PC运动控制板卡交流伺服控制系统

第一章伺服系统概述伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。

在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确地尾随输入量的变化，因此又称之为随动系统或者自动跟踪系统。

机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。

近年来，随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及机电创造工艺水平的逐步提高，伺服技术已迎来了新的发展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步机电、感应电机为伺服机电的新一代交流伺服系统。

目前，伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用，而且在许多高科技领域，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路创造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性创造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。

1.1 伺服系统的基本概念1.1.1 伺服系统的定义“伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行住手。

伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵便方便的控制。

1.1.2 伺服系统的组成伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。

它由检测部份、误差放大部份、部份及被控对象组成。

1.1.3 伺服系统性能的基本要求1 )精度高。

伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。

2 )稳定性好。

稳定是指系统在给定输入或者外界干扰的作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。

3 )快速响应。

响应速度是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。

4)调速范围宽。

调速范围是指生产机械要求机电能提供的最高转速和最低转速之比。

5 )低速大转矩。

在伺服控制系统中，通常要求在低速时为恒转矩控制，电机能够提供较大的输出转矩；在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。

伺服控制系统的4种控制方式导语：伺服控制系统的3种控制方式，速度控制和转矩控制，位置控制。

伺服控制系统的3种控制方式，速度控制和转矩控制，位置控制基础知识一、伺服系统组成（自上而下）控制器：plc，变频器，运动控制卡等其他控制设备，也称为上位机；伺服驱动器：沟通上位机和伺服电机，作用类似于变频器作用于普通交流马达。

伺服电机：执行设备，接受来自驱动器的控制信号；机械设备：将伺服电机的圆周运动（或直线电机的直线运动）转换成所需要的运动形式；各类传感器和继电器：检测工业控制环境下的各种信号送给上位机或驱动器做为某些动作的判断标准。

二、伺服控制方式三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。

速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。

▶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，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。

对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。

如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。

如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么做。

一般说驱动器控制的好坏，有个比较直观的比较方式，叫响应带宽。

当转矩控制或速度控制时，通过脉冲发生器给它一个方波信号，使电机不断的正转、反转，不断的调高频率，示波器上显示的是个扫频信号，当包络线的顶点到达最高值的70.7%时，表示已经失步，此时频率的高低，就能说明控制的好坏了，一般电流环能做到1000HZ 以上，而速度环只能做到几十赫兹。

交流伺服控制器工作原理交流伺服控制器是现代工业自动化中常用的一种关键设备，它在机械装备和自动化生产线中起着控制、调节和运动控制等重要作用。

其工作原理涉及到电子技术、控制理论、传感器技术等多个方面，下面将从几个方面介绍交流伺服控制器的工作原理。

一、控制原理交流伺服控制器的工作原理基于控制系统理论，其主要目的是根据输入的控制信号，通过反馈回路控制输出的位置、速度或力矩等运动参数。

控制信号一般由PLC（可编程逻辑控制器）、DSP（数字信号处理器）等设备提供，而反馈回路则通过传感器获取被控对象的运动状态，并将反馈信号送回控制器进行比较，从而形成闭环控制。

这种控制原理可以保证被控对象在运动过程中能够快速、精准地达到设定的位置或角度。

二、电机驱动交流伺服控制器通常搭配交流伺服电机一起使用，电机驱动是其工作原理的关键环节之一。

交流伺服电机通常由转子、定子和编码器等部件组成，通过与控制器配套的驱动器将控制信号转换为电流信号，从而驱动电机旋转。

控制器根据编码器的反馈信号来调整输出电流的大小和方向，实现精确、平滑的运动控制。

一些高性能的伺服控制器还利用磁场定位原理来实现更为精密的位置控制，提高系统的动态响应性能。

三、信号处理交流伺服控制器中的信号处理模块起着至关重要的作用，它通过对输入信号进行采样、滤波、放大和数字化处理等操作，将输出信号传递给电机驱动器，并处理来自传感器的反馈信号，以确保系统的稳定性和精度。

信号处理模块还能实现通信接口功能，通过现代通信技术与上位机或其它控制设备进行数据交换和远程监控。

四、软件控制随着科技的不断发展，交流伺服控制器中的软件控制技术日益成熟。

控制器内置了各种运动控制算法和实时操作系统，能够实现复杂的运动路径规划、动态参数调整和运动轨迹的优化控制。

在软件控制方面的不断创新，为交流伺服控制器带来了更高的控制精度和响应速度，使其在精密加工、医疗器械、机器人等领域得到了广泛的应用。

交流伺服控制器的工作原理涉及到电子技术、控制理论和传感器技术等多个领域。

伺服电机与伺服控制系统原理全伺服电机是一种能够在给定的位置和速度范围内精确控制旋转或线性运动的电机。

它通常由电机本体、编码器和伺服控制器组成。

伺服控制系统则是用来控制伺服电机运动的系统，包括传感器、运动控制器和执行器等。

一、伺服电机的原理伺服电机的主要原理是通过反馈控制来实现精确位置和速度的控制。

伺服电机的控制系统通常由三个主要组件组成，分别是电机本体、编码器和伺服控制器。

1.电机本体：伺服电机通常采用带有内部电脑的电机，可以通过传感器测量其位置和速度。

它具有高速、高精度和高效率等特点。

2.编码器：编码器是一种用来测量电机位置和速度的传感器。

它通常安装在电机的轴上，并通过光电、磁电或电容等方式来检测旋转的位置和速度。

3.伺服控制器：伺服控制器是控制伺服电机运动的关键组件，它接收由编码器测量的位置和速度信息，并根据预定的控制算法计算出驱动电机的控制信号。

控制信号通过控制电流或电压来控制电机转动。

二、伺服控制系统的原理伺服控制系统的主要原理是通过对伺服电机进行闭环控制来实现运动的精确控制。

闭环控制系统由传感器、运动控制器和执行器组成。

1.传感器：传感器用于测量伺服电机的位置和速度，反馈给运动控制器。

传感器通常是编码器，通过检测电机的位置和速度来提供准确的反馈信号。

2.运动控制器：运动控制器接收传感器的反馈信号，并根据控制算法计算出控制信号。

控制信号传输给执行器驱动，以实现对伺服电机位置和速度的控制。

3.执行器：执行器是伺服电机的驱动器，它接收来自运动控制器的控制信号，并转化为适当的驱动电流或电压，以驱动电机转动。

伺服控制系统的工作原理是不断比较期望位置和实际位置之间的差距，并调整控制信号，使得它们尽可能接近。

控制器根据编码器反馈的位置和速度信息，计算出一个修正量，并将其与设定值进行对比。

然后，该修正值将被发送到执行器，以调整电机的转动。

由于伺服电机采用了闭环控制，可以有效地解决电机在负载变化、摩擦和惯性等方面的不确定性。

交流伺服系统的优缺点随着自动化技术的不断发展，传统的机械式控制方式已经不能满足今天高速、高精度的工艺和生产需求。

作为先进的控制技术之一，交流伺服系统被广泛应用于机械控制领域。

在过去几十年的应用实践中，交流伺服系统已经得到了长足的发展和完善，它的优点和缺点也逐渐显现出来。

一、交流伺服系统的优点1. 高精度性能交流伺服系统有着出色的控制精度和位置重复性。

它可以在稳态和瞬态工况下保持高精度的运动控制，满足各种工艺、生产和装配的要求。

2. 快速响应性交流伺服系统具有快速响应的能力，它可以在瞬间调整机器的控制位置，响应速度很快。

这样可以保证机器在运动过程中的稳定性和准确性。

3. 安全可靠交流伺服系统可以采用多种检测方法来确保系统的安全可靠性。

例如采用编码器和霍尔传感器等来实现闭环反馈控制。

这样可以确保系统能够实时监测机器的运动状态，避免系统故障和损坏。

4. 节能环保交流伺服系统具有较高的效率，采用节能环保的驱动和控制方式，可以有效地降低能源消耗和废气排放，从而减少对环境的污染和影响。

二、交流伺服系统的缺点1. 成本较高交流伺服系统的成本比传统的控制系统要高得多，这是由于需要较高的技术和配套的软硬件设备。

同时，系统的修理和更新也需要投入大量的时间和费用。

2. 软件编程门槛较高交流伺服系统的编程和调试需要专业人员具备较高的技术能力和水平，而且软件系统常常需要定制化开发。

这对于一些小型企业或个人用户来说较为困难和复杂。

3. 对供电电源的要求较高交流伺服系统对供电电源的要求比较高，一些恶劣的工作环境会影响系统的正常运行，同时也增加了系统故障的风险。

4. 可靠性问题由于交流伺服系统采用了较多的电子元件，工作环境相对恶劣时，系统故障率有所上升，需要加强预防措施。

总结：交流伺服系统优点明显，是传统机械控制方式的先进替代品，可以极大提升生产效率和生产质量。

但同时也有缺点，一些高昂的成本、技术编程门槛和供电稳定等问题，需要系统的用户在应用前进行全面的了解和规划。

运动控制卡通常是采用专业的运动控制芯片或高速DSP来满足一系列运动控制需求的控制单元，其可通过PCI、PC104等总线接口安装到PC和工业PC上，可与步进和伺服驱动器连接，驱动步进和伺服电机，组成高精度位置系统或者调速系统，可与电脑主机组成主从式。

控制结构：电脑主机负责人机界面的管理和其他管理工作，而运动控制卡负责运动控制方面的所有细节。

运动控制卡用户通过厂家提供的动态链接库可方便快速开发出自己需要的运动控制功能。

1、初始化参数在接线之前，先初始化参数。

在控制卡上：选好控制方式；将PID参数清零；让控制卡上电时默认使能信号关闭；将此状态保存，确保控制卡再次上电时即为此状态。

在伺服电机上：设置控制方式；设置使能由外部控制；编码器信号输出的齿轮比；设置控制信号与电机转速的比例关系。

一般来说，建议使伺服工作中的最大设计转速对应9V的控制电压。

比如，某伺服电机是设置1V电压对应的转速，出厂值为500，如果你只准备让电机在1000转以下工作，那么，将这个参数设置为111。

2、接线将控制卡断电，连接控制卡与伺服之间的信号线。

以下的线是必须要接的：控制卡的模拟量输出线、使能信号线、伺服输出的编码器信号线。

复查接线没有错误后，电机和控制卡（以及PC）上电。

此时电机应该不动，而且可以用外力轻松转动，如果不是这样，检查使能信号的设置与接线。

用外力转动电机，检查控制卡是否可以正确检测到电机位置的变化，否则检查编码器信号的接线和设置。

3、试方向对于一个闭环控制系统，如果反馈信号的方向不正确，后果肯定是灾难性的。

通过控制卡打开伺服的使能信号。

这是伺服应该以一个较低的速度转动，这就是传说中的“零漂”。

一般控制卡上都会有抑制零漂的指令或参数。

使用这个指令或参数，看电机的转速和方向是否可以通过这个指令（参数）控制。

如果不能控制，检查模拟量接线及控制方式的参数设置。

确认给出正数，电机正转，编码器计数增加；给出负数，电机反转转，编码器计数减小。

基于PLC的伺服系统的运动控制系统设计本文没有目录。

II引言本文介绍了一个运动控制系统，该系统可以实现对伺服电机的精确控制。

该系统由安装台面、XY伺服轴和旋转工作盘三部分组成。

通过个人计算机与PLC通讯输入运行程序，设定运行参数后，QD75P2系统模块控制伺服放大器的输出，之后伺服放大器给伺服电机输出信号，伺服电机反馈信号到伺服放大器，从而驱动跟踪圆盘上的磁珠转动。

III运动控制系统运动控制(nControl)通常是指在复杂条件下,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、速度控制加速度控制、转矩或力的控制。

电气运动控制是由电力拖动发展而来的,电力拖动或电气传动是对以电动机为对象的控制系统的通称。

从电力拖动开始,经历四十多年的发展过程,现代运动控制已成为一个以控制理论为基础，涵盖电机技术、电力电子技术、微电子技术、传感器检测技术、信息处理技术、自动控制技术、微计算机技术和计算机仿真和辅助制造技术等许多学科,且多种不同学科交叉应用的控制技术。

IV运动控制系统的构建该系统由两工位运动控制系统组成：2套伺服放大器及伺服电机、QD75系统模块、变频器、三菱可编程序控制器、触摸屏等组成。

构建“PLC+伺服放大器+伺服电机+触摸屏”的运动控制系统。

运动控制系统多种多样,但从基本结构上看,一个典型的现代运动控制系统的硬件主要由上位计算机、运动控制器、功率驱动装置、电动机、执行机构和传感器反馈检测装置等部分组成。

其中的运动控制器是指以中央逻辑控制单元为核心,以传感器为信号敏感元件,以电机或动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置。

它的主要任务是根据运动控制的逻辑、数学运算,为电机或其它动力和执行装置提供正确的控制信号。

V系统组成安装台面、XY伺服轴、旋转工作盘三大部分构成了运动控制模型。

图中上端为XY十字工作台（伺服电机控制），考虑到机械强度的问题，Y轴有两个平行轴固定，其中左侧的为主动驱动轴，右侧为从动轴；X轴平面装有霍尔传感器；上方为旋转工作台，工作盘由交流电机（电机的速度由变频器控制）带着转动工作时，在工作盘放入磁钢，当工作盘转动时，X轴上部安装的传感器须一直能够对应到磁钢（XY轴随动，传感器保持检测到磁钢而不脱开）。

伺服电机控制系统简介伺服电机控制系统是一种能够精确控制转速、位置和加速度等参数的电机控制系统。

它广泛应用于机器人、数控机床、自动化生产线等高精度设备中。

伺服电机控制系统采用了闭环反馈控制原理，通过传感器测量运动参数并与设定值进行比较，控制电机输出的电流、电压和转动角度等。

组成部分伺服电机控制系统主要由以下几个部分组成：电机部分伺服电机是控制系统的核心部分，它能够将电能转换成机械能，实现运动控制。

伺服电机通常采用直流无刷电机或交流电机，输出转矩和角速度等参数。

为了实现更高的精度，通常还配备了编码器，可以精确测量电机角度和转速。

控制器控制器是伺服电机控制系统的大脑，它通过处理运动参数、误差反馈等信息，控制电机输出的电流和电压等参数。

控制器通常采用数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）等芯片，拥有高效的计算能力和精确的定时能力。

传感器传感器是控制系统的感知器，能够测量运动参数、温度等未知参数，并将其转换为电信号反馈给控制器。

传感器包括位置传感器、加速度传感器、温度传感器等，在控制系统中起到非常重要的作用。

软件伺服电机控制系统需要运行软件来实现各项功能，包括速度控制、位置控制、加速度控制、误差检测等功能。

软件通常由厂家提供，也可以由用户自行开发，运行在控制器上。

工作原理伺服电机控制系统采用闭环反馈控制原理，具体工作流程如下：1.传感器测量电机转速、位置等参数，并将数据反馈到控制器。

2.控制器计算当前误差值，并根据预设的控制算法输出电机的电流、电压和转角度等参数。

3.电机根据控制器输出的参数进行转动，同时传感器测量电机实际转速、位置等参数，并将数据反馈给控制器。

4.控制器根据电机反馈的数据重新调整输出参数，并不断迭代，直到误差值达到设定范围。

应用场景伺服电机控制系统广泛应用于各种高精度设备中，例如：1.机器人：机器人需要精确控制关节运动参数，使用伺服电机可以实现高精度控制，提高机器人运动效率和精度。