伺服电机控制技术(工程师培训)
工程师必备的伺服电机3种控制方式
工程师必备的伺服电机3种控制方式
伺服电机速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制，位置控制是通过发脉冲来控制。
具体采用什幺控制方式要根据客户的要求以及满足何种运动功能来选择。
接下来，给大家介绍伺服电机的三种控制方式。
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。
伺服系统培训课程设计
伺服系统培训课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解伺服系统的基本概念，掌握其工作原理和组成结构。
2. 学生能掌握伺服系统中关键参数的计算方法，如转速、扭矩、精度等。
3. 学生了解不同类型伺服系统的特点及其适用场合。
技能目标：1. 学生能运用所学知识分析和解决实际伺服系统应用中的问题。
2. 学生具备设计简单伺服系统的能力，能根据需求选择合适的组件并进行调试。
3. 学生能熟练使用相关工具和设备进行伺服系统的安装、调试和维护。
情感态度价值观目标：1. 培养学生关注工程技术发展的意识，激发对伺服系统及其应用的兴趣。
2. 培养学生严谨、细致、负责的工作态度，增强团队协作和沟通能力。
3. 培养学生具备安全意识，遵循相关操作规程，确保伺服系统应用的安全可靠。
本课程针对高年级学生，结合学科特点，注重理论与实践相结合，以实际应用为导向。
课程目标旨在使学生掌握伺服系统的基础知识，具备实际操作和问题解决能力，同时培养良好的职业素养和安全意识。
通过课程学习，为学生未来在自动化、机器人等相关领域的发展奠定基础。
二、教学内容1. 伺服系统概述：介绍伺服系统的基本概念、发展历程、应用领域及发展趋势。
- 教材章节：第一章 伺服系统概述- 内容列举：伺服系统的定义、分类、工作原理。
2. 伺服系统组成与原理：分析伺服系统的组成结构，讲解各部分功能及相互关系。
- 教材章节：第二章 伺服系统的组成与原理- 内容列举：驱动器、执行器、反馈元件、控制器等组成部分及其工作原理。
3. 伺服系统关键参数计算：学习伺服系统中转速、扭矩、精度等关键参数的计算方法。
- 教材章节：第三章 伺服系统关键参数计算- 内容列举：转速与扭矩的计算、精度分析、系统稳定性分析。
4. 伺服系统类型及特点：介绍不同类型伺服系统的特点、优缺点及适用场合。
- 教材章节：第四章 伺服系统类型及特点- 内容列举：步进伺服系统、交流伺服系统、直流伺服系统等。
5. 伺服系统应用与案例分析：分析伺服系统在实际应用中的案例，提高学生的问题解决能力。
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
伺服控制系统工程师(高科技板块)岗位职责
伺服控制系统工程师（高科技板块）岗位职责
伺服控制系统工程师（高科技板块）是负责设计和开发伺服控制系统的专业人员。
其职责主要包括：
1. 负责伺服控制系统的设计与开发，包括伺服电机、驱动器、编码器、控制器等的选型、参数调试及程序编写等工作；
2. 开展系统测试、调试、验证和优化，确保系统性能达到设计要求，包括运动控制精度、速度响应、稳定性等指标；
3. 负责独立开展系统故障排查与维修，解决系统运行中出现的问题，确保系统的稳定运行；
4. 参与项目组的技术研究、方案讨论和技术攻关，为产品技术发展提供专业支持；
5. 完成系统设计文档及测试报告的编写，提供系统设计的技术支持和培训。
以上是伺服控制系统工程师（高科技板块）的主要职责。
为了胜任这个职位，需要具备以下技能和能力：
1. 掌握电气控制原理、运动控制、伺服控制器等相关知识；
2. 具备较强的电路设计及调试能力，熟悉电路仿真软件（如Altium Designer, EAGLE等）的使用；
3. 熟练掌握C/C++等编程语言及运用，具备嵌入式系统开发经验；
4. 具备较强的项目管理和沟通能力，能够快速适应项目开发的多变环境；
5. 具备一定的英语阅读、写作和口语能力，能够阅读和理解相关技术文献和国际标准。
综上所述，伺服控制系统工程师（高科技板块）是一项技术性颇高的岗位，需要较高的学习经验和实践经验，同时需要具有比较强的团队协作和沟通能力。
在这个领域成长，需要不断学习新的技术和知识，掌握最新的电气控制和运动控制技术，提高自身技能和竞争力。
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
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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。
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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。
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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。
交流伺服电机的机械特性及控制方式PPT
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。
励磁绕组 控制绕组
电气原理图
ic I m sin t
if I m sin t 90
if Ic
南京埃斯顿 太仓东元
国内重要伺服系统生产企业
5、卧龙电气集团股份有限公司 公司，前身是成立于1995年的浙江 卧龙集团电机工业有限公司。1998 年变更设立为浙江卧龙电机股份有 限公司。
6、北京和利时电机技术有限公 司，位于江苏省苏州市太仓市浏河 镇闸南工业区。
卧龙电气
北京和利时
国外重要伺服系统生产企业 产品进入我国市场的国外重要伺服系统生产企业有：
(1)调速范围宽广。伺服电动机的转速随着控制电 压改变，能在宽广的范围内连续调节。 (2)转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转。 (3)控制功率小，过载能力强，可靠性好。
1.4 伺服电机在自控制系统中的典型应用
其它场合的应用
国内重要伺服系统生产企业
1、广州数控设备有限公司公司，创 建于1991年，位于广州市罗冲围螺涌北 路一街7号。
C B
A
伺服电动机的机械特性
设电机的负载阻转矩为TL，控制电压 0.25UC时,电机在特性点A运行，转速为na，这 时电机产生的转矩与负载阻转矩相平衡。当 控制电压升高到0.5UC时，电机产生的转矩就 随之增加C，由于电机的转子及其负载存在着 惯性，转速不能瞬时改变，因此电机就要瞬 时地在特性点C运行，这时电机产生的转矩大 于负载阻转矩，电机就加速，一直增加到nb， 电机就在B点运行。
德国西门子伺服电机 安川伺服电机驱动器
伺服系统培训课件
出；使能信号与否接通；冷却润滑条件与 否满足；电磁制动与否释放；驱动单元故 障；伺服电动机故障 位置误差—系统设置旳允差过小；伺服增益 设置不妥；位置检测装置有污染；进给传 动链累积误差过大；主轴箱垂直运动时平 衡装置不稳
第二节 进给伺服系统
• 漂移—当指令值为零时，坐标轴仍移动从 而导致位置误差。通过漂移赔偿和驱动单 元上旳零速调整来消除
第二节 进给伺服系统
一、常见进给驱动系统 1.直流进给驱动系统 FANUC企业直流进给驱动系统
小惯量L、中惯量M系列直流伺服电动机 采用PWM速度控制单元 大惯量H系列直流伺服电动机，采用晶闸 管速度控制单元 均有过速、过流、过载等多种保护功能
第二节 进给伺服系统
一、常见进给驱动系统 1.直流进给驱动系统 SIEMENS企业直流进给驱动系统
• 回参照点故障—有找不到和找不准参照点 两种故障，前者重要是回参照点减速开关 产生旳信号或零标志脉冲信号失效所致， 可用示波器检测信号；后者是参照点开关 挡快位置设置不妥引起，只要重新调整即 可
第三节 位置检测装置
• 位置环是外环，其指令脉冲来自NC经插补 运算（包括对伺服系统位置和速度旳规定）
一、位置检测装置旳维护 4.旋转变压器 输出电压与转子旳角位移有固定旳函数关
• 位置环是伺服系统中重要旳一环，检测元 件旳精度直接影响机床旳位置精度（闭环 常用光栅，半闭环常用编码器）
• 故障形式是在CRT上显示报警号和信息 • 轮廓误差、静态误差监视报警和测量装
置监控报警
第三节 位置检测装置
第三节 位置检测装置
一、位置检测装置旳维护 1.光栅 透射光栅与反射光栅 光栅输出信号：二个相位和一种零标志 维护注意点
伺服控制技术自学手册
伺服控制技术自学手册
《伺服控制技术自学手册》是一本全面介绍伺服控制技术的书籍。
它涵盖了伺服电机及其驱动的基本概念、结构特点、测试/实验方法、选型技术等内容。
以下是该手册的部分内容概述：
1. 伺服电机及其驱动的基本概念：介绍了伺服系统的定义、组成和工作原理，以及伺服电机的种类和特点。
2. 伺服电机的结构特点：详细介绍了永磁同步电机、异步电机、直接驱动电机等不同类型的伺服电机的结构和工作原理。
3. 伺服电机的测试与实验：提供了伺服电机的性能测试、动态特性实验和温度特性实验等方面的指导。
4. 伺服电机的选型技术：根据实际应用需求，介绍了如何选择合适的伺服电机及其驱动器。
5. 位置测量系统的基本原理：阐述了位置测量系统在伺服控制系统中的重要性，以及常用位置测量方法的原理和应用。
6. 伺服控制技术的应用特点：结合实际案例，介绍了伺服控制技术在机械加工、机器人、包装机械等领域的应用特点和优势。
7. 基于PLC的PROFIBUS-DP控制技术的系统组态编程：对于使用PLC进行伺服控制的读者，提供了基于PROFIBUS-DP控制技术的系统组态编程方法和实例。
此外，手册还涉及伺服控制系统的变流装置、逆变电路、PID调节器等核心组件，以及伺服驱动器的电磁兼容性（EMC）和环境测试等方面的知识。
总之，《伺服控制技术自学手册》是一本全面介绍伺服控制技术的书籍，适合自动化、机械电子等相关专业的读者学习使用，也可作为伺服控制系统研发和应用工程师的参考手册。
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(1)调速范围宽广。伺服电动机的转速随着控制电 压改变，能在宽广的范围内连续调节。 (2)转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转。 (3)控制功率小，过载能力强，可靠性好。
1.4伺服电机在自控制系统中的典型应用
其它场合的应用
伺服电机
伺服电机驱动器
伺服电机
伺服电机驱动器
松下交流伺服电机及驱动器
培训资料
• 名称：伺服电机控制技术（工程师培训） • 所属班组：xx • 汇报人：xx
伺服电机驱动器
伺服电机
1、交流伺服电动机 2、直流伺服电动机
1.2伺服电机最大特点
在有控制信号输入时，伺服电动机就转动；没 有控制信号输入，它就停止转动。改变控制电压的 大小和相位(或极性)就可改变伺服电动机的转速和 转向。
旋转磁场转速为的一般表达式为
n0
f (r / s) 60 f
p
p
(r / min)
对于伺服电动机，还有一条很重要的机械特性，这就是零信号时的机械特性，
所谓零信号，就是控制电压UC＝0，这时磁场是脉振磁场，它可以分解为幅值相等、 转向相反的两个圆形旋转磁场，其作用可以想象为有两对相同大小的磁铁N—S和 N—S在空间以相反方向旋转。
结论：改变控制电压的大小，就实 现了转速的控制
5V
安装在电机后端，其转盘（光栅）与电机同轴。
5V
编码器 部分
0V
0V
伺服电机控制精度取决于编码器精度。
编码器
1、主要功能
（1）根据给定信号输出与 此成正比的控制电压UC；
（2）接收编码器的速度和 位置信号；
（3）I/O信号接口
2、外部组成
电机电源输入输出接 线端子
路 数据信号
Pulse 0/1
使能信号
DO 21/22
P9-0/2
驱 控制
电压
动
电机
轴号 N SIG
交流伺服电机系统使用
1 、设置参数
方法一 联接计算机使用软件 设置
方法二 直接在驱动器面板 按钮设置
1 、设置参数 方法一、使用计算机设置参数
1、启动软件 2、修改参数NO.19=000E (允许参数改写)
励磁绕组 控制绕组
电气原理图
ic I m sin t
if I m sin t 90
if Ic
控制绕组 励磁绕组
UF1
UC1
UC2
UF2
当两相对称电流通入两相对称绕组时，在电机内就产生一个旋转磁场。当电流变化 一个周期时，旋转磁场在空间转了一圈。
励磁绕组 控制绕组
励磁绕组 控制绕组
4、原理框图
L1 L2 L3
r t P B1 B2
LED面板
报警信号 脉冲指令 速度指令 转矩指令
脉冲输出
+5V +/-12V
门激励电源 编码器电源
8888888
序列控制器
操作人员接口
参数控制
A/D 16位
位置误差计数器
放大器
位置
外
速度
内 内速度指令
器功 率 放 大
误差检出 EEPROM
门激励
PWM 电路
旋转磁场的转速决定于定子绕组极对数和电源的频率。图所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
电源频率f＝400 Hs，即每秒变化400个周期时，磁场每秒应当转400圈，故对两极电 机，即P＝1而言，旋转磁场转速为
n0= 24000 r／min
保护电路
速度检出
速度误差 位置/速度 放大器
转矩
电流控制 转矩限位
处理编码器信号
M
RE
A/D
交流伺服电机系统应用
交流伺服电机系统结构
连接AC220V
I/O板
交流伺服电机驱动器
图 2-2 交流伺服电机系统接线示意图
交流伺服电机系统应用
交流伺服电机系统结构
PC机
运动控制器
速度信号 DAC 0/1
I/O 电
安川伺服电机驱动器
驱动器
交流伺服 电机器
交流伺服电机系统
2.1 结构
交流电机
编码器
交流电机电 源线
编码器信号 输出线
1.2.1 结构
交流电机
机械负载轴 减速齿轮
转 定子 子
励磁绕组
控制绕组
壳体
励磁电压
控制电压
转定 子子
壳 体
励磁绕组
控制绕组
控制绕组与励磁绕组 相差900
电气原理图
2、 转子
当电阻已增大到使临界转差率＞1的程度时，合成转矩曲线与横轴相交仅有一点(S＝1 处)，而且在电机运行范围内，合成转矩均为负值，即为制动转矩。因而当控制电压 UC取消变为单相运行时，电机就立刻产生制动转矩，与负载阻转矩一起促使电机迅速 停转，这样就不会产生自转现象。
C B
A
伺服电动机的机械特性
设电机的负载阻转矩为TL，控制电压 0.25UC时,电机在特性点A运行，转速为na，这 时电机产生的转矩与负载阻转矩相平衡。当 控制电压升高到0.5UC时，电机产生的转矩就 随之增加C，由于电机的转子及其负载存在着 惯性，转速不能瞬时改变，因此电机就要瞬 时地在特性点C运行，这时电机产生的转矩大 于负载阻转矩，电机就加速，一直增加到nb， 电机就在B点运行。
数码显示窗口 参数设置键
计算机RS232口 I/O信号接口
编码器信号接口
3、控制模式
（1）位置控制模式——最大输入脉冲频率500KPPS （微分接收器）和200KPPS（用于开路收集器）
（2）速度控制模式—— 模拟速度指令输入：0～ ±10V/额定转速
（3）力矩控制模式——模拟力矩指令输入：0～ ±10V/最大力矩
(1) 转子 铁芯槽内放铜条,端
部用短路环形成一体, 或铸铝形成转子绕组。
转 定子 子
壳体
笼型转子
铸铝的笼型转子
(2) 杯 转子纲
薄壁园筒形，放于内外定 子之间。一般壁厚为0.3mm
转 定子 子
壳体
杯型转子
2.2 转动原理
2.2 转动原理
2.2 转动原理
当磁铁旋转时，在空间形成一个旋转磁场。假设永久磁铁是顺时纠方向以n0的转速 旋转，那末它的磁力线也就以顺时针方向切割转子导条，在转子导条中就产生感应电 势。根据右手定则，N极下导条的感应电势方向垂直地从纸面出来。而S极下导条的感 应电势方向垂直地进入纸面。由于鼠笼转子的导条都是通过短路环连接起来的，因此 在感应电势的作用下，在转子导条中就会有电流流过，电流有功分量的方向和感应电 势方向相同。再根据通电导体在磁场中受力原理，转子载流导条又要与磁场相互作用 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。