PC运动控制板卡的交流伺服控制系统
伺服电机的控制方式和运动控制系统
伺服电机的控制方式和运动控制系统伺服电机是一种能够根据控制信号精确地控制旋转角度、转速和位置的电机，广泛应用于工业自动化领域。
在实际应用中，为了使伺服电机能够实现精准的控制，需要配合合适的控制方式和运动控制系统。
下面将介绍伺服电机的控制方式和运动控制系统。
一、伺服电机的控制方式1. 位置控制位置控制是指通过控制伺服电机的旋转角度或线性位置来控制工件或设备的位置。
在位置控制中，通常需要通过编码器等反馈装置实时监测伺服电机的位置，从而调整控制信号，使电机按照设定的位置参数进行运动。
2. 速度控制速度控制是指通过控制伺服电机的转速来实现控制目标。
通过调节电机的输入电压、电流或脉冲信号，可以实现对电机转速的精准控制。
速度控制广泛应用于需要稳定速度输出的场合，如汽车行驶控制、风机调速等。
3. 力矩控制力矩控制是指通过控制伺服电机的输出扭矩来实现对负载的力矩控制。
在一些需要对工件施加精确力矩的场合，如加工中心、机器人等，力矩控制是非常重要的控制方式。
二、运动控制系统1. 传感器传感器是运动控制系统中的重要组成部分，用于实时监测电机的位置、速度、力矩等参数。
常用的传感器包括编码器、霍尔传感器、压力传感器等，它们可以将实时采集到的数据反馈给控制系统，实现对电机的闭环控制。
2. 控制器控制器是指控制电机运动的核心部件，根据传感器反馈的数据计算出控制信号，并输出给伺服电机，以实现对其位置、速度或力矩的精准控制。
控制器通常可分为单轴控制器和多轴控制器，用于不同数量的电机同时运动的控制。
3. 运动控制算法运动控制算法是指控制系统中用于计算控制信号的算法，包括位置环控制、速度环控制、力矩环控制等。
运动控制算法的设计和优化对系统的性能和稳定性有重要影响，需要根据具体的应用场景选择合适的算法。
综上所述，伺服电机的控制方式和运动控制系统是伺服系统中至关重要的组成部分，直接影响到系统的性能和稳定性。
通过选择合适的控制方式和运动控制系统，可以实现对伺服电机的精准控制，满足不同应用场景的需求。
PC运动控制板卡的交流伺服控制系统
控制模块
电位插刀误速G 监中P
机置补补差度功控断L
运运计计补处能处处C
动动算算偿理处理理处
控控
理
理
制制
2 PMAC运动控制器
PMAC-Programmable
Multi-Axis
Controller是可编程多轴运动控制器，也称运动控
制计算机.
它 主 要 由 MOTOROLA DSP CPU 与 DELTA
2 基于运动控制器的数控系统（功能概图）
计算机
PCI总线
运动控制器 基本模块
数控系统 （运动控制器）
开关量 I/O
其它I/O
伺服辅助控制信号
I/O模块
运动控制 指令
伺服 驱动器
位置反馈
主轴 驱动器
伺服电机
2 基于运动控制器的数控系统（PCI总线）
2 基于运动控制器的数控系统（软件系统）
数控装置
➢I/O扩展端口
➢64位位置计数范围
➢越程极限，回原点，伺服放大 ➢位置环，速度环，电流环三环
器报警，使能标志信号接口
矢量控制能力
➢LCD和VFD显示端口
➢曲线加减速控制
➢Bus and/or RS-422通信
➢自定义伺服算法能力
➢脱机运行
➢电子齿轮
➢G-Code 编程（可自定义）
➢先进的PID及扩展伺服算法
Ix20
7）通过设置 I变量可以控制以下典型 P.I.D 伺服环
Following
Error 跟随误差
Commanded
Actual
- = Position
Position
指令位置
实际位置
Com m and+
交流伺服电动机调速系统介绍
交流伺服电动机调速系统介绍概述交流伺服电动机调速系统是一种广泛应用于工业自动化领域的高性能电动机控制系统。
它通过对电机的电流和速度进行精准控制，实现高速度、高精度的电动机调速。
本文将详细介绍交流伺服电动机调速系统的工作原理、组成部分、应用领域以及优势等内容。
工作原理交流伺服电动机调速系统的工作原理基于闭环控制理论。
它通过反馈电机的位置、速度和转矩等信号，与预设值进行比较，并根据比较结果调整电机的控制信号，使电机以预期的速度和转矩运行。
系统主要包含三个部分：电机驱动器、位置反馈装置和控制器。
其中，电机驱动器将控制信号转换为电机驱动所需的电流和电压；位置反馈装置用于实时监测电机的位置和速度；控制器根据反馈信号和预设值进行控制算法运算，并输出控制信号给电机驱动器。
组成部分1. 电机驱动器电机驱动器是交流伺服电动机调速系统的核心组件。
它通过将控制信号转换为电机驱动所需的电流和电压，控制电机的转速和转矩。
通常使用的电机驱动器有两种类型：直流耦合型和速度闭环型。
直流耦合型驱动器适用于要求较低的精度和转速要求较高的应用，而速度闭环型驱动器则适用于对精度和速度要求较高的应用。
2. 位置反馈装置位置反馈装置用于实时监测电机的位置和速度。
常用的位置反馈装置有编码器、光电传感器和霍尔传感器等。
编码器是最常用的位置反馈装置，它通过检测电机轴上的旋转磁场脉冲来计算电机的位置和速度。
光电传感器和霍尔传感器则通过检测旋转齿轮的牙齿或永磁体的磁场变化来实现位置和速度的反馈。
3. 控制器控制器是交流伺服电动机调速系统的智能核心。
它根据反馈信号和预设值进行控制算法运算，并输出控制信号给电机驱动器。
常用的控制器有PID控制器和模糊控制器等。
PID控制器通过比例、积分和微分三个控制参数对反馈信号和预设值进行加权求和，得出控制信号。
模糊控制器则是一种基于模糊逻辑的控制方法，它通过定义模糊集合和规则库来实现对电机的控制。
应用领域交流伺服电动机调速系统广泛应用于以下领域：1.机床工业：用于铣床、车床、磨床等机床设备的高速度、高精度调速。
伺服控制系统的4种控制方式
伺服控制系统的4种控制方式导语：伺服控制系统的3种控制方式，速度控制和转矩控制，位置控制。
伺服控制系统的3种控制方式，速度控制和转矩控制，位置控制基础知识一、伺服系统组成（自上而下）控制器：plc，变频器，运动控制卡等其他控制设备，也称为上位机；伺服驱动器：沟通上位机和伺服电机，作用类似于变频器作用于普通交流马达。
伺服电机：执行设备，接受来自驱动器的控制信号；机械设备：将伺服电机的圆周运动（或直线电机的直线运动）转换成所需要的运动形式；各类传感器和继电器：检测工业控制环境下的各种信号送给上位机或驱动器做为某些动作的判断标准。
二、伺服控制方式三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。
速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。
▶如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。
▶如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用速度或位置模式比较好。
▶如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。
▶如果本身要求不是很高，或者基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。
就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。
对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。
如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。
如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么做。
一般说驱动器控制的好坏，有个比较直观的比较方式，叫响应带宽。
当转矩控制或速度控制时，通过脉冲发生器给它一个方波信号，使电机不断的正转、反转，不断的调高频率，示波器上显示的是个扫频信号，当包络线的顶点到达最高值的70.7%时，表示已经失步，此时频率的高低，就能说明控制的好坏了，一般电流环能做到1000HZ 以上，而速度环只能做到几十赫兹。
交流伺服控制器工作原理
交流伺服控制器工作原理交流伺服控制器是现代工业自动化中常用的一种关键设备，它在机械装备和自动化生产线中起着控制、调节和运动控制等重要作用。
其工作原理涉及到电子技术、控制理论、传感器技术等多个方面，下面将从几个方面介绍交流伺服控制器的工作原理。
一、控制原理交流伺服控制器的工作原理基于控制系统理论，其主要目的是根据输入的控制信号，通过反馈回路控制输出的位置、速度或力矩等运动参数。
控制信号一般由PLC（可编程逻辑控制器）、DSP（数字信号处理器）等设备提供，而反馈回路则通过传感器获取被控对象的运动状态，并将反馈信号送回控制器进行比较，从而形成闭环控制。
这种控制原理可以保证被控对象在运动过程中能够快速、精准地达到设定的位置或角度。
二、电机驱动交流伺服控制器通常搭配交流伺服电机一起使用，电机驱动是其工作原理的关键环节之一。
交流伺服电机通常由转子、定子和编码器等部件组成，通过与控制器配套的驱动器将控制信号转换为电流信号，从而驱动电机旋转。
控制器根据编码器的反馈信号来调整输出电流的大小和方向，实现精确、平滑的运动控制。
一些高性能的伺服控制器还利用磁场定位原理来实现更为精密的位置控制，提高系统的动态响应性能。
三、信号处理交流伺服控制器中的信号处理模块起着至关重要的作用，它通过对输入信号进行采样、滤波、放大和数字化处理等操作，将输出信号传递给电机驱动器，并处理来自传感器的反馈信号，以确保系统的稳定性和精度。
信号处理模块还能实现通信接口功能，通过现代通信技术与上位机或其它控制设备进行数据交换和远程监控。
四、软件控制随着科技的不断发展，交流伺服控制器中的软件控制技术日益成熟。
控制器内置了各种运动控制算法和实时操作系统，能够实现复杂的运动路径规划、动态参数调整和运动轨迹的优化控制。
在软件控制方面的不断创新，为交流伺服控制器带来了更高的控制精度和响应速度，使其在精密加工、医疗器械、机器人等领域得到了广泛的应用。
交流伺服控制器的工作原理涉及到电子技术、控制理论和传感器技术等多个领域。
伺服控制器与PLC的联动控制技术
伺服控制器与PLC的联动控制技术现代工业生产中，机械设备的自动化程度不断提升，而伺服控制器和PLC（可编程逻辑控制器）成为了自动化控制的关键组成部分。
伺服控制器通过控制电机的运动实现精确的位置控制，而PLC则负责处理大量的输入输出信号和控制逻辑，实现对整个系统的自动控制。
伺服控制器与PLC的联动控制技术的应用，不仅提高了生产效率和产品质量，还降低了人力成本和故障率。
本文将介绍伺服控制器与PLC的联动控制技术的基本原理、应用场景以及实施步骤。
首先，我们来了解一下伺服控制器和PLC的基本概念。
伺服控制器是一种专用的控制器，它能够实时监测和控制电机的运动状态，通过PID控制算法来实现位置、速度和力矩的精确控制。
相比传统的开关控制，伺服控制器具有更高的精度和稳定性。
而PLC是一种通用的可编程控制器，它可以通过编程来实现不同的控制逻辑，适用于各种自动化控制场景。
PLC能够监测和控制各种传感器和执行器，通过输入输出模块与各种外部设备进行通信。
伺服控制器和PLC的联动控制技术主要通过PLC与伺服控制器的通信来实现。
通常使用一种称为“Pulse/Dir”接口的通信方式，即通过在PLC中产生脉冲和方向信号，控制伺服控制器的运动。
这种通信方式简单可靠，适用于各种控制需求。
实现伺服控制器与PLC的联动控制，可以通过以下步骤来进行：1. 确定系统需求：首先需要明确系统的运动需求和控制逻辑，确定伺服控制器和PLC的工作模式、协作方式和通信要求。
2. 搭建硬件平台：根据系统需求，选择适合的伺服控制器和PLC，并将它们连接起来。
通常使用数字信号输入输出模块、编码器模块和伺服控制器作为接口。
3. 编写PLC程序：使用PLC编程软件（如 ladder logic 或者函数块图）进行编程，实现控制逻辑。
根据需求生成脉冲和方向信号，发送给伺服控制器。
4. 编写伺服控制器程序：在伺服控制器中设置合适的运动参数和控制算法，接收来自PLC的信号，并通过闭环控制实现电机的精确运动。
PC—BASED高精度步进式位置伺服系统
２０ ０７年 ３月
机床与液压
ＭＡＣＨＩ ＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩ ＮＥ Ｔ ＣＳ
Ｍ ａ． ２ ０ ｒ ０ ７
第３ ５卷 第 ３期
Ｖｏ＿ ５ Ｎｏ ３ ｌ３ ．
Ｐ —Ａ Ｅ Ｃ Ｂ Ｓ Ｄ高 精 度 步进 式 位 置 伺服 系统
的应用前景 。
关键词 ：运动控制卡 ；步进电机 ；位置伺服 系统 ；细分驱动器 中图分类号 ：Ｔ ３ ３ Ｐ ３ Ｍ ８ ；Ｔ ３ ６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ — ８ １（ ０７ １ １ ３ ８ ２ ０ ）３—１９— ３ ４ ３
ｌｉபைடு நூலகம்ｐ ｅｉ ｏ ｔｐ ｉｇＰ ｓ ｉｎＳ ｒｏＳ ｓ ｍ ｆ Ｃ－ａｅ Ｉ －ｒｃｓ ｎＳｅｐｎ ｏｉｏ ｅｖ ｙｔ ｏ ｂ ｓｄ ｇ ｉ ｔ ｅ Ｐ
ｔ ｎ ｆ ｒｇ ｏ ｎ ｎ ｒ ｓ ａｃ ｄ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｉｎ ｏ ｕ ｒｃ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ． ｉ ｏ ｒ ｕ ｄ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｘ ｉ ｏ ｅ ｎ ｅ ｍｅ ｔ ｔ ｆｎ ｍｅ ａ ｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ｏ ｉ ｌ ｓ ｅ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：Ｍｏ ｏ ｏ ｔ ｌ ａ ｄ ｔ ｐ ｒｍｏ ｏ ；Ｐ ｓｔ ｎ ｓ ｒ ｏ ｓ ｓ ｍ ；Ｓ ｂ ｉｉｉｎ ｄ ｉｅ ｉ ｔ ｎ ｃ ｎｒ ｒ ；Ｓ ｅ ｐ ｔ ｒ ｏ ｉｏ ｅ ｖ ｙ ｔ ｏ ｃ ｅ ｉ ｅ ｕ ｄ ｖｓｏ ｒｖ ｒ
黄 益 群 ，舒 志 兵
（ 南京 工业 大 学 自动化 学院运动 控 制研 究所 ，江 苏南京 ２ ０ ０ ） １０９
摘要 ：Ａ Ｔ ５ Ｄ ８ ０运动控制卡是基 于 Ｐ ｃ机 Ｐ Ｉ Ｃ 总线的高精度伺服运动控制 卡 ，它作 为数控 发生装 置方便地用 于各种运动 控制系统中 。本文详细地分析 了步进式位置伺服 系统控制 方案 并进 行了软硬件结 构设计 。讨 论了如何 确定系统 中步进 电机 的脉冲频率 ，从系统的误差和精度方面对系统 的性能进行 了分析 。该 系统在 对数控 系统的研 究开发和 实验教学 中具有广 阔
交流伺服控制电机伺服电机控制原理
交流伺服控制机电伺服机电控制原理之迟辟智美创作“伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思.“伺服机电”可以理解为绝对服从控制信号指挥的机电：在控制信号发出之前，转子静止不动；当控制信号发出时，转子立即转动；当控制信号消失时，转子能即时停转.伺服机电是自动控制装置中被用作执行元件的微特机电，其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度.伺服机电分为交流伺服和直流伺服两年夜类交流伺服机电的基本构造与交流感应电念头（异步机电）相似.在定子上有两个相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf，接恒定交流电压，利用施加到Wc 上的交流电压或相位的变动，到达控制机电运行的目的.交流伺服机电具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格（要求分别小于10％～15％和小于15％～25％）等特点.直流伺服机电基本构造与一般直流电念头相似.机电转速n ＝E／K1j＝（Ua－IaRa）／K1j，式中E为电枢反电动势，K为常数，j为每极磁通，Ua、Ia为电枢电压和电枢电流，Ra为电枢电阻，改变Ua或改变φ，均可控制直流伺服电念头的转速，但一般采纳控制电枢电压的方法，在永磁式直流伺服电念头中，励磁绕组被永久磁铁所取代，磁通φ恒定.直流伺服电念头具有良好的线性调节特性及快速的时间响应.直流伺服机电的优点和缺点优点：速度控制精确，转矩速度特性很硬，控制原理简单，使用方便，价格廉价.缺点：电刷换向，速度限制，附加阻力，发生磨损微粒(无尘易爆环境不宜)交流伺服机电的优点和缺点优点：速度控制特性良好，在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡，90%以上的高效率，发热少，高速控制，高精确度位置控制（取决于编码器精度），额定运行区域内，可实现恒力矩，惯量低，低噪音，无电刷磨损，免维护（适用于无尘、易爆环境）缺点：控制较复杂，驱动器参数需要现场调整PID参数确定，需要更多的连线.直流伺服机电分为有刷和无刷机电.有刷机电本钱低，结构简单，启动转矩年夜，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），发生电磁干扰，对使用环境有要求，通经常使用于对本钱敏感的普通工业和民用场所.无刷机电体积小重量轻，出力年夜响应快，速度高惯量小，力矩稳定转动平滑，控制复杂，智能化，电子换相方式灵活，可以方波或正弦波换相，机电免维护，高效节能，电磁辐射小，温升低寿命长，适用于各种环境.交流伺服机电也是无刷机电，分为同步和异步机电，目前运动控制中一般都用同步机电，其功率范围年夜，功率可以做到很年夜，年夜惯量，最高转速低，转速随功率增年夜而匀速下降，适用于低速平稳运行场所.伺服机电内部的转子是永磁铁，驱动器控制U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时机电自带的编码器将反馈信号传给驱动器，对反馈值与目标值进行比力，从而调整转子转动的角度，伺服机电的精度决定于编码器的精度（线数）.什么是伺服机电？有几种类型？工作特点是什么？答：伺服电念头又称执行电念头，在自动控制系统中用作执行元件，把所收到的电信号转换成电念头轴上的角位移或角速度输出.伺服机电分为直流和交流伺服电念头两年夜类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降.交流伺服机电和无刷直流伺服机电在性能上有什么区别？答：交流伺服机电的性能要好一些，因为交流伺服是正弦波控制，转矩脉动小；而无刷直流伺服是梯形波控制.但无刷直流伺服实现控制比力简单，廉价.永磁交流伺服驱动技术的迅猛发展使直流伺服系统面临被淘汰的危机20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继不竭推出新的交流伺服机电和伺服驱动器系列产物.交流伺服系统已成为今世高性能伺服系统的主要发展方向，使直流伺服系统面临被淘汰的危机.永磁交流伺服电念头同直流伺服电念头比力，主要优点有：⑴无电刷和换向器，运行更可靠，免维护调养.⑵定子绕组发热年夜年夜减少.⑶惯量小，系统快速响应性好.⑷高速年夜力矩工作状态好.⑸相同功率下体积小重量轻.永磁交流伺服系统的兴起和现状自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易展览会上正式推出MAC永磁交流伺服机电驱动系统开始，标识表记标帜着新一代交流伺服技术已经成熟.到1980年代中后期，各年夜公司都已有了完整的系列产物，整个伺服装置市场都转向了交流系统.早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在缺乏，尚不能完全满足运动控制的要求，近年来随着微处置器、新型数字信号处置器（DSP）的应用，呈现了数字控制系统，控制部份可由软件完成.到20世纪90年代以后，全数字正弦波控制的永磁交流伺服机电驱动系统在传动领域中的位置进一步上升.目前高性能的电伺服系统年夜多采纳永磁同步型交流伺服电念头，控制驱动器多采纳快速、准确定位的全数字位置伺服系统.典范生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司.永磁交流伺服系统各主要生产商概况日本安川机电制作所推出的小型交流伺服电念头和驱动器，其中D系列适用于数控机床（最高转速为1000r/min，力矩为0.25～2.8N.m），R系列适用于机器人（最高转速为3000r/min，力矩为0.016～0.16N.m）.之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列.20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列.由旧系列矩形波驱动的8051单片机控制，改为正弦波驱动的80C、154CPU和门阵列芯片控制，力矩摆荡由24％降低到7％，并提高了可靠性.这样，只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.05～6kW）较完整的体系，满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等方面的分歧需求.以生产机床数控装置而著名的日本法那克（Fanuc）公司，在20世纪80年代中期也推出了S系列（13个规格）和L 系列（5个规格）的永磁交流伺服电念头.其中L系列有较小的转动惯量和机械时间常数，适用于要求特别快速响应的位置伺服系统.日本其他厂商，例如三菱电念头（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、东芝精机（SM系列）、年夜隈铁工所(BL系列）、三洋电气（BL系列）、立石机电（S系列）等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列.德国力士乐公司（Rexroth）的Indramat分部的MAC 系列交流伺服电念头共有7个机座号92个规格.德国西门子（Siemens）公司的IFT5系列三相永磁交流伺服电念头分为标准型和短型两年夜类，共8个机座号98种规格.据称该系列交流伺服电念头与相同输出力矩的直流伺服电念头IHU系列相比，重量只有后者的1／2，配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列，最多的可供6个轴的电念头控制.德国博世（BOSCH）公司生产铁氧体永磁的SD系列（17个规格）和稀土永磁的SE系列（8个规格）交流伺服电念头和Servodyn SM系列的驱动控制器.美国著名的伺服装置生产公司Gettys曾一度作为Gould电子公司一个分部（Motion Control Division），生产M600系列的交流伺服电念头和A600 系列的伺服驱动器，后合并到AEG，恢复Gettys名称，并推出A700全数字化交流伺服系统.美国AB（ALLEN-BRADLEY）公司驱动分部生产的1326型铁氧体永磁交流伺服电念头和1391型交流PWM伺服控制器，机电包括3个机座号共30个规格.I.D.（Industrial Drives）是美国著名的科尔摩根（Kollmorgen）的工业驱动分部，曾生产BR-210、BR-310、BR-510 三个系列共41个规格的无刷伺服电念头和BDS3型伺服驱动器.自1989年起推出了全新系列设计的永磁交流伺服电念头（Goldline），包括B（小惯量）、M （中惯量）和EB（防爆型）三年夜类，有10、20、40、60、80五种机座号，每年夜类有42个规格，全部采纳钕铁硼永磁资料，力矩范围为0.84～111.2N.m，功率范围为0.54～15.7kW.配套驱动器有BDS4（模拟型）、BDS5（数字型、含位置控制）和Smart Drive（数字型）三个系列，最年夜连续电流55A.Goldline系列代表了今世永磁交流伺服技术最新水平.爱尔兰的Inland原为Kollmorgen在国外的一个分部，现合并到AEG，以生产直流伺服电念头、直流力矩电念头和伺服放年夜器而闻名.生产BHT1100、2200、3300三种机座号共17种规格的SmCo永磁交流伺服电念头和八种控制器.法国Alsthom集团在巴黎的Parvex工厂生产LC系列（长型）和GC系列（短型）交流伺服电念头共14个规格，并生产AXODYN系列驱动器.前苏联为数控机床和机器人伺服控制开发了两个系列的交流伺服电念头.其中ДBy系列采纳铁氧体永磁，有两个机座号，每个机座号有3种铁心长度，各有两种绕组数据，共12个规格，连续力矩范围为7～35N.m.2ДBy系列采纳稀土永磁，6个机座号17个规格，力矩范围为0.1～170N.m，配套的是3ДБ型控制器.近年日本松下公司推出的全数字型MINAS系列交流伺服系统，其中永磁交流伺服电念头有MSMA系列小惯量型，功率从0.03～5kW，共18种规格；中惯量型有MDMA、MGMA、MFMA三个系列，功率从0.75～4.5kW，共23种规格,MHMA系列年夜惯量电念头的功率范围从0.5～5kW，有7种规格.韩国三星公司近年开发的全数字永磁交流伺服电念头及驱动系统，其中FAGA交流伺服电念头系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多种型号，功率从15W～5kW.现在常采纳功率变动率（Powerrate）这一综合指标作为伺服电念头的品质因数，衡量比较各种交直流伺服电念头和步进电念头的静态响应性能.功率变动率暗示电念头连续（额定）力矩与转子转动惯量之比.按功率变动率进行计算分析可知，永磁交流伺服电念头技术指标以美国I.D 的Goldline系列为最佳，德国Siemens的IFT5系列次之.伺服机电原理交流伺服电念头°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf 上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc.所以交流伺服电念头又称两个伺服电念头.交流伺服电念头的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电念头具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电念头相比，应具有转子电阻年夜和转动惯量小这两个特点.目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采纳高电阻率的导电资料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采纳铝合金制成的空心杯形转子，杯壁仅0.2-0.3mm，空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采纳.交流伺服电念头在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组发生的脉动磁场，转子静止不动.当有控制电压时，定子内便发生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电念头的转速随控制电压的年夜小而变动，当控制电压的相位相反时，伺服电念头将反转.交流伺服电念头的工作原理与电容运转式单相异步电念头虽然相似，但前者的转子电阻比后者年夜很多，所以伺服电念头与电容运转式异步电念头相比，有三个显著特点：1、起动转矩年夜：由于转子电阻年夜，使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较年夜的起动转矩.因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点.2、运行范围宽：运行平稳、噪音小.3、无自转现象：运转中的伺服电念头，只要失去控制电压，机电立即停止运转.什么叫做控制机电或“精密传动微特机电”？“精密传动微特机电”，也就是控制机电，能够在系统中快速而正确地执行频繁变动的指令，带动伺服机构完成指令所期望的工作，年夜多能够满足以下要求：1、能频繁启动、停止、制动、反转及低速运行，且机械强度高、耐热品级高、绝缘品级高.2、快速相应能力好，转矩较年夜，转动惯量小，时间常数小.3、带有驱动器和控制器（如伺服机电、步进机电），控制性能良好.4、高可靠性，高精度.“精密传动微特机电”的类别、结构和性能1、交流伺服机电（1）笼型两相交流伺服机电（细长笼型转子、机械特性近似线性、体积和励磁电流小、小功率伺服、低速运转不够平滑）（2）非磁性杯型转子两相交流伺服机电（空心杯转子、机械特性近似线性、体积和励磁电流较年夜、小功率伺服、低速运转平滑）（3）铁磁杯型转子两相交流伺服机电（铁磁资料杯型转子、机械特性近似线性、转子转动惯量年夜、齿槽效应小、运行平稳）（4）同步型永磁交流伺服机电（由永磁同步机电、测速机及位置检测元件同轴一体机组，定子为3相或2相，磁性资料转子，必需配驱动器；调速范围宽、机械特性由恒转矩区和恒功率区组成，可连续堵转，快速相应性能好，输出功率年夜，转矩摆荡小；有方波驱动和正弦波驱动两种方式，控制性能好，为机电一体化产物）（5）异步型三相交流伺服机电（转子与笼型异步机电相似，必需配驱动器，采纳矢量控制，扩年夜了恒功率调速范围，多用于机床主轴调速系统）2、直流伺服机电（1）印制绕组直流伺服机电（盘形转子、盘形定子轴向粘接柱状磁钢，转子转动惯量小，无齿槽效应，无饱和效应，输出转矩年夜）（2）线绕盘式直流伺服机电（盘形转子、定子轴向粘接柱状磁钢，转子转动惯量小，控制性能优于其他直流伺服机电，效率高，输出转矩年夜）（3）杯型电枢永磁直流机电（空心杯转子，转子转动惯量小，适用于增量运动伺服系统）（4）无刷直流伺服机电（定子为多相绕组，转子为永磁式，带转子位置传感器，无火花干扰，寿命长，噪声低）3、力矩机电（1）直流力矩机电（扁平结构，极数槽数换向片数串连导体数多；输出转矩年夜，低速或堵转下可连续工作，机械和调节特性好，机电时间常数小）（2）无刷直流力矩机电（与无刷直流伺服机电结构相似，但为扁平状，极数槽数串连导体数多；输出转矩年夜，机械和调节特性好，寿命长，无火花，噪声低）（3）笼型交流力矩机电（笼型转子，扁平结构，极数槽数多，启动转矩年夜，机电时间常数小，可长期堵转运行，机械特性较软）（4）实心转子交流力矩机电（铁磁资料实心转子，扁平结构，极数槽数多，可长期堵转，运行平滑，机械特性较软）4、步进机电（1）反应式步进机电（定转子均由硅钢片叠成，转子铁心上无绕组，定子上有控制绕组；步距角小，启动与运行频率较高，步距角精度较低，无自锁力矩）（2）永磁步进机电（永磁式转子，径向磁化极性；步距角年夜，启动与运行频率低，有坚持转矩，消耗功率比反应式小，但须供正、负脉冲电流）（3）混合式步进机电（永磁式转子，轴向磁化极性；步距角精度高，有坚持转矩，输入电流小，兼有反应式和永磁式两者的优点）5、开关磁阻机电（定转子均由硅钢片叠成，都为凸极式，与极数相接近的年夜步距反应式步进机电结构相似，带有转子位置传感器，转矩方向与电流方向无关，调速范围小，噪声年夜，机械特性由恒转矩区、恒功率区、串励特性区三部份组成）6、直线机电（结构简单，导轨等可作为二次导体，适用于直线往复运动；高速伺服性能好，功率因数和效率高，恒速运行性能优）交流异步伺服机电的规格与性能项目规格与性能结构型式笼型感应电念头冷却方式小型机：全封闭；中型机：全封闭外扇冷型与防护强迫通风型额定功率 0.1-1.5kw；2.2-22kw；30-55kw额定转矩 0.33-7.3N.M；10.7-107.8N.M；117-269N.M额定转速 3000r/min；3000r/min；2000r/min额定电压 80-120V；120V；150V瞬时最年夜转矩 500%能率 4.25-11kw/s；44-293kw/s；516-860kw/s转子GD²²²²适用负载GD²电念头GD²的5倍频率特性 50-100HZ电源电压三相交流80-200V控制方式晶体管式等效正弦波PWM控制调速范围 1比1000调速精度负载变动（0%-100%）‹±0.1%；电源变动（±10%）‹±0.1%冷却方式小型机用自冷式；中型机用强制风冷式呵护功能过电压，过电流，过载，速度，温升，编码器适用环境环境空气温度0-50ºC，环境空气湿度85%以下，海拔1000米以下交流永磁伺服机电的规格与性能项目规格与性能电源稳定电压或调压直流电源（蓄电池、整流器）；6.3-48V60-120V主要构成设备两相或三相永磁同步机电，电力三极管交流器（方形波或等效正弦波=PWM）无触点转子位置传感器以及放年夜器额定功率 0.5w-0.75kw-2.9kw额定转速 1000-3000r/min,也可20000r/min以上结构型式呵护全滴型或全封闭型较多额按时间连续额定输出特性恒转矩特性转速-转矩特性加减恒转矩特性调速范围0%-100%速度控制装置置于机电内部.多为恒转速特性（精度可达正负0.5%）转矩脉动比直流电念头年夜效率50%-80%，无因控制引起的损耗，减速时仍有较高的效率启动特性启动转矩年夜于100%，瞬时最年夜转矩年夜于300%，转矩与电流成比例采纳逐渐升高电压的降压启动法，小型机可直接启动速度控制改变电力三极管变流器的直流输入电压调速制动能耗制动和反接制动较为简单正反转可通过改变转子位置检测信号顺序实现正反转控制，实现无触点控制而不用切换主电路其他优点因为无刷，是可靠性很高的电念头把三极管控制器置于电念头上，可获得小型恒转速电念头与负载的连接用柔性联接器直连，齿轮链接，皮带连接等，无限制.负载转动惯量小于电念头转动惯量的5倍维护除轴承外无需维护使用环境可适用恶劣环境，但不适于高温环境使用注意事项因使用了半导体元器件，对周围温度需加以限制；因转矩脉动较年夜需注意低速运行情况运行辅助设备除直流电源外，还需断路器、熔断器等呵护装置以及速度控制时的调压直流电源用途机床、机器人、丈量仪器、自动化仪表、音响设备、办公设备以及计算机的磁带传送机等。
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7）通过设臵 I变量可以控制以下典型 P.I.D 伺服环
Following Error 跟随误差
Command + Position Error
=
Commanded Position 指令位置
-
Actual Position 实际位置
DAC 16 Bit
?10V
-
PID Digital Number Servo Algorithm ?32767 DAC Bits
PC连接型NC 即将现有原型CNC与PC用通用串行线直接相连的 一种组成形式:DNC PC嵌入型NC 即在传统的专用数控机床中嵌入PC技术，PC与 CNC之间用专用总线连接。 －８４０系统。 运动控制器+PC型 即在通用PC的扩展槽中插入运动控制卡，完全采 用以PC为硬件平台的数控系统。－PMAC运动控制器 全软件型NC 即完全采用PC的全软件形式的数控系统。NC的 全部功能处理全由PC进行，并通过装在PC扩展槽中 的接口卡等进行控制。STEP-NC
Communications Variables Motor Activated Flags & Modes Variable DAC Configuration Position Encoder Configuration DAC Trimming "Velocity" Encoder Configuration Encoder Relative Scaling Preliminary Tuning Variables Jogging Setup Variables Position Capture Configuration Homing Setup Variables
定义坐标系
系统编程
设计程序结构
编写和调试程序
5）PMAC 的指令
1. I-变量 (1024) 初始化和变量设置 提前定义其含义 有的影响卡的全局 有的是电机的定义 有的是坐标系的定义 有的是编码器的定义
2. P-变量(1024) 用户定义的变量 48-bit 浮点格式 全局存取 (与坐标系无关)
AM P
M
Actual Position
Enc
P (proportional gain比例增益) Ix30 I (integral gain积分增益)Ix33 D (derivative gain微分增益) Ix31
Spring刚性，刚度 Shock Absorber 减震，吸收
Important Setup I-Variables SETUP PROGRAM FUNCTION
3、PMAC系列运动控制器
PMAC 1 的标准配置
20MHz Motorola DSP 56001系 列数据信号处理器 线性，圆弧， 三次轨迹计算， 样条插补
8路（数模转换）16位DAC输出 256个运动程序存储能力 16个码盘通道输入 16个通用I/O I/O扩展端口 越程极限，回原点，伺服放大 器报警，使能标志信号接口 LCD和VFD显示端口 Bus and/or RS-422通信 64个异步PLC程序存运行 超大程序的实时下载执行功能 64位位置计数范围 位置环，速度环，电流环三环 矢量控制能力 曲线加减速控制 自定义伺服算法能力
数控装置 控制模块 管理模块
电 机 运 动 控 制
位 置 运 动 控 制
插 补 计 算
刀 补 计 算
误 差 补 偿
速 度 处 理
G 功 能 处 理
监 控 处 理
中 断 处 理
P L C 处 理
数控软件功能模块
部分控制模块功能
电机运动控制
插补计算
刀补计算
监控处理
中断处理
匀 速 控 制
加 / 减 速 控 制
1）PMAC 的功能
五、资源管理 1. 常规管理 定期自动执行资源管理功能，以确认谁正常 2. 报警 跟随误差限制、 硬件超程限制、软件超程限制、 放大器报警 3. 看门狗的更新 在每个PLC扫描之间, PMAC 执行上述任务保证自身的正常更新，如果 这些功能不能在最小的频率内检测，卡上的看门狗将报警 六、与主机通信 1.随时与上位机实时通讯，甚至在一个运动序列中间； 2.将命令放入一个程序缓冲区以便以后执行； 3.如果命令非法则将向上位机主机报错。 七、任务优先级 1.任务是按照优先级电路组织起来，使应用程序以最优化、高效、安 全的运行 2. 优先级是固定的，但是他们的频率时可以由用户控制的
1、PMAC运动控制器结构
2、PMAC的开放式结构
基于PC（它本身也是一台计算机） 可控制各类电机 — 步进，交 / 直流服，线性电机，液压伺 服. 可接受各类反馈—增量绝对码盘，光栅尺，激光干涉仪， 电位计，磁致伸缩传感器，旋转变压器等. 多总线结构—PC， VME， STP， PCI， 104， MACRO. 一卡可同时控制8个轴，可扩展到128个轴连动. 后台PLC可扩展到1024点. 可独立运行RS-232，422 由主机通过接口或总线发送指令 在板DPRAM选项 在板A/D转换选项 32位在板I/O PWM, DAC 输出模式
3）PMAC 的典型开放式应用
Machine I/O
Amplifier
A BC A B C interface
工业现 场总线
PMAC
功率 放大
Motor
Enc. Halls
驱动受控 机械对象
Software Interface
4）PMAC 的应用系统建立
硬件
接线
判断连接
软件设置及定义
M变量内存图
管理模块
控制模块
电 机 运 动 控 制
位 置 运 动 控 制
插 补 计 算
刀 补 计 算
误 差 补 偿
速 度 处 理
G 功 能 处 理
监 控 处 理
中 断 处 理
P L C 处 理
2 PMAC运动控制器
PMAC-Programmable Multi-Axis Controller 是 可编程多轴运动控制器，也称运动控制计算机. 它主要由MOTOROLA DSP CPU与DELTA TAU公司开 发和特制的用户门列IC组成. 主要功能: 1. 控制伺服轴 2. PLC 3. 数据采集
（3）PC嵌入型NC
即在传统的专用数控机床中嵌入PC技术，PC 与CNC之间用专用总线连接。其优点是原型CNC 几乎可以不加改动的使用，且数据传送速度快、 系统响应快。其目的是增加数控系统的计算机功 能，实现联网和大规模数据处理。如FANUC公 司的150/160/180/210系统、Siemens840D系统、 Num1060系统、AB9/360等数控系统。
I-VARIABLES
CONFIGURED
I3, I4, I9 I100 I125 I102, I169 I103, I900 I129 I104 I109 I111,I112,I169 I130,I131,I132 I119,I120 I121,I122 I902,I903 I123,I126
脱机运行
G-Code 编程（可自定义）
电子齿轮
先进的PID及扩展伺服算法
1）PMAC 的功能
一、执行运动程序 1. PMAC 在某一时间执行一个运动, 并执行有关运动的所有计算 2. PMAC 总是在实际运动之前,正确地调和即将执行的运动 二、执行PLC程序 1. 以处理器允许的时间尽可能快的扫描PLC程序 2. PLC适用于某些异步于运动程序的运动过程 三、伺服环更新 1.对于每一个电机， PMAC都以一个固定频率（2KH左右）自动对其 进行伺服更新 2. 伺服环根据运动的设计者编写程序公式，从当前的实际位臵和指令 位臵增加指令的数值 四、换相更新 1. PMAC 以9KHZ的频率自动进行换向计算和控制； 2. PMAC 测量并估算 转子的磁场定向，然后处理电机的相之间的指令
直 线 、 圆 弧 插 补
螺 旋 线 、 空 间 插 补
刀 具 半 径 补 偿
刀 具 长 度 补 偿
键 盘 处 理
显 示 处 理
报 警 处 理
急 停 处 理
2、开放式数控系统
随着数控技术的发展，数控系统变得越来越复杂，暴露 出许多自身固有的缺陷。最大的问题是，这些数控系统都 是专门设计的，它们具有不同的编程语言、非标准的人机 接口、多种实时操作系统、非标准的硬件接口等，这些缺 陷造成了数控系统使用和维护的不便，也限制了数控技术 的进一步发展。 为了解决这些问题，人们提出了“开放式数控系统”的 概念。这个概念最早见于1987年美国的NGC(Next Generation Controller)计划， NGC控制技术通过实现基于相 互操作和分级式的软件模块的“开放式系统体系结构标准 规范（SOSAS）”找到解决问题的办法。一个开放式的系 统体系结构能够使供应商为实现专门的最佳方案去定制控 制系统。
2 基于运动控制器的数控系统（功能概图）
计算机
开关量 I/O
PCI总线
其它I/O
Hale Waihona Puke 伺服辅助控制信号运动控制器 基本模块
I/O模块
运动控制 指令
伺服 驱动器
伺服电机
数控系统 （运动控制器）
位置反馈 主轴 驱动器
2 基于运动控制器的数控系统（PCI总线）
2 基于运动控制器的数控系统（软件系统）
数控装置
（4）软件数控 它的CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分 仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通 用接口。目前由于存在着操作系统的实时性标准统 一性及系统稳定性等问题，这种系统目前正处于探 求阶段，还没有大规模投入到实际的应用中。目前 全软件型NC的典型产品有美国MDSI公司的Open CNC、德国Power Automation公司的PA8000 NT等。