伺服系统培训(高端培训)
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交流伺服系统培训资料
交流永磁同步伺服系统一、伺服驱动器应用的场合：成功案例：车床、袜机、横机、绣花机、织编机、内衣机、制涮机、磨床、渔网机、包装机、塑料机、内圆切机、自动送料机、制袋机、雕刻机、喷绘机、绕线机、弯管机、丝网印刷机、钻孔机等。
二、元器件命名规则2.1 贴片电容的命名：0805-CG-102-J-500-NT0805:是指该贴片电容的尺寸大小，是用英寸表示的08表示长度是0.08英寸，05表示宽度为0.05英寸。
CG: 表示做这种电容要求用的材质。
102：是指电容容量，前两位是有效数字，10×10^2=1000PF.J: 要求电容的容值达到的误差精度为5%。
F为1%。
500：是要求电容承受的耐压为50V，同样500前两位是有效数字，后面是指多少个零。
N: 是指端头材料，现在一般的端头都是指三层电极。
T::包装方式：T表示编带包装，B表示塑料盒包装。
2.2 贴片电阻的命名：R-S-05-K-102-J-TR:表示电阻S：提升功率（还有一种C:表示常规功率）05：表封装（01=0201，02=0402，03=0603，05=0805，06=1206，1210=1210，1812=1812，10=2010，12=2512）K:表示温度系数。
（W=200PPM,V=400PPM,K=100PPM,L=250PPM）102：阻值大小。
（前两位为有效位，后一位为指数位。
102=10×10^2=1000欧。
J;表示精度。
T:表示包装。
三、伺服系统基本结构交流永磁同步电机伺服系统主要由伺服控制单元，功率驱动单元，通讯接口单元，伺服电机及相应反馈检测器件组成，其结构组成如图所示。
其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等。
全数字化的永磁同步电机伺服控制系统集先进控制技术和控制策略为一体，使其非常适用于高精度。
高性能要求的伺服领域，同时智能化已成为了现代伺服驱动系统的一个发展趋势。
（1）功率驱动单元功率驱动单元采用三相全桥不控整流，三相正弦PWM电压型逆变器的AC-DC-AC结构。
伺服控制系统知识培训(高端培训)
来的直流电压
U△- 三角波
U△
R1
U Sr
R1
+ +12V
USC
R2
-
R3
USC- 脉宽调制器的输出（US r+U△）
调制波形图
U S r +U △
-12V
U S r +U △
+U S r
t
o
o
t
-U S r
t
USr为0时
t
US r为正时
t
USr为负时
t
调制出正负脉宽一样 调制出脉宽较宽的 调制出脉宽较窄的 方波平均电压为0 波形平均电压为正 波形平均电压为负
7.3 直流伺服电机及其速度控制
只要改变可控 u
α
硅触发角（即改变 a) c 1 a
3b
5c
a
导通角），就能改
b
2c
4a
6b
变可控硅的整流输
①②③④⑤⑥
u
出电压，从而改变 b) 1
3
5
1
直流伺服电机的转
120°
速。
2
4
6
2
触发脉冲提前， c)
60° 120°
增大整流输出电压；
180°
触发脉冲延后，减 d) 5 1 1 3 3 5 5 1 1
主要内容
n
ΔnN
nN
U aN
n1
U a1
n2
U a2
n02
Φ2
n01
Φ1
n0N
ΦN
U aN>U a1 > U a2
TN
T
O
n2 n1
nN
ΦN>Φ1>Φ2
U△- 三角波
U△
R1
U Sr
R1
+ +12V
USC
R2
-
R3
USC- 脉宽调制器的输出（US r+U△）
调制波形图
U S r +U △
-12V
U S r +U △
+U S r
t
o
o
t
-U S r
t
USr为0时
t
US r为正时
t
USr为负时
t
调制出正负脉宽一样 调制出脉宽较宽的 调制出脉宽较窄的 方波平均电压为0 波形平均电压为正 波形平均电压为负
7.3 直流伺服电机及其速度控制
只要改变可控 u
α
硅触发角（即改变 a) c 1 a
3b
5c
a
导通角），就能改
b
2c
4a
6b
变可控硅的整流输
①②③④⑤⑥
u
出电压，从而改变 b) 1
3
5
1
直流伺服电机的转
120°
速。
2
4
6
2
触发脉冲提前， c)
60° 120°
增大整流输出电压；
180°
触发脉冲延后，减 d) 5 1 1 3 3 5 5 1 1
主要内容
n
ΔnN
nN
U aN
n1
U a1
n2
U a2
n02
Φ2
n01
Φ1
n0N
ΦN
U aN>U a1 > U a2
TN
T
O
n2 n1
nN
ΦN>Φ1>Φ2
机电装备伺服系统的设计培训
J
1
J1
J
2
n2 n1
2
J
3
n2 n1
2
J
k
nk nk
2
k j 1
J
j
nj n1
2
电子电器技术培训-机电装备伺服系统的设计培训
13
惯量匹配
（一）等效负载惯量J ，的计算
电子电器技术培训-
2 ．直线运动物体的等效转动惯量
在机电系统中，机械装置不仅有作回转运动的部 分，还有作直线运动的部分。
惯量、容量和速度的匹配
电子电器技术培训-机电装备伺服系统的设计培训
8
电子电器技术培训-
机电装备伺服系统的动力方法设计
一、惯量匹配 二、容量匹配 三、速度匹配 四、伺服电机的选择实例
电子电器技术培训-机电装备伺服系统的设计培训
9
一、惯量匹配
电子电器技术培训-
（一）等效负载惯量J ，的计算
旋转机械与直线运动的机械惯量，
转动惯量虽然是对回转运动提出的概念，但从本质 上说它是表示惯性的一个量，
直线运动也是有惯性的，所以通过适当的变换也可 以借用转动惯量来表示它的惯性．
电子电器技术培训-机电装备伺服系统的设计培训
14
惯量匹配
电子电器技术培训-
（一）等效负载惯量J ，的计算
2 ．直线运动物体的等效转动 惯量
图 表示伺服电机通过丝杠驱动进
20
容量匹配
电子电器技术培训-
在选择伺服电机时．要根据电机的负载大小确定伺服电机 的容量，即使电机的额定转矩与被驱动的机械系统负载相匹配。
若选择容量偏小的电机则可能在工作中出现带不动的现象， 或电机发热严重，导致电机寿命减小。
伺服电机知识培训(工程师培训)
控制绕组
励磁绕组
电气原理图
3 旋转磁场作用下的运行分析
3.1旋转磁场的产生
同时，又假定通入励磁 绕组的电流Uf与通入控
ic Im sint
if Im sint 90
if Ic
制绕组的电流UC相位上
彼此相差900幅值彼此相
等，这样的两个电流称
为两相对称电流，用数
学式表示为
3.1旋转磁场的产生
相互作用产生电磁力，这个电磁力F作用在转子上，并对转轴形
成电磁转矩。根据左手定则，转矩方向与磁铁转动的方向是一 致的，也是顺时针方向。因此，鼠笼转子便在电磁转矩作用下 顺着磁铁旋转的方向转动起来。
3 旋转磁场作用下的运行分析 3.1伺服电机旋转磁场的产生
为了分析方便，先假定 励磁绕组有效匝数Uf与 控制绕组有效匝数UC相 等。这种在空间上互差 900电角度，有效匝数又 相等的两个绕组称为对 称两相绕组。
培训资料
• 名称：伺服电机知识培训（工程师培训） • 所属班组：xx • 汇报人：xx
伺服电机知识培训
一.伺服电机基本知识
伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们
所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。
最常见的伺服是交流永磁同步伺服电机， 伺服电机内部 的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电在定子中形成 变化的电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带 的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进 行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码 器的精度（线数）。最常见的是2500线标准编码器配置的伺 服电机。
表示的是一台两极的电机，即极对数P＝1。对两极电机而言，
电流每变化一个周期，磁场旋转一圈，因而当
伺服系统培训(高端培训)
由于采用单相通电方式工作时，步进电动机 的矩频特性（输出转矩与输入脉冲频率的关系） 较差，在通电换相过程中，转子状态不稳定，容 易失步，因而实际应用中较少采用。
T / N·m
六拍 0.3
0.2 双三拍
0.1 单三拍
0
500
1000
1500 f / Hz
不同通电方式时的矩频特性
左图某三相 反应式步进电动 机在不同通电方 式下工作时的矩 频特性曲线。显 然，采用单双相 轮流通电方式可 使步进电动机在 各种工作频率下 都具有较大的负 载能力。
u
O
t
i
O
t
斩波限流驱动电路波形图
U1 ＋15 V
OT
R4 510
U3
T
VD3 V4
＋100 V
VD2
VD4 VD6
V1
R1
R2
3 k 1 k
R3 1 k
R5 8
V2 VD1
OP
C1 0.01 F U2
R6 8 3 kR7
V3
＋5 V R9 51
＋ － Uref
R8 1 k
W
V5 VD5 VD7
双相通电方式时，称为三相双三拍通电方式。
如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相 通电状态，则这种通电方式称为单双相轮流通电方式。三 相步进电动机采用单双相轮流通电方式时，每个通电循环 中共有六拍，因而又称为三相六拍通电方式。
一般情况下，m相步进电动机可采用单相通电、 双相通电或单双相轮流通电方式工作，对应的通 电方式分别称为m相单m拍、m相双m拍或m相2m拍通 电方式。
逆时针旋转30°
U相通电
V相通电
逆时针旋转30°
T / N·m
六拍 0.3
0.2 双三拍
0.1 单三拍
0
500
1000
1500 f / Hz
不同通电方式时的矩频特性
左图某三相 反应式步进电动 机在不同通电方 式下工作时的矩 频特性曲线。显 然，采用单双相 轮流通电方式可 使步进电动机在 各种工作频率下 都具有较大的负 载能力。
u
O
t
i
O
t
斩波限流驱动电路波形图
U1 ＋15 V
OT
R4 510
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T
VD3 V4
＋100 V
VD2
VD4 VD6
V1
R1
R2
3 k 1 k
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R5 8
V2 VD1
OP
C1 0.01 F U2
R6 8 3 kR7
V3
＋5 V R9 51
＋ － Uref
R8 1 k
W
V5 VD5 VD7
双相通电方式时，称为三相双三拍通电方式。
如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相 通电状态，则这种通电方式称为单双相轮流通电方式。三 相步进电动机采用单双相轮流通电方式时，每个通电循环 中共有六拍，因而又称为三相六拍通电方式。
一般情况下，m相步进电动机可采用单相通电、 双相通电或单双相轮流通电方式工作，对应的通 电方式分别称为m相单m拍、m相双m拍或m相2m拍通 电方式。
逆时针旋转30°
U相通电
V相通电
逆时针旋转30°
伺服系统培训资料
伺服系统的控制模式
伺服的三种控制方式：
1，位置控制：脉冲控制方式，与步进系统类似。 2，速度控制：模拟电压指令，速度与电压值成正比。
3，扭矩控制；模拟电压指令，扭矩与电压值成正比。
伺服系统的控制模式
伺服系统位置环的构成方式
1、在伺服驱动器构成位置闭环
步进方式——“脉冲/方向”信号。
2、在上位控制系统构成位置闭环
伺服系统在使用中的注意事项
2，伺服系统的注意事项
①，电机与驱动器之间的连线U、V、W必须一一对应。 ②，与电机同轴的光电编码器属易碎光学器件，因此切记不能敲击，不 能承受过大的轴向力。 ③，由于伺服系统是恒扭矩驱动单元，因此工作要求电机工作转速较低 时最好加减速器。 ④，伺服电机配线时，动力线缆选择屏蔽线；控制线缆选择双绞屏蔽线 缆，提高抗干扰性能进系统的性能比较
3. 速度响应性能不同
步进电机从静止加速到工作转速（300-400RPM）一般 需200-300毫秒。（空载） 交流伺服系统的加/减速性能较好。 以Panasonic MSMA 400W 为例，从静止加速到额定转 速3000RPM，仅需几毫秒。（空载） 因此，交流伺服系统适合于要求快速启停或频繁正反 转的应用场合。
伺服系统增益调整的方法和意义
2、伺服增益调整
意义：伺服系统更快、更准确地跟随指令，使整体性能最优化。
方法：手动调整、自动调整
七、伺服驱动器电子齿轮的使用方法
伺服驱动器电子齿轮的使用方法
作用：
1，每单位指令脉冲所对应的电机移动量可随意设置。比如让电机 每3000个脉冲电机转2圈。 2，当控制器的最高输出脉冲频率不高时，可设置较小的倍频数， 以达到所需的电机转速。
六、伺服系统增益调整的方法和意义
最完整的伺服培训教程
组成。通过控制电机的电枢电流或励磁电流，实现对电机转速和位置的
高精度控制。
02
优点
直流伺服系统具有调速范围宽、低速性能好、控制精度高等优点。同时
，直流电机具有良好的启动、制动和调速性能，适用于对动态响应要求
高的场合。
03
缺点
直流伺服系统需要使用电刷和换向器，维护较为麻烦，且容易产生火花
干扰。此外，直流电机的体积和重量相对较大，限制了其在某些场合的
2024/1/25
22
安装注意事项和步骤说明
A
环境要求
确保安装环境干燥、通风且温度适宜，避免潮 湿、高温和腐蚀性气体对伺服系统的影响。
安装准备
检查伺服电机、驱动器和编码器等部件是 否完好无损，准备好安装所需的工具和材 料。
B
C
安装步骤
按照厂家提供的安装手册，逐步完成伺服电 机与机械设备的连接、驱动器和编码器的接 线以及控制系统的配置等工作。
熟悉伺服驱动器的功能、参数设 置及调试方法。
伺服系统控制策略
学习伺服系统的控制策略，如位 置控制、速度控制、力矩控制等 。
伺服系统基本原理
伺服系统优化与调试
掌握伺服系统的组成、工作原理 及性能指标等基础知识。
掌握伺服系统性能优化、故障排 查及日常维护等技能。
2024/1/25
31
行业应用前景展望
01
替换法
在怀疑某个部件出现故障时，用正常 的部件进行替换，观察故障是否消除 ，以确定故障点。
2024/1/25
仪器检测法
使用专业的检测仪器对伺服系统的各 个部分进行检测，如电压、电流、转 速等参数，以精确定位故障。
逐步排查法
按照伺服系统的组成部分，从电源、 驱动器、电机、传感器等逐一排查， 逐步缩小故障范围。
ELAU 伺服系统培训资料中文版
Elau 伺服控制系统的组成（总图）
指令/控制部分
网络 人机界面 伺服控制器
驱动部分
பைடு நூலகம்伺服驱动器
执行部分
伺服电机
Elau 伺服控制系统的组成（简图）
Elau Max-4系列伺服控制器
功能: 采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心 实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。
Elau Max-4系列伺服控制器
红灯灭掉，表示没有错误， 红灯快速闪亮表示通讯错误， 红灯慢速闪亮表示一般错误 实时总线错误显示红灯常亮，表示严重错误，
每个MC-4只连接1个下级设备
控制电压
电源接线
光纤通信口输入 直流断路器 电机控制接线 光纤通信口输出
诊断接口
编码器 屏蔽保护接线
机型
IWK450灌装机
N5002灌装机
备件编码 E18CEC0062 E18CED0078 E18CEC0063 E18CEC0064 E18CEF0037 E18CED0081 E18CED0082
扭矩
电压参数 键槽型式
防护型式
冷却型式 线圈型式 防护等级 内部编码器型号 刹车型式 特殊结构
Elau SM/SH系列伺服电机一般故障判断
原因
编码器故障 轴承抱死
故障表现
不能复位 位置错误 不能启动 过载 不能启动
线圈烧坏
失磁 接线错误 刹车故障
外部严重发热
转速慢 跳闸或通讯错误 位置错误（走位）
C600可以再面板上看到的），IP地址在同一段就OK了；
填好后单击下子网掩码， 然后点击确定，就OK了。
谢谢！ 2013-6-12
编写：廖荣章 李维 肖雄军 刘银波 邹旭艳
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通电方式不仅影响步进电动机的矩频特性，对步距
双相通电方式时，称为三相双三拍通电方式。
如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相 通电状态，则这种通电方式称为单双相轮流通电方式。三 相步进电动机采用单双相轮流通电方式时，每个通电循环 中共有六拍，因而又称为三相六拍通电方式。
一般情况下，m相步进电动机可采用单相通电、 双相通电或单双相轮流通电方式工作，对应的通 电方式分别称为m相单m拍、m相双m拍或m相2m拍通 电方式。
半闭环控制
全闭环控制
1.3伺服系统的技术要求
1.系统精度
伺服系统精度指的是输出量复现输入信号要求的精确程 度，以误差的形式表现，可概括为动态误差、稳态误 差和静态误差三个方面组成。
2.稳定性
伺服系统的稳定性是指当作用在系统上的干扰消失以后， 系统能够恢复到原来稳定状态的能力；或者当给系统 一个新的输入指令后，系统达到新的稳定运行状态的 能力。
对象
测量、反馈元 件
图1 伺服系统组成原理框图
1.比较环节
比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比 较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节，通常由专门的
电路或计算机来实现。
2.控制器
控制器通常是计算机或PID控制电路，其主要任务是对比 较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要 求动作。
逆时针旋转30°
U相通电
V相通电
逆时针旋转30°
W相通电
图3-3 步进电动机运动原理图
假设U相绕组首先通电，则转 子上、下两齿被磁场吸住。然后U 相断电，V相通电，则磁极U的磁场 消失，磁极V产生了磁场，磁极V的 磁场把离它最近的另外两齿吸引过 去，停止在V相通电的位置上，这 时转子逆时针转了30°。
工程师培训资料
• 标题：伺服系统培训（高端培训） • 培训人：xx
1 概述
• 1.1伺服系统的结构组成
机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多， 但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般 包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较 环节等五部分。
输入指令
比较
调节
执行
被控
输出量
元件
元件
元件
(2)液压式执行元件先将电能变化成液体压力，并用 电磁阀控制压力油的流向，从而使液压执行元件驱 动执行机构运动。
(3)气压式执行元件与液压式执行元件的原理相同， 只是介质由液体改为气体。
1.2伺服系统的分类
Ø 按控制原理的分类
开环控制：没有检测元件，伺服精度取决 于执行机构和传动部件的精度。
闭环控制：基于反馈控制原理工作。
3.执行环节
执行环节的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式 的能量转化成机械能，驱动被控对象工作。机电一体化系统 中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。
4.被控对象 5.检测环节
1.2伺服系统的分类
按执行元件
执行元件是能量变换元件，其目的是控 制机械执行机构运动。机电一体化伺服系 统要求执行元件具有转动惯量小，输出动 力大，便于控制，可靠性高和安装维护简 便等特点。
3.1.3伺服系统的基本组成形式 • 模拟式、混合式、数字式
3.1.3伺服系统的基本组成形式
• 模拟式、混合式、数字式
2 步进式伺服驱动系统 n步进电机的特点
3.2 步进式伺服驱动系统 n步进电机工作原理
逆时针旋转30°
步进电动机按其工作原理 主要可分为磁电式和反应式两 大类。三相反应式步进电动机 的工作原理如图3-3所示，其 中步进电动机的定子上有6个 齿，其上分别缠有U、V、W三 相绕组，构成三对磁极；转子 上则均匀分布着4个齿。步进 电动机采用直流电源供电。当 U、V、W三相绕组轮流通电时， 通过电磁力的吸引，步进电动 机转子一步一步地旋转。
由于采用单相通电方式工作时，步进电动机 的矩频特性（输出转矩与输入脉冲频率的关系） 较差，在通电换相过程中，转子状态不稳定，容 易失步，因而实际应用中较少采用。
T / N·m
六拍 0.3
0.2 双三拍
0.1 单三拍
0
500
1000
1500 f / Hz
不同通电方式时的矩频特性
左图某三相 反应式步进电动 机在不同通电方 式下工作时的矩 频特性曲线。显 然，采用单双相 轮流通电方式可 使步进电动机在 各种工作频率下 都具有较大的负 载能力。
1.3伺服系统的技术要求
3.响应特性 响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决 定了系统的工作效率。响应速度与许多因素有关，如计 算机的运行速度、运动系统的阻尼和质量等。
4.工作频率 工作频率通常是指系统允许输入信号的频率范围。当工作 频率信号输入时，系统能够按技术要求正常工作；而其 它频率信号输入时，系统不能正常工作。
三相反应式步进电动机
• 步进电动机的通电方式
•
如果步进电动机绕组的每一次通断电操作称为一拍，
每拍中只有一相绕组通电，其余绕组断电，则这种通电方
式称为单相通电方式。三相步进电动机的单相通电方式称
为三相单三拍通电方式。
如果步进电动机通电循环的每拍中都有两相绕组通电，
则这种通电方式称为双相通电方式。三相步进电动机采用
定子各相轮流通电一次，转子转 一个齿。步进电动机绕组按 U→V→W→U→V→W→U…依次轮流 通电，步进电动机转子就一步步地 按逆时针方向旋转。反之，如果步 进电动机按倒序依次使绕组通电， 即U→W→V→U→W→V→U…则步进 电动机将按顺时针方向旋转。
逆时针旋转30°
U相通电
针旋转
步进电动机绕组每次通断 电使转子转过的角度称之为 步距角。为了减少每通电一 次的转角，在转子和定子上 开有很多定分的小齿。其中 定子的三相绕组铁心间有一 定角度的齿差，当U相定子小 齿与转子小齿对正时，V相和 W相定子上的齿则处于错开状 态。真实步进电动机的工作 原理与上同，只是步距角是 小齿距夹角的1/3。
1.2伺服系统的分类
电磁式
电动机 电磁铁及其它
交流(AC)伺服电动机 直流(DC)伺服电动机
执
液压式
行
元
件
气压式
油缸 液压马达 气缸 气压马达
步进电机 其它电机 双金属片
形状记忆合金
其它
与材料有关
压电元件
(1)电磁式执行元件能将电能转化成电磁力，并用电 磁力驱动执行机构运动，如交流电机、直流电机、 力矩电机、步进电机等。