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第四节 交流伺服系统及其控制PPT课件

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交流伺服驱动器原理及调试 ppt课件

交流伺服驱动器原理及调试 ppt课件

3、有足够的传动刚性和高的速度稳定性
在系统负载范围内，
当负载变化时，输出 速度应基本不变。即△F 尽可能小；
当负载突变时，要求 速度的恢复时间短且无振 荡。即△t尽可能短；
F
Fmax
△t △F
t
4、快速响应，无超调
为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高的定 位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟 踪指令信号的响应要快，因为数控系统在启动、制动 时，要求加、减加速度足够大，缩短进给系统的过渡 过程时间，减小轮廓过渡误差。
2. 控制电源类接线：
1）r 、t控制电源接线； 2）I/O接口控制电源接线；
3. 信号指令线
1)指令接口 2)I/O接口 3)反馈检测类接线
伺服系统主回路的接线图
松下伺服驱动器I/F速度控制接线图
松下伺服驱动器I/F位置控制接线图
三洋伺服系统与数控系统连接图
六、 伺服参数
伺服控制是一个比较复杂的过程，参数的使用也相对比 较复杂，一般伺服参数个数少的也有几十个，多的有七、 八百个，修改起来比较麻烦。但是总的来说，伺服参数可 以分成三类。
F
Fmax
tp
t
5. 低速大转矩，过载能力强 一般来说，伺服驱动器具有数分钟甚
至半小时内1.5倍以上的过载能力，在短时间 内可以过载4～6倍而不损坏。
6. 可靠性高 要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、
工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振 动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。
对电机的要求
1、从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要 小，尤其在低速如0.1r/min或更低速时，仍有平稳的 速度而无爬行现象。
输入输出
光电隔离

第4章伺服驱动系统PPT课件

第4章伺服驱动系统PPT课件
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4.1伺服系统概述
(2)闭环伺服系统闭环伺服系统是误差控制随动系统(见图43)。数控机床进给系统的误差，是数控装置输出的位置指令 和机床工作台(或刀架)实际位置的差值。闭环伺服系统需要 有位置检测装置，检测执行元件运动的位置。该装置测出执 行元件实际位移量或实际所处位置，并将测量值反馈给数控 装置，与指令进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。
由于闭环伺服系统是反馈控制，反馈测量装置精度很高，所 以系统传动链误差、环内各元件误差以及运动中造成的误差 都可以得到补偿，从而大大提高厂跟随精度和定位精度。目 前，闭环系统的分辨率多为1um，定位精度可达士0. 01一士0. O5 mm;高精度系统分辨率可达0. 1 um。系统精度只取决于测 量装置的制造精度和安装精度。
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4.1伺服系统概述
4.按使用直流伺服电动机和交流伺服电动机分类 (1)直流伺服系统直流伺服系统常用的伺服电动机有小惯量直
流伺服电动机和永磁直流伺服电动机(也称为大惯量宽调速直 流伺服电动机)。小惯量直流伺服电动机最大限度地减少了电 动机的转动惯量，所以能获得最好的快速性，在早期的数控 机床上应用较多，现在也有应用。小惯量直流伺服电动机一 般都设计成有高的额定转速和低的转动惯量，应用时要经过 中间机械传动(如齿轮副)才能与}}r杠相连接。 永磁直流伺服电动机能在较大过载转矩下长时间工作，并且 电动机的转子惯量较大，能直接与}}r杠相连而不需要中间传 动装置。此外，它还有一个特点是可在低速下运转，如能在1 r/min甚至0.1r/min下平稳地运转。因此，这种直流伺服系统 在数控机床上获得厂广泛的应用，20世纪70年代至80年代中 期，在数控机床上的应用占绝对统治地位。至今，仍有许多 数控机床上使用这种电动机直流伺服系统。永磁直流伺服电 动机的缺点是有电刷，限制r转速的提高(一般额定转速为1 000-1 500r/min )，而且结构复杂，价格较贵。

伺服电机及其控制原理PPT课件

伺服电机及其控制原理PPT课件

9
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换成机械能， 驱动被控对象工作。
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10
CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
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被控对象
被控对象是指被控制的机构或装置，是 直接完成系统目的的主体。被控对象一 般包括传动系统、执行装置和负载。
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4
CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
4
输入量
控制操作
输出量
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CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
输入量
反馈环
控制操作
测量
5
输出量
5
1.2 伺服系统组成
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。
在实际的伺服控制系统中，上述每个环 节在硬件特征上并不成立，可能几个环 节在一个硬件中，如测速直流电机既是 执行元件又是检测元件。
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13
CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
13
1.3 伺服系统分类
伺服系统可分为三类
开环伺服控制系统 半闭环伺服控制系统 闭环伺服控制系统
§3 伺服控制器 3.1 伺服控制器概述 3.2 伺服控制器原理 3.3 松下伺服控制器介绍 3.4 松下伺服控制器常用设置应用 3.5 松下伺服控制器故障分析和处理
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2
CONFIDENTIAL NOT FOR DISTRIBUTION
2
1.1 伺服概述

伺服驱动ppt

伺服驱动ppt

① 调速范围宽，在大的速度范围内运转 稳定。
一般要求速比可达1:10000，最低稳
定运转速度nmin≤0.1r/min。
② 负载特性硬，抗扰动能力强。
能保证切削过程中受负载冲击时速度
不变，尤其在低速时，应有足够的负载能力。
第4章 伺服驱动系统
③ 反应速度快。
一般要求，伺服响应时间为几十毫秒，
箱、 滚珠丝杠驱动工作台运动， 其运动
的位移量与指令脉冲数成正比， 运动速
度与脉冲的频率成正比。
第4章 伺服驱动系统
4.2.1 步进电动机
步进电动机的特点
步进电动机是一种将电脉冲信号
转换成相应角位移的机电执行元件。给
一个电脉冲信号，步进电动机就回转一
个固定的角度，称为一步，所以称为步
进电动机。由于其转动角度由脉冲个数
第4章 伺服驱动系统
其主要缺点如下： （1）使用不当时，会引起 “失步”或
“过冲”。 （2）运转时有振动和噪音。 （3）额定转速较低，最高频率一般不超
过18kHz。
第4章 伺服驱动系统
2. 步进电动机的分类
（1） 反应式步进电动机
反应式步进电机的定子和转子由硅
钢片或其他软磁材料制成，定子上有励磁绕
荡现象。且其快速性好，动态精度高，传动机构的非线性
因素对系统的影响小。因此被广泛采用。但如果传动机构
的误差过大或其误差不稳定，则数控系统难以补偿。如由
传动机构的扭曲变形所引起的弹性间隙，因其与负载力矩
有关，故无法补偿。由制造与安装所引起的重复定位误差
以及由于环境温度与丝杠温度变化所引起的丝杠螺距误差
指令脉冲 环形 分配器
步进电动机
步进电动机 功率放大器

交流伺服电机的机械特性及控制方式PPT

交流伺服电机的机械特性及控制方式PPT
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。
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

交流伺服驱动器原理及调试PPT培训课件

交流伺服驱动器原理及调试PPT培训课件
交流伺服驱动器在自动化生产线中通 常用于控制机床、装配机械、包装机 械等设备的运动部分，实现精确的位 置控制和速度控制。
在机器人领域的应用
01
机器人需要具备高度灵活性和精 确性的运动能力，交流伺服驱动 器能够满足这些要求，从而提高 机器人的工作性能。
02
交流伺服驱动器在机器人领域中 通常用于控制机器人的关节、手 臂、行走等部分的运动，实现精 确的姿态控制和轨迹跟踪。
在故障。
听诊法
仔细听驱动器运行时的声音， 判断是否存在异常响动或噪音
。
触摸法
通过触摸驱动器的外壳，感受 其温度和振动情况，判断是否
存在异常。
替换法
用正常工作的部件替换可能存 在故障的部件，以确定故障部
位。
驱动器的寿命与可靠性
寿命预测
预防性维护
根据驱动器的使用情况和维护状况， 预测其使用寿命，提前进行更换或维 修。
调试步骤与方法
初始参数设置
速度控制调试
根据设备实际情况，对交流伺服驱动器的 参数进行初始设置，如电机型号、控制模 式等。
调整速度控制环的参数，测试电机的转速 和响应，确保电机能够按照指令要求进
调整位置控制环的参数，测试电机的定位 精度和跟随性能，确保电机能够准确跟踪 指令位置。
02
交流伺服驱动器的调试
调试前的准备工作
01
02
03
了解设备参数
熟悉交流伺服驱动器的规 格、性能参数以及控制要 求，以便更好地进行调试。
检查硬件连接
确保交流伺服驱动器与电 机、编码器等设备的连接 正确、牢固，无短路或断 路现象。
准备调试工具
准备必要的调试工具，如 示波器、万用表、螺丝刀 等，以便在调试过程中进 行测量和调整。

交流伺服驱动ppt课件

交流伺服驱动ppt课件
伺服连接－输入输出(I/O)接口
HSV系列伺服有六种输出信号：
①伺服使能
②报警清除 ③偏差计数器清零
④指令脉冲禁止 ⑤CCW驱动禁止 ⑥CW驱动禁止
集电极开路输出；
低电平有效。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
动
力 电
S
源T
整 流 器
控 AC220V
制 电
AC220V
开关电源
源
指 令 信 号
直流 P
制动 N
控制平台
交流
逆
U
变 器
V
电
W
机
PG
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
交流伺服驱动器系统电气原理结构图
伺服连接－位置控制方式
脉冲输入接口的两种驱动方式比较：
差分驱动方式的抗干扰能力强于单端驱动方式，推荐 使用，尤其是在信号电缆较长时；
采用单端驱动方式，会使动作频率降低。
根据脉冲量输入电路，驱动电流10～15mA，限定外部
电源最大电压25V的条件，确定电阻R的数值。
经验数据：VCC=24V，R=1.3~2k； VCC=12V，R=510～820Ω； VCC=5V， R=82~120Ω 。
HSV系列伺服产品的发展
模拟、数字混合型 交流伺服驱动
HSV-9型伺服
(三相220V输入)
全数字型交流伺服、主轴驱动器系列
HSV-16型伺服 (三相220V输入, 集成开关电源)

《交流伺服电动机》PPT课件

《交流伺服电动机》PPT课件

此时时 •
•
I k jk I j
•
•
Ek
j Ej
•
•
Uk
jU j
k
k
绕组电压大小与绕组匝数成正比。
Uk 1 Wk
U kW
j
j
两相绕组产生圆形旋转磁场时，加在定子上的
电压分别定义为额定激磁电压Ù jn和额定控制 电状Wj=压 态WÙ。k 时kn ，，并称Uj两n =相U交kn 流伺服电动U机j~Ij 处j于j1E2 j 对称A来自AAB C
D
C
D
B
2. 利用三相电源的任意两相线电压
三相电源三个线电压的位差120°,为了方
便，直接取任意两相线电压使用,若加上系统中 其它元件的相位移,这时加在电动机定子绕组上
的两个电压接近90°的相位差。
RRj
2
j
sR
堵转点（启动点）：
n=0 ，s = 1 ，T=T
o
Td
不同转子电阻特性
Tmax T
d Td
Z
RW
RU
2 j
rR
2W
2
j
s
(
x2 R
r2 R
)
机械特性仿真
为使交流伺服电动机转速从0~ns整个运行
范围内都保证其工作的稳定性，其机械特性在整 个范围内都是下垂的，要具有这样的下垂特性，
交流伺服电动机要有足够大的转子电阻，使sm>1。
是，在实际工作中经常是单相或三相电源，极少
有相移90o的两相电源，这就需要想法使现有的电
源改变成具有相移的两相电源，以满足交流伺服
电动机的需要。
1. 利用三相电源的相电压和线电压构成90°的移相

交流伺服电机的工作原理PPT课件

交流伺服电机的工作原理PPT课件
第25页/共67页
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的 结构和工作原理。
三相反应式步进电动机的原理结构图如下：
转子
IA
A
IC C
定子内圆周 定子 均匀分布着六个
磁极，磁极上有
励磁绕组，每两
个相对的绕组组
IB
成一相。采用Y B 连接，转子有四
个齿。
第26页/共67页
1.工作原理 由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因
第7页/共67页
交流伺服电动机的特点：不仅要求它在静止状 态下，能服从控制信号的命令而转动，而且要求在 电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停 转。
但如果交流伺服电动机的参数选择和一般单相 异步电动机相似，电动机一经转动，即使控制等于 零，电动机仍继续转动，电动机失去控制，这种现 象称为“自转”。
由机械特性可知：
n=f(T)曲线(U1=常数)
(1) 一定负载转矩下，当磁通不变时，U2 n。
(2) U2=0时，电机立即停转。 电动机反转：改变电枢电压的极性，电动机反转。
第14页/共67页
应用： 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常
应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控 制等。
直流伺服电机输出功率一般为1-600W。
加在控制绕组上的控制电压大小变化时，其 产生的旋转磁场的椭圆度不同，从而产生的电磁 转矩也不同，从而改变电动机的转速。
交流伺服电动机n 的机械特性如图所示。
o
不同控制电压下的机械特性曲线
T
n=f(T), U1=常数
第11页/共67页
在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的 下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时， 电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。

交流电机伺服.ppt

交流电机伺服.ppt
在这个端子中还有许多输出限制功能端子和一些输出信号，在这不做过多赘述，一个 基本的速度控制环只需接以上给出的一部分端子。
机械工程实验中心
实验原理
内容二：松下伺服驱动器接线及操作说明
4、编码器反馈接线（CN SIG）端子：该端子即可接增量式码盘， 其具体接法可以参见驱动器说明书。以增量式码盘为例，它只需 接三相脉冲信号、RX、RX/和电源(+5V)。
交流电动机伺服控制实验
机械工程实验中心
实验目的
1. 了解交流伺服调速系统的组成，掌握调速 和稳速的方法；
2. 通过实验认识交流伺服电机的调速特性；
机械工程实验中心
实验器材和设备
EM400交流伺服系统及其配套仪器、仪表 松下交流伺服电机及其控制器
机械工程实验中心
实验理
内容一：交流伺服控制原理
iw I M sin( 240 )
当三相电流获得后送入电流调节器同反馈回来的电流信号进行比较运算后 经PWM调制后到驱动电路，最后驱动伺服电动机工作。除了这些基本结构 外，电路中还加入了故障处理和保护环节，如过压、欠压、过流、断相及 电动机过热等硬件检测及保护电路。一旦出现故障将通知CPU并封锁输出。
为了提高速度调节品质，现在的驱动器大都采用了以下两项关键技术： 一是在速度解码器中采用M／T测速方法，即在电动机高速运转时，通过 记录单位时间内的脉冲个数来实现速度测量，而在电动机低速运转时，通 过记录两脉冲之间的时间长短来实现速度测量。这样无论是在高速或低速 时都能很准确的测定电动机的转速。二是数字调节器算法中采用先进的滑 模算法，这种算法根据电动机在高速和低速运行状态上的不同特性，分别 给定不同的PID调节参数，使各阶段的参数都能到优化。这样就使电动机 在低速运行时平稳性好，高速时跟随误差小。

伺服系统的控制方式ppt课件

伺服系统的控制方式ppt课件
5
机电一体化技术
运动控制系统安装调试与运行
（a） 位置控制的目标
FA设备中的“定位”是指工件或工具（钻头、铣刀）等以合适的速度 向着目标位置移动，并高精度地停止在目标位置。这样的控制称为“定 位控制”。可以说伺服系统主要用来实现这种“定位控制”的目的。
定位置控制的要求是“始终正确地监视电机的旋转状态”，为了达到 此目的而使用检测伺服电机旋转状态的编码器。而且，为了使其具有迅速 跟踪指令的能力，伺服电机选用体现电机动力性能的起动转矩大而电机本 身惯性小的专用电机。
9
机电一体化技术
运动控制系统安装调试与运行
伺服系统的速度控制特点：可实现“精细、速度范围宽、速度波动小”的运行。
(a) 软起动、软停止功能：可调整加减速运动中的加速 度（速度变化率），避免加速、减速时的冲击。 (b) 速度控制范围宽：可进行从微速到高速的宽范围的 速度控制。（1：1000～5000左右）速度控制范围内 为恒转矩特性。 (c) 速度变化率小：即使负载有变化，也可进行小速度 波动的运行。
6
机电一体化技术
运动控制系统安装调试与运行
(b) 位置控制基本特点
伺服系统的位置控制基本特点如下所述。 机械的移动量与指令脉冲的总数成正比。 机械的速度与指令脉冲串的速度（脉冲频率）成正比。 最终在±1个脉冲的范围内定位即完成，此后只要不改变
位置指令，则始终保持在该位置。（伺服锁定功能）
因此，伺服系统中的位置精度由以下各项决定。 伺服电机每转1圈机械的移动量 伺服电机每转1圈编码器输出的脉冲数 机械系统中的间隙（松动）等误差
7
2、速度控制模式
8
机电一体化技术
运动控制系统安装调试与运行
目标速度变化时，也可快速响应。即使负载变 化，也可最大限度地缩小与目标速度的差异。能 实现在宽广的速度范围内连续运行。

【优选】交流伺服电动机及其驱动PPT资料

【优选】交流伺服电动机及其驱动PPT资料

④、旋转磁场的转速（称为同步转速）：
3）原理： 60 f rm为与定子铁心相对应的等效电阻；
1
n r2，X2为转子绕组的电阻和漏抗；
0
2 Xm为与主磁通相对应的铁心电路的电抗；
转4）子应绕用组：：专用鼠的笼变式4频；）技术应，无用级调：速专。 用的变频技术，无级调速。
交5转)变流子频电 绕调机组速（：器不鼠装管笼置是式(同V；F步D还) 为需是异调了步）节保的定转持速子调受电供速源电频时率电电的制压动约，，机因即而的调要最速较求大为对困转难交矩。 流不电变动，机需供要电维的持变磁频通器恒(V定FD：)
2）电气旋转磁场：三相对称的交流绕组通入三相对称的交流电 流时会在电机的气隙空间产生。· 两种旋转磁场尽管产生的机理
不相同，但在交流绕组中形成的电磁感应效果是一样的。
▪ 交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产生感应电势。
通常三相交流电机的定子都有对称的三相绕组。任意一相绕组通 以交流电流时产生的是脉振磁场。但若以平衡的三相电流通入三 相对称绕组，就会产生一个在空间旋转的磁场。
▪ 关键是解决对交流电动机的控制和驱动 ▪ 气隙磁场难于直接检验，可以用转子的位置和速度的等效控
制（矢量控制）来代替
▪ 矢量控制是交流伺服系统的关键，可以利用微处理器和微型 计算机数控对交流电动机作磁场的矢量控制，从而获得对交 流电动机的最佳控制。
▪ 矢量控制原理：
矢量控制：同时控制电动机输入电流I1的幅值和相位以 得到交流电动机的最佳控制。
总结：
▪ 交流电机主要包括异步电机和同步电机两大类；两类电机在结构 上既具有共同之处，又各有其自身特点。
▪ 共同之处在于定子铁心和绕组，不同之处在于转子结构和绕组。
▪ 旋转磁场：交流电机工作的基础；是电能和机械能之间互相转换 的基本条件；在交流电机理论中有两种旋转磁场：

第四节 交流伺服系统及其控制

第四节 交流伺服系统及其控制
f pn
大小： E 0
60 4 . 4 4 fN 1 k w 1 0
波形：由e B ( x ) lv 可知，波 B 形取决于( x ) 的空间分布。
相序：由转子的转向决定。
发电机的物理过 程可用图示表示
U1 W2

n
N

V2

S

V1


U2
W1
旋转示意图1 旋转示意图2
项目二 进给伺服驱动系统
转子
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
返回
返回
1、汽轮发电机结构 （1）定子铁心
返回
返回
1、汽 轮发电 机结构
返回
2、水轮发电机结构
(1)立式水轮发电机 (2)卧式水轮发电机
2、水轮发电机结构转子结构
10000kW水轮机转子
1.发电环节——各种电机
引进600MW汽轮发电机
2、工作原理
I—连续工作区：转矩和速度的任意组合都可以 长时间工作，转矩基本不变，电机工作在恒转矩 区。 II—断续工作区：电机只能够间歇工作。一般情 况指在10分钟的工作周期内，电机有20%~40% 的时间在工作。 III—加减速区：电机只能用于加速或减速，工 作一段极短的时间。
4．120o方波交流电流工作的无刷直流电动机
主电路

V T1 V T3 V T5
波形图
T TA TB
0
TC
iA
A V D
1
a)

V D
3
V D
5
Ud
V T4 V T6 V T2
iB
B
区域

交流伺服动控制系统课件

交流伺服动控制系统课件

1.4 现代交流伺服运动控制技术
数字化、高精度、高速度、高性能是交流伺服运 动控制系统的发展方向，主要表现在： 1、利用迅速发展的电子和计算机技术，增强软件 控制功能，排除模拟电路的误差及温度漂移等因素的 影响，采用最优控制、自适应控制 2、开发高精度、快速检测元件 3、开发高性能伺服电机 4、控制理论在伺服运动控制系统中的实现和应用
主讲：曾理湛、陈学东
数字制造装备与技术国家重点实验室 电话:13297015665 Email:zenglizhan@
本课程的任务： 了解交流伺服运动控制系统的检测技术 及选型 掌握永磁同步电动机交流伺服运动控制 系统的建模、控制系统设计及仿真方法 了解多种现代交流伺服运动控制技术 了解交流伺服运动控制系统的实际应用
2 “交流伺服运动控制”定义 交流伺服运动控制是以电力电子为基础、 以交流电机为控制对象、以自动控制理论为指导、 以电子技术和微处理器控制及计算机辅助设计为 手段,并与检测技术和数据通信技术相结合,将预 定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动 , 实现机械运动精确的位置控制（速度控制、转矩） 的控制。
1.4 课程内容安排、学习方法
机电一体化产品质量和技术水平的高低，已是当今世界衡 量一个国家实力和国际地位的重要标志。高等学校应培养基础 扎实、知识面宽、能力强、素质高，具有创新精神和实践能力 的“机电复合型”人才，使学生掌握机、电、液、计算机等综 合控制系统的技术。
课程体系：
数控技术 电类《电机与运动控制系统》 交流伺服运动控制系统 微机原理及接口、工程控制基础、机电传动控制
1.2 交流伺服运动控制的发展
4 交流电机调速技术的发展
（1）20世纪20年代人们就认识到了，但当时直至本世纪 50年代中期，一直几乎无法实现。 （2）20世纪50年代中期，晶闸管研制成功，不仅开创了 电力电子技术的新时代，同时也带来交流电机控制技术发 展的一个大飞跃。 （3） 20世纪70年代发展起来的矢量控制理论带交流电机 控制技术的革命，使交流电机的控制性能在理论上和直流 电机相当。 （4） 20世纪80年代的直接转矩控制方法，也对交流电机 控制技术发展发展起来推动作用。
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II—断续工作区：电机只能够间歇工作。一般情 况指在10分钟的工作周期内，电机有20%~40% 的时间在工作。
III—加减速区：电机只能用于加速或减速，工 作一段极短的时间。

4．120o方波交流电流工作的无刷直流电动机
主电路
波形图
T
TA
TB
TC
V T1
V T3
V T5
iA
a)
A
0
VD1
VD3
VD5
导通 上 管下
1 6
1 2
3 2
iA
f)
e
eB
eC
0
eA
t
①②
③ ④⑤
BC
BA
CA
CB
AB
3
3
5
5
1
2
4
4
6
6
t
t
BA
CA
CB
AB
CB
3
5
5
1
1
4
4
6
6
2
t
0 0 时 ，T1 T3 换 流 时 刻 0 6 0 时 ，T1 T3 换 流 时 刻
9.4 同步电动机交-交自控式变频调速系统 （交流无换向器电机）
a)
0
S f Sf
Ff
KFS FR sin s KF f FR sin f
输出的平 均转矩
b)
④ ⑤ ⑥① ② ③④⑤
T
T BC
c)0 0 0
T d ) 0 60 0
T 0
e) 0 120
TBC TBC
T
f ) 0 180 0 T BC
BC相 导 通 0 0 的 位 置 t
A
if
+
构成
F AC
Ff
a
①
F AB
~
工作原理
②
⑥
VT0 B
VT4 VT6 VT2
C
N
定子磁势
F BC
X
n b
③
F BA
A
T
F CB
S
⑤
c
④
F CA
直流无换向器电机
FS
FR
控制器
BQ
T KFS F f sin sf
矩角特性
T
TCB T AB T AC
TBC TBA TCA TCB T AB
所有谐波都是参与了正常的工作。
c)
TA
t
总输出转矩是其基波分量与所有谐
波分量共同努力的结果。
d)
T
t
应采用正确的测量方法。
5．自控式变频的概念
“自控式”变频—— n 决定 f
“它控式”变频—— f 决定
9.3 同步电动机交-直-交自控式变频调速系统
（直流无换向器电机）
VR
Ld
VT
VT1 VT3 VT5
国产200MW汽轮发电机定子
国产200MW汽轮发电机定子铁心
现场运行的水轮发电机
同步电机的基本工作原理与结构
同步电机的基本工作原理与分类
一、同步发电机的基本工作原理
励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁
场，原动机拖动转子以转速 n旋转时，其
磁场切割定子绕组而感应交流电动势 E 0.
频率： f p n 60
全数字式伺服系统 CNC系统与伺服驱动之间传递的信息包括：位置、速度、
扭矩等，伺服驱动装置可独立完成位置控制。
学习总结
A
13 5
13 5
13 5
if
+
I
III
V
~
电抗器
B
IV
VI
II
C
46 2
46 2
46 2
••••••
控制器
BQ
转子转动时的实际情形
I2
E2s r2jx2s
sE2 r2js2x
四、 T形等效电路
等效机械负载的附加电阻
各参数的物理意义：
定子铁耗的等效电阻
定子绕组的电阻r1、漏抗x1
对应主磁通的励磁电抗
Ud
iB
V T4
V T6
V T2
B
VD4
VD6
VD2
区域号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ① ② ③
C a)
上1 1 3 3 5 5 1 1 3
导通管
下6 2 2 4 4 6 6 2 2
由位置信号（区域号）决定导通管，
iA
这就是“自控式”变频
t
输出的电流是120o
b)
iB
t
的方波交流电流
ic
t
每个谐波都能得到有用的转矩。
转子绕组归算后的电阻r’2、漏抗x’2
图5-19 简化等效电路
U 1
jX1 I1
R 2 s
I 2 I 2
jX2 I2
E 1 R1 I1
I 1
I2
I m
1
E 2
伺服电机选择
• 负载转矩选择伺服电机 • 根据负载惯量选择伺服电机 • 快速移动时的最大转矩 • 电机加减速时的转矩
项目二 进给伺服驱动系统
电磁转矩T
n
同步电机的基本工作原理与结构
同步电机的基本结构
以汽轮发电机为例:
定子铁心：硅钢片叠成。 定子(电枢) 电枢绕组：三相对称绕组——铜线制成
机座：钢板焊接面成，有足够的强度和钢度。
转子
转子铁心：采用整块的含铬、镍和钼的合金钢锻成 励磁绕组：铜线制成 护环：保护励磁绕组受离心力时不甩出 中心环：支持护环，阻止励磁绕组轴向移动 滑环：引励磁电流经电刷、滑环进入励磁绕组
t t
t
逆变器晶闸管的换流
高速时依靠反电势换流 低速用“电流断续法”换流
无换向器电机换流时刻示意图
eA
Id
V T1
A
ik
eA
V T3 B
eB
C V T2
a)
b)
位置码 ④
⑤
⑥
导 通 相 CB AB
AC
c) 0 0 导通 上 5
1
1
管下
6
6
2
d)
iA iB
导 通 相 AB
AC
BC
e) 0 60
项目二 进给伺服驱动系统
单元二 交流伺服驱动系统
一、交流伺服驱动系统的组成
一般闭环伺服系统的结构是一个三环结构系统，外环 是位置环，中环是速度环，内环为电流环。
CNC 位置调节
速度调节
电流调节 转换驱动
M
工作台
电流反馈
G
速度反馈
位置反馈
项目二 进给伺服驱动系统
二、闭环位置控制的实现
插补程序输出ΔX，新的指令位置X+ΔX与计数器中的 实际位置XF进行比较，其差值经增益放大，并由D/A转换为 模拟电压，使工作台向误差减小的方向移动。
插补结果
+ 新指令位置
-
Kc
CNC
接口电路
数模转换
计数器
接受电路
控制软件框图
异步电动机的转动原理
转动原理 定子三相绕组通入三相交流电
vA n0
Y NZ
F
旋转磁场
n0
60f1 p
(转/分 ）C
F
S
B
方向:顺时针
X
切割转子导体 Blv
右手定则
感应电动势 E20
感应电流 I2 旋转磁场
Bli
左手定则
电磁力F
大小： E04.44fN 1kw10
波形：由e B( x可)l知v ，波形取决 于 的B空( x间) 分布。
相序：由转子的转向决定。
发电机的物理过 程可用图示表示
U1
•
W2 •
N
n
•
S
V1
U2
• V2
W1
旋转示意图1 旋转示意图2
项目二 进给伺服驱动系统
2、工作原理
I—连续工作区：转矩和速度的任意组合都可以 长时间工作，转矩基本不变，电机工作在恒转矩 区。
转子
C A
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
返回
返回
1、汽轮发电机结构 （1）定子铁心
返回
返回
1、汽 轮发电 机结构
返回
2、水轮发电机结构
(1)立式水轮发电机
(2)卧式水轮发电机
2、水轮发电机结构转子结构
10000kW水轮机转子
1.发电环节——各种电机 引进600MW汽轮发电机
国产300MW汽轮发电机