第7节伺服电机控制技术
伺服电机控制原理
伺服电机控制原理
伺服电机控制原理是指通过传感器采集反馈信号，将其与设定值进行比较，通过控制算法计算出误差，并根据误差调整电机的控制信号，使电机的运动状态能够精准地达到设定值。
在伺服电机控制系统中，通常会有一个位置或速度传感器，用于实时监测电机的位置或速度信息。
传感器将这些信息转化为电信号并反馈给控制器。
控制器会将传感器反馈的信号与设定值进行比较，计算出误差。
接下来，控制器会根据误差的大小和方向，通过控制算法计算出控制信号。
这个控制信号通常是一个电压、电流或脉宽调制（PWM）信号，用于驱动电机。
控制信号会经过功率放大器进行放大，并通过驱动电路转化为电机所需要的电流或电压。
这样，电机就会根据控制信号的变化而调整自己的转速或位置，使其尽可能接近设定值。
为了提高控制的精度和动态响应速度，通常会采用比例-积分-微分（PID）控制算法。
PID控制算法会根据误差的当前值、累积值和变化率进行计算，更加有效地调整控制信号，使电机的运动状态更加稳定和准确。
除了PID控制算法，还有其他许多控制算法可以应用于伺服电机控制系统，如模糊控制、自适应控制等。
这些控制算法根据不同的应用需求和性能要求选择合适的控制策略。
总之，伺服电机控制原理通过传感器采集反馈信号，与设定值进行比较，通过控制算法计算出误差，并根据误差调整电机的控制信号，以实现精准的位置或速度控制。
库卡节能伺服节电机使用手册
节能伺服电机使用手册1、各按键的用途：（1）“P”键的用途：第一：“P”键为上、下停针键，按下“P”键，上灯孔亮，为上停针；下灯孔亮，为下停针；两个灯孔都不亮，为自由停针；第二：功能进入键（见进入参数的操作方法）（2）“S”键的用途：第一：“S”键为机头灯开关键，按下“S”键，当“S”键上的小灯亮为打开机头灯，灭为关掉机头灯。
第二：功能参数（确认）键（见进入参数的操作方法）（3）“+”、“-”键的用途：此两个键用于转速调整和参数调整。
2、进入参数的操作方法例：怎样把电机的顺时针转调到逆时针转：第一步：打开电源；第二步：先按“P”键不放，同时按“+”键，此时画面会显示P-00.第三步：按“+”键，把P-00调至P-02,(P-02)就是电机正反转参数（常用参数表上有标明）；第四步：按下“P”键画面会显示“1”；第五步：按下“-”键把“1”调到“0”（“1”为顺时针转，“0”为逆时针转，常用参数表上有标明）；第六步：按下“S”键确定参数调整完成。
3、恢复出厂设置恢复出厂设置方法：先按“P”键不放，同时按“+”键，此时画面会显示P-00，再长按“S”键约3秒即可。
4、电机常用参数设置序号参数编号参数名称参数范围出厂设置备注1P-01最大速度锁定200-6500RPM4400转2P-02电机方向0是逆时针1是顺时针13P-04起缝速度200-800转250转4P-05加速快慢2000-4000转3000转5P-06NC NC06P-10NC NC07P-11NC NC08P-12NC NC5s9P-14最大电流限制50-45030010P-15NC NC15、一般故障处理：序号错误码错误内容错误问题的多种可能1Er01找不到停针位 1.手轮靠的不够近间隙在2.5mm内2.九针插头接触不良3.电机霍尔坏，要更换电机4.手轮上的磁铁掉落2Er02开机没有检测到调速器1.调速器插头没有插2.调速器线断了或接触不良3Er03电机霍尔或相应线错误1.九针插头接触不良2.电机没有安装好，参照图A3.霍尔坏4Er04堵转保护 1.电机过载2.电机与电控箱连接的四芯线接触不好3.电机断线或坏了5Er05硬件过流保护 1.电机过载2.信号线接触不好或断了3.主板坏了6Er07串口通信超时错误显示屏至主板信号线不良或主板坏7显示屏无电开关有电1.主板坏2.显示屏与主板连接线接触不良。
伺服驱动器说明书
第一章产品确认事项为防止本产品在购买和运输过程中的疏忽，订购产品到达后，请打开包装，确认下列的内容：9收到的Riding DAS系列伺服是否是订购的产品：请分别检查电机和驱动器上的产品型号，可参阅下节所列的型号说明9产品是否有破损的地方：请看一看外观，确认有无破损之处。
9伺服电机的轴是否旋转自如：用手轻轻旋转一下，可转动，则表示正常。
但是，带制动的伺服电机，则无法转动。
9螺钉是否掉了或有松动：请目视检查。
如果发现有何异常情况，请与生产厂商联络以获得妥善解决。
完整可操作的伺服组件应包括：（1） 伺服驱动器及伺服电机。
（2） 一条W U V PE S2 S1的动力输出线，一端W U V PE S2 S1六条线插至驱动器所附的母端，另一端为公座与电机端的母座相接，以及一个L1 L2 L3 DB P+五条线插至驱动器所附的母端。
（选购品）（3） 一条编码器控制讯号线与电机端编码器的母座相接，一端连接至驱动器CN2（使用20芯CT20插头），另一端为公座。
（选购品）（4） 于CN1使用的控制信号使用插件26芯CT26插头，（标配）（5） 于CN2使用的编码器信号使用插件20芯CT20插头（标配）（6） 5PIN连接器插头（L1 L2 L3 DB P+）（标配）（7） 6PIN连接器插头（W U V PE S2 S1）（标配）伺服放大器的接口示意图（1）5A伺服放大器构成1（2）15A构成额定转速适用电机输出伺服放大器型号0.1KW DAS12 0.8–VT 0.2KW DAS12 1.5–VT 0.4KW DAS12 2.7–VT 0.6KW DAS12 3.5–VT 单相200~230V小惯量系列3000r/min 0.75KWDAS12 4.8–VT 三相200~230V中惯量系列0.84KWDAS32 4.0 –VT2000r/min1.05KW DAS32 5.0–VT1.6KW DAS32 6.0–VT2.1KW DAS32 10.0–VT第二章：配线及详细说明2-1DAS系列通用驱动器接线图2500r/min系列0.75KW~4KW输入电源：单相200~230V或三相200~230V动力配线：连接端子2-2供电电源向伺服放大器供给单相220V或三相220V的商用电源。
《变频及伺服应用技术》优质教案
《变频及伺服应用技术》优质教案一、教学内容本节课选自《电气自动化技术》教材第十二章《变频及伺服应用技术》，详细内容包括：变频调速原理、变频器的种类及选型、变频器控制电路设计、伺服系统的组成及原理、伺服驱动器的应用和调试。
二、教学目标1. 掌握变频调速的原理及其在实际工程中的应用。
2. 学会分析变频器的种类及选型，能根据实际需求进行合理选择。
3. 能够设计简单的变频器控制电路，并了解伺服系统的组成及原理。
三、教学难点与重点重点：变频调速原理、变频器及伺服驱动器的选型和应用。
难点：变频器控制电路设计、伺服系统的调试。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT、板书、实物模型、示波器、万用表。
2. 学具：笔记本、教材、实验箱、变频器、伺服驱动器。
五、教学过程1. 导入：通过展示实际工程中应用的变频及伺服系统，引起学生兴趣，引出本节课的主题。
2. 理论讲解：（1）变频调速原理：讲解变频器的工作原理，以及变频调速的优点。
（2）变频器种类及选型：分析不同类型变频器的特点，指导学生如何进行选型。
（3）变频器控制电路设计：讲解设计方法，结合实例进行说明。
（4）伺服系统组成及原理：介绍伺服系统的基本构成，讲解其工作原理。
（5）伺服驱动器应用及调试：分析伺服驱动器的应用场景，讲解调试方法。
3. 实践操作：（1）学生分组进行变频器控制电路的设计与搭建。
（2）学生进行伺服系统的调试，观察并记录实验数据。
4. 例题讲解：结合教材中的例题，进行详细讲解，巩固所学知识。
5. 随堂练习：布置相关的练习题，让学生及时巩固所学知识。
六、板书设计1. 变频调速原理2. 变频器种类及选型3. 变频器控制电路设计4. 伺服系统组成及原理5. 伺服驱动器应用及调试七、作业设计1. 作业题目：（1）简述变频调速原理及其优点。
（2）分析变频器选型的依据，举例说明。
（3）设计一个简单的变频器控制电路。
（4）简述伺服系统的组成及工作原理。
2. 答案：（1）见教材第十二章第一节。
控制电机——两相电机
两相伺服电动机的控制方式 两相伺服电动机的控制方式有幅值控制、相位控制和幅相
控制三种。 幅值控制是指两相电压相差900相位差，仅改变控制电压的幅值；
相位控制是保持控制电压的幅值不变，而调其相位；
同时调节幅值和相位即为幅相控制． 总之，控制电压的大小和相位不同，就将产生不同椭圆度的旋 转磁场，从而改变电机的转矩和转速。
我们知道，两相伺服电动机在系统中工作时控制电压是变 化的。因此两相绕组所产生的磁势幅值一般是不相等的，时间 相位差也不总是900，因为它们在气隙中产生的合成磁场将是椭 圆旋转磁场。下面对此间题进行分析。
幅值控制时，两相绕组所加电压的瞬时值如
U f U fm sin(t 900 )
Uc Ucm sin t U fm sin t
分析两相伺服电动机无自转时，即是分析它在单相脉振磁场 条件下的工作情况，根据脉振磁场分解法，一个单相脉振磁场可 以分解成两个转速相等、转向相反的旋转磁场。两个旋转磁场都 将在转子中感应电势和电流，并产生转炬，仿照图6-19的作法， 可以画出它们的机械特性曲线，如图7-8所示。
2.无自转
图中实线 T+和T -分 别表示正、反向旋转磁场 与转子作用产生的正、反 向转矩。它们与单相电机 图6-19中的T+和T - 的关键 区别在于它们所对应的临 界转差sm不同。两相伺服 电动机转子电阻大，故T+ 所对应的临界转差sm+>1,
(即s+=0)，只能达到小于n1的n0。在转子转速n＝n0时，正向转矩 与反向转矩正好相等，合成转矩Tem=0 ，转速n0为椭圆旋转磁场 时两相电机的理想空载转速。显然，磁场椭圆度越大，反向转矩 就越大，机械特性就越低．理想空载转速n0也就越低。只有在圆 形磁场下，理想空载转速才与同步转速相等。
伺服电机驱动器参数设置及编码器替代技巧
伺服电机驱动器参数设置方法及编码器替代技巧伺服电机驱动器的正确使用除按用户手册正确设置参数外，还应结合使用现场和负载情况，灵活操作。
同样，维修伺服电机系统除采用同型号的部件进行替代外，也可以对原设备的功能、信号分析后，使用不同型号部件进行替代。
现将有关资料供给读者参考。
一、伺服电机编码器替代技巧从结构上讲，伺服系统分为三部分：伺服电机、编码器、驱动器。
伺服电机的精度取决于编码器，故障也常见于这三方面。
由于技术、利益等关系，各厂家所生产的配件不可代替，而进口配件的渠道不很畅通，造成维修上很大困难。
我们可以通过对其测量，分析研究工作原理，尝试采用替换的方法进行维修。
例如，手头上有一个15芯电缆的编码器，尝试替代日本安川9芯电缆的编码器，该编码器分辨率为1024，6极，配套在安川公司生产的型号为SGMP-06AFTF22的交流伺服电机上，其原理如图1所示。
即编码器的接线除a正、a负、b正、b负、z正、z负，加上正负电源和屏蔽共9根线。
而手头上的15根线编码器与电机装配的9根线编码器无法替代使用，可作如下尝试。
图1 编码器原理方框图图3 替代原理图首先，对一台同型号且完好的伺服电机装配的9根线编码器进行测量，得到如图2所示波形。
分析得知，a、b信号的波形与15线编码器a、b信号的波形相同，而X信号为图3所示。
从中可看出，当U、V、W分别换相时，X的波形就发生一次变化。
在一个角度的过程中共有6种波形，分别定义为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅴ区、Ⅵ区，依测绘结果推测，此编码器送出的a、b、X信号，在伺服电机驱动器中可以将其解码后得到U、V、W信号。
据此，用一个常用1024线6极交流伺服电机编码器，只要设计合理的电路，用其u、v、w以其a、b信号合成完全相同的X信号，就可以完全代替原9芯线编码器。
为便于理解，如图3为替代原理图，其中虚线部分即为被替代的编码器。
图2 测绘出的编码器对应输出波形图其次，依据测绘及原理分析，设计电路。
数控技术培训教材
精心整理数控操作工人培训教程集团公司工人培训教材目录说在前面第一章:数控机床概论第九节:基本外设第十节:位置随动系统的流程结构第三章:数控编程原理及规范第一节:基本编程规范第二节:准备机能--G指令第三节:辅助机能--M指令第四节:刀具机能与刀具的管理--T指令第五节:主轴机能--S指令第六节:一个小的程序实例第四章:数控系统的参数系统第一节:参数系统的作用第二节：参数的结构类型第三节：FANUC系统机床参数解析§3-1．FANUC-15系统的参数概览§3-2.设定参数§3-3.§3-4.§3-6.§3-7.§§§第四节：SIEMENSE840C的参数系统简介第五节：FANUC系统参数的输入方法第六节：SIEMENSE840C系统的数据管理第五章:数控系统的诊断系统及使用、维护第一节:故障报警系统简介第二节：FANUC典型系统的故障报警介绍第三节：SIEMENSE840C的报警系统第四节:诊断技术第五节:操作及保养注意事项第六章:数控机床的机械结构第一节：总体结构第二节：进给系统第三节：刀架和刀库系统第四节：主轴系统第十五节：加工程序实例分析第十六节：程序的键盘输入方法第八章：数控机床的操作与工艺调整第一节：操作键盘及CRT操作平台的一般结构第二节：机床的典型加工操作方式第三节：数控机床与工艺调整相关的参数第四节:位置基准的调整方法第五节：机械间隙的测量和参数设置第九章:数控系统中常用的操作英语数控操作工人培训教程说在前面随着计算机技术和自动控制理论的高速发展，以计算机技术为核心的自动控制系统在设备上的应用也越来越广泛。
如计算机检测、CNC（计算机数字控制）、CAM（计算机辅助制造）、CIMS（计算机集成制造系统）、机器人技术等。
这些都大大地延伸（西门对这些系统的讲解，达到对数控设备基本理论和共性知识的掌握。
第7章 三相永磁同步伺服电动机的控制
第二节 三相永磁同步伺服电动机的控制策略
ABC
1 43 65 2A NhomakorabeaX
B
Y
C
Z
V1: 1 0 0 V2: 1 1 0 V3: 0 1 0 V4: 0 1 1 V5: 0 0 1 V6: 1 0 1 V7: 1 1 1 V0: 0 0 0
三相永磁同步伺服电动机 的电子换向器主回路
第二节 三相永磁同步伺服电动机的控制策略
第 7 章 第二节 三相永磁同步伺服电动机的 控制策略
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
dq坐标系上得到的三相永磁同步伺服电动机的矢量如 图7-2所示。
q
id iq
1
Laid
0 1 a
Laiq
d
图7-2三相永磁同步电动机矢量图
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
在上图中Ψa是电动机定子磁链，Ψ0是电动机中 总的磁链，显然由于定子磁链的存在，使得总 磁链偏离了d轴，这就是电枢反应。电枢反应 主要是由定子电流的q轴分量iq引起的。 定子电流的d轴分量id相当于励磁电流。关于对 id的控制，在不同的实际应用场合下一般有两 种控制策略
引 言
数字式交流伺服系统在数控机床，机器人等领 域里已经获得了广泛的应用。数字式交流伺服 系统，是制造业实现自动化和信息化的基础构 件。 研究数字式交流伺服系统包括研究其速度控制、 位置控制以及辅助功能三个方面的问题，本课 程介绍数字式交流伺服系统的工作原理及相关 产品使用手册。
第 7 章 第一节 三相永磁同步伺服电动机及 其数学模型
式中：Ud、Uq——dq坐标系上的电枢电压分量； id、iq ——dq坐标系上的电枢电流分量;
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伺服电机的三环控制
伺服电机一般为三个环控制，所谓三环就 是3个闭环负反馈PID调节系统。最内的PID 环就是电流环，此环完全在伺服驱动器内 部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机 的各相的输出电流，负反馈给电流的设定 进行PID调节，从而达到输出电流尽量接近 等于设定电流，电流环就是控制电机转矩 的，所以在转矩模式下驱动器的运算最小， 动态响应最快。
2.进给轴的总惯量“J＝伺服电机的旋转惯性动量 JM ＋ 电机轴换算的负载惯性动量JL 负载惯量JL由（以工具机为例）工作台及上面装 的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动 件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。JM为伺服 电机转子惯量，伺服电机选定后，此值就为定值， 而JL则随工件等负载改变而变化。如果希望J变化 率小些，则最好使JL所占比例小些。这就是通俗 意义上的“惯量匹配”在驱动 器和电机编码器间构建也可以在外部控制 器和电机编码器或最终负载间构建，要根 据实际情况来定。由于位置控制环内部输 出就是速度环的设定，位置控制模式下系 统进行了所有3个环的运算，此时的系统运 算量最大，动态响应速度也最慢。
伺服电机选型问题
第2环是速度环，通过检测的电机编码器的 信号来进行负反馈PID调节，它的环内PID 输出直接就是电流环的设定，所以速度环 控制时就包含了速度环和电流环，换句话 说任何模式都必须使用电流环，电流环是 控制的根本，在速度和位置控制的同时系 统实际也在进行电流（转矩）的控制以达 到对速度和位置的相应控制。
伺服电机控制技术
伺服的三种控制方式
一般伺服都有三种控制方式: 速度控制方式, 转矩控制方式, 位置控制方式 .
转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输 入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出 转矩的大小。 位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的 脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的 个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通 讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模 式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一 般应用于定位装置。
伺服电机的惯性匹配问题
在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题！ 具体表现为：1在伺服系统选型时，除考虑电机的 扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算 得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械 的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具 有合适惯量大小的电机；2在调试时（手动模式 下），正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺 服系统最佳效能的前题，此点在要求高速高精度 的系统上表现由为突出
步进电机和交流伺服电机的性能差 别
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。如：1、制精度不同；2、低频特性不同 3、 矩频特性不同 4、过载能力不同 5、运行性能不 同 6、速度响应性能不同。 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。
在选择好机械传动方案以后，就必须对伺服电机的型号和 大小进行选择和确认。 （1）选型条件：一般情况下，选择伺服电机需满足下列 情况： 1.马达最大转速＞系统所需之最高移动转速。 2.马达的转子惯量与负载惯量相匹配。 3连续负载工作扭力≦马达额定扭力 4.马达最大输出扭力＞系统所需最大扭力（加速时 扭力） （2）选型计算： 1. 惯量匹配计算（JL/JM） 2. 回转速度计算（负载端转速，马达端转速）负载扭 矩计算（连续负载工作扭矩，加速时扭矩）
什么是“惯量匹配”
1.根据牛顿第二定律：“ 进给系统所需力矩T = 系统传动惯量J × 角加速 度θ 角加速度θ影响系统的动态特性，θ越小，则由控 制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统 反应越慢。如果θ变化，则系统反应将忽快忽慢， 影响加工精度。由于马达选定后最大输出T值不变， 如果希望θ的变化小，则J应该尽量小。
速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可 以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外 环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把 电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反 馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检 测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电 机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测 装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传 动过程中的误差，增加整个系统的定位精度。