伺服电机控制系统
伺服电机控制技术课件
参数设置
根据实际需求，对伺服驱动器的 参数进行设置，包括速度环、位 置环、电流环等参数的调整。
调试步骤
按照一定的步骤进行伺服驱动器 的调试，包括电机参数的识别、 控制器参数的调整等。
使用注意事项
在使用过程中，注意保持伺服驱 动器的良好散热、定期检查电缆 和连接器的完好性等，以确保其 正常运行和延长使用寿命。
伺服电机驱动器的接口与连接
01
02
03
数字接口
如EtherCAT、Profinet等 ，可以实现高速、高精度 的数据传输和控制。
模拟接口
如电压、电流模拟输入输 出，适用于简单的速度和 位置控制。
连接方式
根据不同的接口类型，采 用相应的电缆和连接器进 行连接，确保信号传输的 稳定性和可靠性。
伺服电机驱动器的调试与使用
伺服电机控制技术 课件
目录
• 伺服电机概述 • 伺服电机控制系统 • 伺服电机驱动技术 • 伺服电机控制算法 • 伺服电机应用案例
01
CATALOGUE
伺服电机概述
伺服电机的定义与工作原理
伺服电机是指一种能够将输入的电信 号转换为机械运动的装置，其工作原 理基于电磁感应定律和磁场对电流的 作用力。
通常以毫米或微米为统对输入信号的响应速度，通 常以毫秒或微秒为单位。
转矩控制精度
转矩控制精度是指伺服电机控 制系统能够实现的最小转矩调 节步长，通常以牛米或毫牛米 为单位。
抗干扰能力
抗干扰能力是指伺服电机控制 系统在存在外部干扰的情况下
仍能保持稳定运行的能力。
伺服电机具有响应速度快、控制精度 高、稳定性好等优点，广泛应用于各 种需要精确控制机械运动的场合。
当电流通过伺服电机内部的线圈时， 会产生磁场，该磁场与转子相互作用 ，产生转矩，从而使转子转动。
直流伺服电机控制系统设计
电子信息与电气工程系课程设计报告设计题目：直流伺服电机控制系统设计系别：电子信息与电气工程系年级专业：学号：学生姓名：2006级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书摘要随着集成电路技术的飞速发展，微控制器在伺服控制系统普遍应用，这种数字伺服系统的性能可以大大超过模拟伺服系统。
数字伺服系统可以实现高精度的位置控制、速度跟踪，可以随意地改变控制方式。
单片机和DSP在伺服电机控制中得到了广泛地应用，用单片机作为控制器的数字伺服控制系统，有体积小、可靠性高、经济性好等明显优点。
本设计研究的直流伺服电机控制系统即以单片机作为核心部件,主要是单片机为控制核心通过软硬件结合的方式对直流伺服电机转速实现开环控制。
对于伺服电机的闭环控制，采用PID控制，利用MATLAB软件对单位阶跃输入响应的PID 校正动态模拟仿真，研究PID控制作用以及PID各参数值对控制系统的影响，通过试凑法得到最佳PID参数。
同时能更深度地掌握在自动控制领域应用极为广泛的MATLAB软件。
关键词：单片机直流伺服电机 PID MATLAB目录1.引言 ...................................................... 错误!未定义书签。
2．单片机控制系统硬件组成.................................... 错误!未定义书签。
微控制器................................................ 错误!未定义书签。
DAC0808转换器.......................................... 错误!未定义书签。
运算放大器............................................... 错误!未定义书签。
按键输入和显示模块....................................... 错误!未定义书签。
伺服电机和伺服控制系统原理
伺服电机和伺服控制系统原理
伺服电机和伺服控制系统原理
伺服电机被广泛用于需要高精度、高稳定性和高速度控制的应用领域，如机器人、自动化生产线、医疗设备等。
伺服电机是一种智能电机，
具有反馈的闭环控制系统，可以实现精确的位置和速度控制。
伺服电机的工作原理是通过传感器将电机运动的实际位置和速度反馈
给控制器，控制器再根据反馈信息对电机施加控制信号，使其按照预
定的位置和速度运动。
传感器可以是旋转编码器、位置传感器、速度
传感器等，这些传感器能够实时监测电机的运动状态并将信息反馈给
控制器。
伺服控制系统是由控制器、传感器和伺服电机组成的闭环控制系统。
控制器接收传感器反馈的位置和速度信息，比较与期望运动的差异，
然后输出控制信号对伺服电机进行调节和控制，使其达到期望的位置
和速度。
伺服控制系统的闭环控制可以有效地消除外界干扰和误差，
使得伺服电机的运动更加稳定和精确。
伺服电机的优点是具有高效率、高精度、高稳定性、高响应速度和低
噪声等特点。
它常用于一些重要的应用领域，如航空航天、电子、通
信、精密仪器、工业自动化等。
伺服电机的应用范围正在不断扩大，可以预见，未来它将成为更广泛应用的主流电机。
总之，伺服电机和伺服控制系统在自动化领域中有着广泛的应用，它们的高精度、高稳定性、高响应速度和低噪声等特点在现代工业、医疗设备和家庭生活中发挥着至关重要的作用。
伺服电机标准
伺服电机标准
伺服电机是一种用于控制位置、速度和加速度的电动机，有许多不同类型的伺服电机，具体的标准和规范会因不同的应用和行业而有所差异。
以下是一些常见的伺服电机标准：
1. 控制系统标准：伺服电机通常与控制系统配套使用，因此需要符合相关的控制系统标准，如ISO 13849，IEC 61508等。
2. 电气标准：伺服电机需要符合相关的电气标准，如IEC 60034（旋转电机）、IEC 61800（可变频伺服驱动器）等。
3. 机械标准：伺服电机通常需要与机械结构配合使用，因此需要符合相应的机械标准，如ISO 9001（质量管理体系）、ISO 14001（环境管理体系）等。
4. 安全标准：伺服电机通常需要具备安全功能，如过载保护、故障诊断、紧急停止等，需要符合相关的安全标准，如ISO 13849、IEC 62061等。
5. 环境适应性标准：伺服电机需要适应各种环境条件，如温度、湿度、防护等级等，需要符合相关的环境适应性标准，如
IP67、IP54等。
这些只是一些常见的伺服电机标准，实际应用中还会有更多特定的标准和规范需要满足，具体需根据实际情况进行选择。
伺服控制系统特点及应用
伺服控制系统特点及应用
伺服控制系统是一种用于控制特定输出位置、速度或加速度的系统。
这类系统通常包括一个伺服电机、传感器和控制器。
以下是伺服控制系统的一些特点和应用：
伺服控制系统的特点：
1. 高精度：伺服系统能够提供非常高的精度，因为它可以实时调整输出以匹配预期的位置或运动。
2. 高性能：伺服控制系统具有快速的响应速度，能够在短时间内实现准确的位置或速度控制。
3. 闭环控制：伺服系统通常采用闭环控制，其中包括反馈机制，通过传感器测量实际输出，并将这些信息反馈给控制器进行调整。
4. 高动态响应：伺服系统能够快速响应变化的输入或负载，适用于需要快速动作的应用。
5. 可编程性：伺服系统通常具有灵活的编程能力，可以适应不同的运动轨迹和控制要求。
6. 稳定性：通过闭环反馈，伺服系统可以提供稳定的运动和输出，即使在面对外部扰动时也能够迅速纠正。
伺服控制系统的应用：
1. 机床和数控机械：伺服系统用于控制机床、切割机、3D打印机等，以实现高精度和高速度的运动。
2. 工业机器人：工业机器人通常采用伺服控制系统，以实现精确的位置和运动控制。
3. 自动化生产线：伺服控制系统广泛应用于生产线上的各种运动控制，例如搬运、装配等。
4. 航空航天：伺服系统用于飞行器和导弹等的姿态控制和精确导航。
5. 医疗设备：在医疗领域，伺服系统用于控制医疗设备的精确位置，如手术机器人和扫描设备。
6. 纺织和印刷机械：伺服系统用于控制纺织机械和印刷机械，以实现高速度和高精度的运动。
总体而言，伺服控制系统在需要高精度、高性能、稳定性和可编程性的应用中发挥着关键作用。
伺服电机控制程序讲解
伺服电机控制程序讲解摘要：1.伺服电机的概念和原理2.伺服电机控制程序的作用3.伺服电机控制程序的分类4.常见伺服电机控制程序的原理及应用5.伺服电机控制程序的发展趋势正文：伺服电机是一种可以精确控制转速和转矩的电机，其转速和转矩由输入信号控制。
伺服电机广泛应用于各种自动化设备中，如数控机床、机器人、自动化生产线等。
伺服电机控制程序是控制伺服电机运行的核心部分，它可以实现对伺服电机的精确控制，保证设备的稳定性和精度。
一、伺服电机的概念和原理伺服电机是一种闭环控制系统，其工作原理是：通过比较电机的实际转速和目标转速的差值，然后根据这个差值来调整电机的工作状态，从而使电机的转速和转矩达到预定的目标值。
二、伺服电机控制程序的作用伺服电机控制程序的主要作用是控制伺服电机的转速和转矩，使其达到预定的目标值。
它通过接收外部输入信号，然后根据预设的控制算法，生成相应的控制指令，从而控制伺服电机的运行。
三、伺服电机控制程序的分类根据控制方法的不同，伺服电机控制程序可以分为PID 控制、模糊控制、神经网络控制等。
1.PID 控制：PID 控制器是一种线性控制器，其结构简单，参数调节方便，因此在实际应用中得到广泛应用。
2.模糊控制：模糊控制器是一种非线性控制器，其可以根据实际情况进行智能化调整，因此在处理非线性、时变、不确定性系统中具有较好的性能。
3.神经网络控制：神经网络控制器是一种智能控制器，其可以通过学习自适应调整控制参数，因此在处理复杂的非线性系统中具有较好的性能。
四、常见伺服电机控制程序的原理及应用1.PID 控制：PID 控制器通过比例、积分、微分三个环节的组合，可以实现对系统的精确控制。
在伺服电机控制中，PID 控制器可以根据目标转速和转矩值，以及电机的实际转速和转矩值，生成相应的控制指令，从而实现对伺服电机的精确控制。
2.模糊控制：模糊控制器通过将连续的输入值转换为模糊集合，然后根据模糊规则进行推理，最后生成相应的控制指令。
伺服电机控制原理介绍
伺服电机控制原理介绍
伺服电机控制是一种通过反馈调节来实现精确控制的电机控制方法。
该方法主要由四个部分组成：控制器、编码器、伺服电动机和负载。
控制器是伺服电机系统的核心，负责计算出控制信号以控制电机的输出。
它可以是传统的PID控制器，也可以是现代控制理论中的模糊控制器、模型预测控制器等。
编码器是用于测量电机输出角度或位置的设备。
通过反馈电机输出角度或位置，编码器提供给控制器一个参考信号，以便控制器调整控制信号。
伺服电动机是一种特殊的电动机，可以根据控制信号精确地控制输出角度或位置。
它通常由电动机本身、转矩传感器和速度传感器组成。
负载是电动机输出力的对象，通常是机械系统。
负载的特性可以通过反馈信号传达给控制器，以便控制器根据实际工作条件做出相应的调整。
整个伺服电机控制系统的工作原理如下：首先，编码器测量电机的输出角度或位置，并将该信息传递给控制器。
控制器将测量结果与期望值进行比较，计算出相应的控制信号。
控制信号经过放大器放大后送达电机，使电机按照期望的角度或位置进行运动。
同时，转矩传感器和速度传感器测量电机的输出转矩和速度，并将这些信息反馈给控制器。
控制器根据反馈信号对
控制信号进行调整，以使电机保持在期望的角度或位置，从而实现精确控制。
总之，伺服电机控制通过不断地测量反馈信号和调整控制信号来控制电机的输出，从而实现精确控制。
它在需要精密定位和运动控制的应用中广泛应用，如机床、机械手臂、自动化系统等。
伺服系统总结
伺服系统总结伺服系统是一种控制系统，由电机和驱动器组成。
它可以将机械运动与电子控制相结合，实现精确的位置、速度和力控制。
本文将对伺服系统的电机和驱动器进行详细总结。
电机是伺服系统的核心组件，它将电能转化为机械能，驱动机械执行器实现各种运动。
常见的伺服电机有直流无刷电机（BLDC）、步进电机、交流伺服电机等。
不同类型的电机适用于不同的应用场景。
直流无刷电机（BLDC）是一种先进的伺服电机，具有高效、高速、高扭矩和低维护成本的特点。
它通过电子换向器实现自动换向，不需要传统的机械换向器，使得其运行更加平稳和可靠。
BLDC电机的控制方式一般有开环控制和闭环控制两种。
开环控制是指根据电机的电压、电流和转速等参数进行控制，适用于一些简单的应用场景。
闭环控制是在开环控制的基础上加入编码器或传感器，实时监测电机的位置和速度，并进行反馈调整，以实现更精确的控制。
闭环控制广泛应用于需要高精度位置和速度控制的场合，如机床、印刷设备等。
步进电机是一种常见的伺服电机，其工作原理是根据电机的步进角度进行控制。
步进电机的控制方式有全步进和半步进两种。
全步进是每次给电机施加一个步进脉冲，使电机转动一个步进角度。
半步进是在全步进的基础上，通过控制电流的大小和方向，使电机转动一半的角度。
步进电机的优点是结构简单、控制方便，缺点是转速较低，不能实现高速和高精度的运动。
交流伺服电机是一种高性能的伺服电机，具有响应快、精度高和可靠性强的特点。
它通过电子控制器对电机供电进行频率、幅值和相位的调节，从而实现位置和速度的精确控制。
交流伺服电机适用于要求高速和高精度的应用，如机器人、自动化设备等。
驱动器是伺服系统的另一个重要组成部分，它接受来自控制器的信号，并将信号转化为电流或电压，驱动电机实现相应的运动。
驱动器的功能主要包括电源转换、信号放大、电流控制和保护等。
不同类型的电机需要不同的驱动器来实现最佳性能。
在选择驱动器时，需要考虑的因素包括电压和电流的要求、控制方式、保护功能和对外部环境的适应性。
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伺服电机控制系统
对于数字化伺服电机控制系统，转矩环的性能直接影响着系统的控制效果，电流采样的精度和实时性很大程度上决定了系统的动、静态性能，精确的电流检测是提高系统控制精度、稳定性和快速性的重要环节，也是实现高性能闭环控制系统的关键。
在伺服电机控制系统中，电流检测的方案有多种，常见的一种方案是使用霍耳传感器[1]，将电流信号经过电磁转换，变换为直流电压信号输出，然后，通过运放和比较器构成的处理电路处理后，输入到处理器；另一种方案是，取采样电阻两端的电压，经线性光藕或者隔离放大器进行信号隔离，调理后接A/D转换器输入进行数字化，获取电流的采样值，而数字化的过程即可以利用处理器中的A/D转换通道实现[3] [4]，也可以利用根据原理实现的模拟量直接转换为数字量的隔离调制芯片来实现[2]。
本文通过对这三种方案分别进行电路设计和具体实验后所得结果的比较分析，对三种方案各自的特点有了清晰的认识，这有利于基于不同的条件选择合适的方案来提高伺服控制系统的整体性能。
2 伺服电机控制系统简介
本系统采用交直交电压型变频电路，主电路由整流电路、滤波电路及智能功率模块IPM逆变电路构成，控制部分以DSP 芯片TMS320LF2812为核心，CPLD作为辅助处理模块，构成功能齐全的全数字矢量控制系统，系统结构如图1所示，从图1可以看出，本系统是一个有电流、转速和位置负反馈的三闭环系统， DSP负责采样各相电流，计算电机的转速和位置，最后运用矢量控制算法，得到电压矢量PWM控制信号，经过光藕隔离电路后，驱动逆变器功率开关器件；同时DSP 还监控变频调速系统的运行状态，当系统出现短路、过流、过压、过热等故障时，DSP将封锁SVPWM信号，使电机停机，并通过LED显示。
CPLD模块负责对光栅尺反馈的位置信息和上位机发送脉冲形式指令信息进行滤波和计数，并将数据以总线方式传送给DSP；同时处理键盘输入和显示输出，以及开关量的输入输出。
伺服电机控制系统中电流采样的作用就是检测交流同步
电动机的三相定子电流并转换成相应的信号输入到DSP中，再由DSP的AD模块转化成数字量进行处理。
因为本文研究的是三相平衡系统Ia＋Ib+Ic=0，因此只要检测其中的两路电流，就可以得到三相电流。
图1 全闭环立式加工中心的控制框图
3三种电流采样方案的分析与比较
3.1 利用霍耳传感器采样电流
3.3.1 LEM霍耳传感器介绍
采用霍尔电流传感器（LEM模块）－－ LA25-NP对电流进行检测。
霍尔器件根据磁补偿原理制作而成，它可传感从直流到数百千赫兹的信号。
它突出的特点是在整个工作区域内输出特性是线性的，功耗小，重量轻，温度稳定性好，测量频带宽，能测量各种波形的电流，而且电隔离，输出为电压
信号或电流信号，精度普遍较高，因而使用极为方便可靠，是理想的电流传感器；但是成本较高。
3.2.1 电流采样电路设计
电流采样电路如图2所示，由于TMS320F2812片内的ADC 模块要求输入0～3V的单极信号，必须将LEM输出的小电流信号转换为电压信号，再经过放大滤波后输入DSP。
因此，设计了如图2所示的电路来进行信号的转换，图2中R1为霍尔传感器件所允许的负载电阻，考虑到霍尔器件的输出电流信号较弱，选用运放构成反相放大器，反相放大器的输入阻抗很高，R2的影响可以忽略，反相端通过可调电阻输入的参考电压为2V，设定电机的最大启动电流为 20A，当I = 20A 时，对应的ADC输入为3V；当I = －20A时，对应的 ADC 输入为0V；I = 0时，ADC的输入为1.5V，将具有正负极性的电流反馈信号转换为单极信号送入DSP。
图2
3.3.2电流采样实验数据
表1中的数据为电流检测电路的实验数据，从表中数据可知相对误差均小于 1％，说明采用LEM霍尔传感器检测电流具有较高的准确度。
表1
3.2 利用采样电阻结合A/D转换隔离调制芯片采样电流
3.2.2 7860以及接口芯片0872介绍[5]
HCPL-7860/0872是Agilent公司的两款用于隔离A/D转换的IC，其典型应用电路如图3所示，其中HCPL-7860为隔离调制器部分，HCPL-0872为数字接口部分,它们一起组合成一套隔离可编程双芯片A/D转换器。
HCPL-7860/0872组成的可编程A/D转换器具有12位的线性度，转换时间为800nS，可提供5种转换模式，输入电压范围为-200mV～+200mV，单5V 电源供给，HCPL-7860内部分为转换编码模块和译码模块，转换编码模块包含一个式过采样A/D转换器，它将输入的低带宽模拟电压信号转化为一位高速串行数据流，该高速数据流和采样时钟的编码后通过隔离带传输至译码模块，译码模块接收到数据解码后，将数据转换成分离的高速时钟和数据通道，再由HCPL-0872进行下一步处理。
HCPL-0872将输入的串行数据流转化为15位的字输出，它支持SPI、QSPI及MICROWIRE三种同步串行接口协议，可与微控制器直接连接，HCPL-0872可支持5种不同的转换模式，3种不同的预触发模式，偏移校准，快速超范围侦测，以及可调的门限侦测等功能，这些可编程特性通过串行配置端口配置，另外，HCPL-0872还支持多路复用，因此可输入两路数字信号进行处理。
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