑等金切機床等增長(cháng)次之。安川、臺達、埃斯頓在該行業(yè)業(yè)績(jì)同比增長(cháng)大于15%;機床行業(yè)市場(chǎng)表現增幅穩步增長(cháng)。
3.機械手及機器人周邊
2017年中國已變成工業(yè)機器人第一大市場(chǎng),相關(guān)市場(chǎng)需求快速增長(cháng)。匯川、臺達、松下搭乘“中國制造2025”的大船,相關(guān)行業(yè)增長(cháng)幅度較大。其中,匯川以穩定的質(zhì)量和服務(wù)該領(lǐng)域取得了優(yōu)秀的成績(jì)。
4.紙巾機械伺服
包裝機械伺服需求保持穩定增長(cháng);需特別指出的是,國內由于二胎政策和人口老齡化等因素促進(jìn)紙巾機械增長(cháng)。使得羅克韋爾自動(dòng)化在紙巾機械、包裝機械等行業(yè)增長(cháng)幅度為兩位數。
5.出口紡織機械伺服
德系汽車(chē)廠(chǎng)需求微幅下滑,紡織機械需求在Q2內微幅增長(cháng)。在這個(gè)方面,埃斯頓相關(guān)產(chǎn)品表現仍然保持強勁,Lenze微幅增長(cháng)。
各大伺服“新寵”哪家強?
歐系品牌如西門(mén)子、施耐德等,性能好,穩定性強,同時(shí)由于技術(shù)路線(xiàn)與日系產(chǎn)品不同,成本較高。為了拓展國內市場(chǎng),也在不斷進(jìn)行伺服系統的本地化研發(fā),外資品牌的“本地化”已經(jīng)爐火純青了。代表:西門(mén)子最新發(fā)布的SINAMICS V90伺服系統。
日本廠(chǎng)家傾向于在易用性方面下功夫,使得交流伺服系統就像步進(jìn)電機那么方便易用,達到所謂的即插即用(Plug and Work)。三菱、安川、松下皆有特色產(chǎn)品。
代表:松下AC伺服電機和驅動(dòng)器。其MINAS A6家族,更小、更快、使用更簡(jiǎn)單。適應時(shí)代需求的伺服電機。實(shí)現了高速和高精度響應的伺服電機/驅動(dòng)器,適用于半導體制造裝置與機器人。
日本安川近幾年重點(diǎn)推廣的直線(xiàn)電機結構簡(jiǎn)單,適合高速直線(xiàn)運動(dòng)。初級繞組利用率高, 無(wú)橫向邊緣效應, 容易克服單邊磁拉力問(wèn)題。易于調節和控制, 適應性強、高加速度。
國內驅動(dòng)器廠(chǎng)家研究較多,推出商品化產(chǎn)品的有上海鳴志、北京清能德創(chuàng )、深圳大族電機、深圳步科等。對于國內廠(chǎng)家而言,不僅要在整體方案上體現更好的性能,也要繼續發(fā)揮較強的服務(wù)優(yōu)勢,提升客戶(hù)體驗。最為重要的是,編碼器、減速器、伺服機等核心零部件的自主研發(fā)要積極踐行,提高伺服系統的電機動(dòng)態(tài)響應、過(guò)載能力、效率等綜合性能。
代表:臺達重磅推出高性能運動(dòng)控制型高階交流伺服系統ASDA-A3系列。該系列產(chǎn)品以其極速、精準、平穩、高效、節能的技術(shù)優(yōu)勢,ASDA-A3系列具有3kHz速度響應頻寬,較臺達ASDA-A2系列提升達3倍,從而使命令追隨更及時(shí)。
用戶(hù)體驗
國內目前還是處于電機本體自己做,編碼器外購的階段。安川已經(jīng)做到自己定制編碼器,使電機的體積更小,結構更簡(jiǎn)單。西門(mén)子的伺服用量也挺大的,可靠的設備用西門(mén)子、羅克韋爾自動(dòng)化的居多。西門(mén)子電機設計余量大,結實(shí)耐用。
由Q2季度各大廠(chǎng)商在各細分行業(yè)表現可知:一線(xiàn)伺服系統廠(chǎng)商,不斷刷新伺服的技術(shù)和性能標準,并在長(cháng)期的應用實(shí)踐中形成了各自的行業(yè)積累。二季度政策紅利持續,推動(dòng)制造業(yè)升溫;分銷(xiāo)商備貨意愿增強,中間庫存同比大幅增長(cháng);iphone8相關(guān)生產(chǎn)設備、鋰電池生產(chǎn)設備及太陽(yáng)能加工設備伺服需求同比大幅增長(cháng),帶動(dòng)松下、安川、臺達、匯川等廠(chǎng)商出貨同比增加。
國內生產(chǎn)的專(zhuān)用伺服電機居多;國內伺服大部分廠(chǎng)家出于成本考慮,偏向日系設計。日系電機的零配件也相對能夠找到,非常好配型。不足之處則是中國在驅動(dòng)器、編碼器、運動(dòng)控制器等配套方面技術(shù)不夠。從長(cháng)遠計,應著(zhù)重發(fā)展相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。
延伸閱讀:伺服通俗解讀 ——你真懂真理解伺服系統嗎?
關(guān)于伺服、伺服驅動(dòng)器、伺服電機、伺服系統,隨便拿出去問(wèn),百分之九十九的人都是不熟悉不清楚不了解的,我想,就算是與伺服相關(guān)的工作人員,數控自動(dòng)化等工控領(lǐng)域的技術(shù)人才,大多也覺(jué)得對伺服‘一知半解’。我接觸過(guò)很多伺服從業(yè)人員,銷(xiāo)售公司的業(yè)務(wù)、技術(shù)人員,數控自動(dòng)化系統開(kāi)發(fā)的電工、技術(shù)人員、工程師,乃至伺服品牌本身個(gè)崗位領(lǐng)域的人才,其中包括技術(shù)工程師。要說(shuō)真的理解很深刻,還是感覺(jué)不明顯。
當然,毫無(wú)疑問(wèn),對于本崗位本工作信息乃至技術(shù),他們都是相當專(zhuān)業(yè)的,比如銷(xiāo)售人員,對于自銷(xiāo)伺服類(lèi)比、系列、型號,選型、乃至技術(shù)特點(diǎn),沒(méi)誰(shuí)比他熟悉;比如售前技術(shù)工程師,對于每款伺服的特性、參數設置特點(diǎn),乃至調試經(jīng)驗,尤其是資深工程師,絕對是專(zhuān)業(yè)專(zhuān)家級。
但是,作為一個(gè)骨灰級電子愛(ài)好者,一位長(cháng)期接觸過(guò)不少各式各樣電子產(chǎn)品,專(zhuān)業(yè)從事過(guò)高至某著(zhù)名通信品牌基站通信設備維修,以及如今從事變頻、伺服、工控機、工控屏維修的電子產(chǎn)品維修人員,每每接觸到都能讀到,他們對伺服技術(shù)、性能、參數乃至故障原因,等等一些認知和理解伺服的渴求,接觸經(jīng)銷(xiāo)商、代理商,他們最大的渴求和希望,就是我們能夠提供他們技術(shù)支持,當然不是設備損壞的維修技術(shù)。
不難理解,他們技術(shù)支持工程師,每每出去,總是指不定遇到如何刁鉆,如何離奇古怪的技術(shù)問(wèn)題,系統調試難題,而且,基本時(shí)間都相當緊迫(客戶(hù)大多都久攻不下、電話(huà)咨詢(xún)嘗試盡了想得到的種種方案可能)。
伺服驅動(dòng)器伺服系統是好的,裝上去卻不能按預計的方案工作,三百多項的伺服內部調試參數和上位機編程等等多個(gè)系統相輔相成的配合工作這,只要找不出原因結癥所在,問(wèn)題就不能得到有效的解決。期待我們這些專(zhuān)攻電子技術(shù)、電路特性原理,乃至修復解決伺服故障的從業(yè)人員,能夠給個(gè)深刻的解讀方案、一種思路、一個(gè)靈感,就選得相當自然,和從分需求了。
沒(méi)錯,作為維修人員,對伺服系統的硬件技術(shù)的確比較熟悉,由于這是智能系統,也往往可以根據故障特性對參數設置,有另一層面的認識和理解,這是自然的。當然,術(shù)有專(zhuān)攻,資深才能認知到位理解深刻,這是自然的規律。
好了,閑話(huà)少說(shuō),得照照題,題目是‘伺服通俗解讀’。要很好照應題目,我想還要花些口舌,說(shuō)些基礎、常識。
伺服是什么?其實(shí),伺服就是一個(gè)電機,和控制這個(gè)電機的驅動(dòng)器。電機就叫伺服電機,驅動(dòng)器自然叫伺服驅動(dòng)器,‘伺服’源自于控制,精確控制的代名詞?!茱@然,為了控制電機,精確控制電機,專(zhuān)門(mén)研發(fā)出“伺服”這樣的一種系統。到此,可能很多人會(huì )奇怪:控制個(gè)電機為什么要做個(gè)這么復雜的系統呢?
這不得不引入電機應用、原理以及發(fā)展的一些信息了。
電機,是運用電磁原理,通電線(xiàn)圈在磁場(chǎng)環(huán)境產(chǎn)生作用力作用而轉動(dòng)的一種電子產(chǎn)品。
電子根據應用發(fā)展有直流電機、交流電機;
直流又分有刷、無(wú)刷電機之分,主要是因為有刷電機必須定期更換碳刷,維護麻煩人類(lèi)設計出刷電機;
交流電機又分單相、三相、同步、異步等。電機是蒸汽機、內燃機外產(chǎn)生運動(dòng)必須的載體,所以根據各自各樣的應用和工作要求,早期人類(lèi)就設計出了如此多的電機品種和類(lèi)別,各有各的特長(cháng)和優(yōu)點(diǎn),所以存在的相當長(cháng)的一段時(shí)間,不過(guò)它們的固有缺點(diǎn)與特性,日漸不能滿(mǎn)足人類(lèi)的需求,比如,所有電機的速度都不易控制,即使以控制速度見(jiàn)長(cháng)的直流電機,要想準恒定定在某個(gè)轉速上還是很難很難的;又如,由電磁原理我們不難發(fā)現,電機線(xiàn)圈通常是銅等低阻抗的材質(zhì)組成,那么通電瞬間電流是可以很大很大的,磁場(chǎng)對線(xiàn)圈的作用力跟這個(gè)通過(guò)的電流密切先關(guān),只有在電機轉起來(lái)轉速恒定,感抗恒定才使得電機的通電電流恒定,經(jīng)驗表明,啟動(dòng)瞬間電機的電流是電機正常工作電流的5~10倍,而且,電機在低于3倍的電流之下,啟動(dòng)乏力。這是電機至今的固有特點(diǎn)缺點(diǎn),至此,我們也不難明白,通電中的電機一旦發(fā)生堵轉(通俗說(shuō)就是掐死不動(dòng)了),通電電流對其可是災難性的。同時(shí)我們也不難明白,相對于傳動(dòng)系統來(lái)說(shuō),電機啟動(dòng)瞬間的扭力可是具有很大破壞力的,因為跟正常工作狀態(tài)時(shí)的扭力差距太大。
因此,人們一直以來(lái)都在著(zhù)力研究電機的速度和扭力控制問(wèn)題。后來(lái),人們在變頻技術(shù)上得到突破,開(kāi)發(fā)了變頻驅動(dòng)器,它在一定程度上可以控制三相電機的數度,而且也一定程度緩解了電機啟動(dòng)瞬間的扭力和轉動(dòng)加速度問(wèn)題。如今我們日常使用的升降電梯速度可變,和上產(chǎn)中的自動(dòng)扶梯速度可變,基本都是運用變頻技術(shù)。變頻技術(shù)就是利用逆變技術(shù)控制電機的三相供電頻率電流可變,從而達到一定程度地控制電機在某個(gè)速度下恒定的目的。技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于變頻器內可編程芯片(我們俗稱(chēng)CPU)內部的算法,所以變頻器本身有許多參數供用戶(hù)在特定場(chǎng)合應用時(shí)調節合適的算法補償。
伺服,就是在變頻的技術(shù)上發(fā)展出來(lái)的更進(jìn)一步產(chǎn)品,其通過(guò)電機屁股上安裝編碼器反饋信息,驅動(dòng)器內部的CPU再結合這個(gè)反饋信息生成控制三相電流輸出的脈沖,從而實(shí)現伺服電機的精確控制。伺服驅動(dòng)器的“使能”,其實(shí)就是啟動(dòng)一個(gè)設計好的三相電機動(dòng)力電源的脈沖,使電機懸停在停止和轉動(dòng)之間,那么這個(gè)既解決了電機啟動(dòng)瞬間缺點(diǎn)所帶來(lái)的問(wèn)題,也使得能伺服驅動(dòng)器在接收到外界“電機轉動(dòng)”指令使電機迅速轉動(dòng)。那么,伺服內部的眾多參數,不過(guò)就是分門(mén)類(lèi)別地根據伺服應用在各種各樣各式的運用場(chǎng)合下,配合上位機、配合機械機床、配合特定的瞬態(tài)、力度的修補調整。
我想,太專(zhuān)業(yè)的術(shù)語(yǔ),外行人看不懂,行內人好像術(shù)語(yǔ)都明白都懂,卻想象不出其究竟是如何體現表現的。
那么,伺服系統,我們可以借助公司財務(wù)來(lái)理解,老板通常只會(huì )去跟財務(wù)人員說(shuō)“我要分什么報表”、“我要什么收支情況”、“我要出差安排”等等等等,財務(wù)部就根據公司內部的一切信息方法進(jìn)行計算,得出老板所需要的答案。伺服系統就是這么樣的一個(gè)系統。