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伺服系统的组成

信息来源:MOTEC直流伺服电机代理商-深圳兴弘泰自动化
伺服系统的组成松下伺服一级代理-兴弘泰自动化

伺服驱动系统(Servo System)简称伺服系统,是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统,例如数控机床等。使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量.( 使用在机电系统中的伺服电机的转动惯量较大,为了能够和丝杠等机械部件直接相连。伺服电机有一种专门的小惯量电机,为了得到极高的响应速度。但这类电机的过载能力低,当使用在进给伺服系统中时,必须加减速装置。
转动惯量反映了系统的加速度特性,在选择伺服电机时,系统的转动惯量不能大于电机转动惯量的3倍。
较大等特点,这类专用的电机称为伺服电机。当然,其基本工作原理和普通的交直流电机没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元,有时简称为伺服,一般其内部包括电流、速度和/或位置闭环。
从基本结构来看,伺服系统主要由三部分组成:控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机(附图)。控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差,调节控制量;功率驱动装置作为系统的主回路,一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上,调节电动机转矩的大小,另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电;电动机则按供电大小拖动机械运转。

交流伺服运动系统的组成如图1和图2所示。图中的驱动器和电机构成通常所说的交流伺服系统,而交流伺服运动系统的涵义更广泛,它还包括控制器、传感器、电磁铁等部件,协调完成特定的运动轨迹或工艺过程。

图1 交流伺服运动系统的集中控制结构

图2 交流伺服运动系统的分布控制结构

集中控制结构

图1所示的是交流伺服运动系统的集中控制结构。图中交流电机的传感器通常为电流、位置、速度和温度等传感器,作为电机控制算法的输入量,运动机构的传感器取决于工艺过程的控制量,可以是位置、温度、压力、张力、流量、光等传感器。执行元件可以是交流电机,也可以是电磁铁、电磁阀等。控制器多采用工控机、可编程逻辑控制器(plc),或以单片机、DSP、ARM等微控制器为核心,配上键盘、旋钮、磁盘或通讯接口接受操作命令,数码管、液晶显示器件显示工作参数,灯光和声响装置作为报警和提示之用。

集中式控制系统中,工艺软件或应用软件固化在控制器中,对接收到的命令信号及传感器信号进行运算、判断,以数字量或模拟量控制驱动器或功率开关,主、辅运动机构在交流电机及执行元件的驱动下完成特定运动。除控制器外,其它部件间没有电信号方面的联系,所有控制信号都来自控制器。

集中式控制结构适用于简单的系统,以及比较成熟的驱动器和电机。简单系统中,驱动器中无微处理器,或微处理器的功能不足以胜任控制器的功能。对成熟的驱动器,其与控制器的接口比较方便,参数设置简洁,通用性强,用户只需正确选择驱动器和电机,开发自己的控制器,加快研发和产品化过程。这种结构对控制器的实时性要求较高,应具有强大的数据处理能力、丰富的输入输出口、适当的中断功能和定时器。

分布式控制结构

图2所示的是分布式控制结构。与图1不同的是控制器和驱动器的功能发生了变化。控制器只起接受命令和显示工作参数的作用,以通讯方式与驱动器相连,工艺软件下移到驱动器中,驱动器不仅控制伺服电机,还要根据传感器信号和通讯获得的命令去控制功率开关。

分布式控制结构适合于特种或新型系统的开发,驱动器中微处理器的功能较强,方案总设计者可在控制器和驱动器的两片微处理器间灵活分配功能,对控制器的要求降低很多,系统紧凑。一旦开发成功,就会形成具有自主知识产权的产品,系统价格可以降低,针对性强,获得同类应用领域较大的市场份额。从事分布式系统的开发人员应包括电机、驱动、控制、机械和应用工艺等方面的人员。

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