伺服电机控制技术(工程师培训)
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。
伺服系统培训(高端培训)
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°
步进电机伺服电机和驱动控制技能培训文稿
步进电机伺服电机及驱动控制技能培训文稿南京步进电机厂技术部（2015V2.0）现在已经进入机器人时代，中国的机器人产量将会占据全球产量的三分之一至多。
普及数字化运动控制知识，迫在眉睫。
鉴于网络上许多鱼龙混杂的“知识点”“讲座”“问答”等等，导致更多技术人员处于技术恍惚之中。
我厂技术部，在接待众多技术咨询中的若干难点问题归纳如下（涉及军事技术机密内容，已经屏蔽处理），从生产应用实践经验得出的解释，供大家分享。
★步进电机和伺服电机，都是是能够接受数字信号控制的将电能转化为机械动能的数字化电机。
广泛应用“机器人”、自动化设备的精密定位控制。
其位移是通过脉冲信号数量控制的，转速是通过脉冲频率控制的。
伺服电机属于闭环控制的电机，必须采集电机旋转轴的编码器信号，才能够实现控制。
与此相反的，是步进电机，这种电机能够实现开环控制。
通常伺服电机，不是说“容量”，而是说功率。
步进电机不说“功率”，而是“保持转矩”。
伺服电机率能够做的很小，也可以做得非常大，甚至几十或者几百千瓦。
“通常在30瓦以下”的说法是错误的。
步进电机，混合式最小为20BYG系列的，永磁式电机最小有几毫米直径的。
混合式步进电机，是最常用的一种。
最大混合式步进电机保持转矩50Nm，例如130BYG350B。
混合式步进电机，如果再做大，从能效比考量不太适宜，使用效果，也不是那么满意。
★步进电机最大的优点就是能够实现开环控制，不许过载，线圈不会轻易烧毁。
而伺服电机允许过载3倍左右运行，长期过载运行，极易烧毁线圈。
★开环控制，结构简单，成本低廉。
相对而言，步进电机和驱动器全套价格只有伺服电机和驱动器全套价格大约一半左右。
★步进电机和伺服电机控制的精度，从长度单位来看，都能够达到0.001毫米的精度。
两者的运动控制精度都能够到达预期的设计。
但是，步进电机和驱动器的选型配置不合理，将会导致，控制精度的下降。
★通常步进电机不是从功率角度选型，主要看步进电机的保持转矩（绝大多数应用场合可以忽略定位转矩的参数）。
《变频与伺服控制技术》职业培训典型项目建设方案
《变频与伺服控制技术》职业培训典型项目建设方案《变频与伺服控制技术》是电气自动化技术专业针对电气设备生产、安装、调试与维护的要求等关键岗位，经过对企业岗位典型工作任务的调研和分析后，归纳总结出来的为适应自动化电气设备制造、运用、调试、检修和维护等能力要求而设置的一门培训课程。
《变频与伺服控制技术》培训课程通过与变频调速系统相关的实际项目学习，增强学生对专•业变频自动化知识运用的认识，让他们熟练掌握主流变频器的功能、结构和原理，熟悉变频调速系统的调试、使用和维护，从而满足企业对相应岗位的职业能力需求。
通过培训课程的学习培养学生具有选择、使用、维护常用变频器及变频调速系统方面的岗位职业能力，初步形成分析、解决实际问题的能力，养成良好的职业道德，为适应专业岗位能力打下坚实的基础。
一、培训目标1.知识目标（1）了解交流电动机的调速原理，变频器的基本结构、调速方式及特点：（2）了解变频器的基本原理、变频调速的特点。
（3）掌握变频器的操作方式，变频器参数的设置步骤，理解变频器的功能及参数预置。
（4）理解变频器的接口电路方式和原理；（5）熟悉变频器的安装、调试及抗干扰措施。
（6）掌握变频器常用控制电路原理、设计及调试维护。
（7）了解伺服驱动电机及伺服系统的构成；2.能力目标（1）具有借助变频器用户手册等工具书查阅有关数据，进行变频器的参数预置的能力。
（2）能够正确识别变频器面板功能按键及区域，熟练使用面板操作。
（3）能够正确连接变频器主电路和控制电路，设计PLC与变频器接口电路。
（4）能够根据变频器的不同控制方式，进行变频器参数设置，实现变频器对交流电动机的多种方式的调速控制。
（5）能够完成简单PLC与变频器系统的硬件设计、参数设置及调试运行。
（6）初步具备变频器的安装、调试及故障判断的能力。
（7）能够进行伺服系统的初步设计与调试。
（8）逐步具备根据客户要求，提出合理的技术方案，合理预算成本，保证系统质量，组织生产工作、沟通能力。
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。
伺服电机培训A5培训
第二增益
刚性大
Pr1.05第二位置环 ↑
Pr1.06第二速度环 ↑
Pr1.07第二积分
↓
Pr1.09第二转矩滤波 ↓
↑
——
——
↑
刚性小 ↓ ↓ ↑ ↑ ↓ —— —— ↓
伺服电机培训A5培训
2.速度控制的基本参数调节
参数号 Pr0.01 Pr3.02 Pr3.03 Pr4.22 Pr0.11
参考值
参考值 0
备注 控制方式选择，固定为“0”
用户指定 电机旋转方向，0或1 用户指定 脉冲方式，具体由电气工程师选
用户指定 用户指定
择 在反馈的时候设定 脉冲当量
伺服电机培训A5培训
1.1位置控制的基本参数调节
。
第一增益 Pr1.00位置环 Pr1.01速度环 Pr1.02积分常数 Pr1.04转矩滤波器 Pr1.10速度前馈 Pr0.04惯量比 Pr0.02自动调整 Pr0.03自动刚性
↑
↓
伺服电机培训A5培训
4、伺服刚性的基本调节
伺服电机的刚性，实际是伺服系统的增益大小 但是可以从下面两方面来理解： 1.系统跟随指令的一个指标 2.系统抗干扰能力的一个指标
伺服电机培训A5培训
4.1伺服电机刚性的基本调节
伺服电机刚性，首先需要确定的第一个参数是：Pr0.04
通过这个方式还不能满足要求的，就要使用Panaterm软件进行调节
伺服电机培训A5培训
2020/11/4
伺服电机我们所说的基本调节就是要确定下 面几个方面的问题： 控制方式（一共有三种） ●位置控制 ●速度控制 ●转矩控制
伺服电机培训A5培训
1.位置控制的基本参数调节
参数号 Pr0.01 Pr0.06 Pr0.07
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。
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3.2伺服电机旋转磁场的方向
励磁绕组
控制绕组
3.2伺服电机旋转磁场的方向
励磁绕组
控制绕组
3.3 伺服电机旋转磁场的速度
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
1 概述 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
1 概述
1.5伺服电动机典型生产厂家
德国西门子，产品外形有：
伺服电机
伺服电机驱动器
1 概述
1.5伺服电动机典型生产厂家
美国科尔摩根，产品外形有：
伺服电机
伺服电机驱动器
1 概述
1.5伺服电动机典型生产厂家
日本松下及安川，产品外形有：
电气原理图
2 伺服电机基本结构及原理
2、 转子
(1) 笼型转子 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 伺服电机基本结构及原理
(2) 杯型转子纲
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 伺服电机基本结构及原理
伺服电动机分为：
1、交流伺服电动机 2、直流伺服电动机
1 概述
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。
1 概述
1.3伺服电机与普通电机相比具有如下特点
(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。
4.2 零信号时的机械特性和无“自转”现象
4.2 零信号时的机械特性和无“自转”现象
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。
2 伺服电机基本结构及原理
3 旋转磁场作用下的运行分析
4 伺服电机的机械特性及控制方式
5 交流伺服电机的应用 6 伺服电机选择及主要性能指标
目的
了解伺服电机基本结构，掌握其工作原理、运 行特性及其特点、应用场合，以求正确选用和使用 它们。
伺服电机
1.1 什么叫伺服电1机概述
伺服电动机也称为执行电动机，在控制系统 中用作执行元件，将电信号转换为轴上的转角或 转速，以带动控制对象。
n0= 24000 r／min
旋转磁f
n0
(r / s) p
(r / min) p
4.伺服电机的机械特性及控制方式
4.1伺服电机的机械特性
4.2 零信号时的机械特性和无“自转”现象
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。
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
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。
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。
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
2.2 转动原理
2 三相异步电动机的转动原理 2.2 转动原理
2 三相异步电动机的转动原理
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。
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
内容
由于我们是从事工厂自动控制方面的设备维修、 维护管理技术人员，主要是合理地选择和正确使用各 种控制电机，因此本次讲座着重阐述伺服电机的基本 结构、工作原理、工作特性和使用方法。具体内容如 下： 1 概述
松下交流伺服电机及驱动器
安川伺服电机驱动器
2 伺服电机基本结构及原理
驱动器
交流伺服 电机器
交流伺服电机系统
2 伺服电机基本结构及原理
2.1 结构
交流电机
交流电机电 源线
编码器
编码器信号 输出线
2 伺服电机基本结构及原理
1.2.1 结构
交流电机
机械负载轴
减速齿轮
2 伺服电机基本结构及原理
2.1 结构
转
子
由定子和转子二
大部分组成
1、定子
由铁心和线圈组成
_
+_
+
e e e e 励磁绕组
控制绕组
+
_+
_
定子 壳体
•U1
U2
励磁电压
•U1
U2
控制电压
1.2 伺服电机基本结构及原理
1.2.1 结构
由定子和转子二大部分组成
1、定子
由铁心和线圈组成
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