Harbin Institute of Technology
运动控制课程作业
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日 期： 作业1： 阅读世界知名伺服驱动厂商的电机驱动器用户手册，分析其产品所设立的各种功能及其应用环境，完成不少于2000字的分析报告。（推荐的部分厂商：ABB, Siemens, Lenze, KEB, Panasonic，Fuji，Yaskawa…….）
伺服控制系统由：运动控制器、伺服控制器、PWM放大器、伺服电机、负载、反馈处理器等几部分构成。其中伺服控制器、PWM放大器、反馈处理器三部分功能由电机驱动器来完成。伺服控制器可以采用FPGA作为主控芯片，反馈处理器可以选择DSP来实现数据处理，PWM电路则实现了电机控制。伺服电机一般选用感应交流伺服电机、永磁交流伺服电机、直流伺服电机等，一般内含位置反馈装置如光电编码器、旋转变压器等。
典型伺服控制系统组成图
一般伺服都有三种控制方式：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。
1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm；如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小， 也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。 应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。
一路脉冲 伺服 同步 负载
一路脉冲，伺服，同步和负载是与运动控制相关的术语。以下是对每个术语的简要解释：
- 一路脉冲（Step Pulse）：在步进电机或驱动器系统中，一路脉冲是指通过控制信号发送给驱动器来控制步进电机转动的脉冲信号。每个脉冲触发步进电机执行一个步进动作。
- 伺服（Servo）：在运动控制领域，伺服通常指伺服电机系统，它使用反馈机制来控制电机的位置、速度和加速度。伺服系统中的位置传感器将实际位置信息反馈给控制器，从而实现精确的位置控制。
- 同步（Synchronization）：在运动控制中，同步表示多个轴或设备之间的协调运动。通过确保各个轴或设备之间的时间关系和位置关系匹配，可以实现复杂的多轴运动控制，例如机械臂和多轴协同工作。
- 负载（Load）：负载指施加在机械系统上的力或重量。在运动控制中，负载是指受控制的运动系统所承受的外部力或负荷。对于伺服系统，了解和考虑负载是非常重要的，以确保电机能够承受所需的负载，并保持稳定的运动性能。
这些术语在运动控制领域中经常使用，用于描述和控制不同类型的运动系统。
—— 电气工程学院
运动控制期末作业
姓 名
学 号 P
学 院 电气工程学院
专业班级 07级电气工程及其自动化2班
指导教师 刁 晨
西北民族大学 电气工程学院
2
运动控制系统总结及其在生活中的运用
姓名： 班级：07电气(2)班 学号：
任课教师：刁晨
一、运动控制系统产生的历史背景
运动控制起源于早期的伺服控制 (Servomechanism) “伺服” (Servo)
一词最早出现在 1873 年法国工程师 Jean Joseph Leon Farcot 的一本书 Le
Servo-Motor on Moteur Asservi。该书中Farcot 描述了在轮船引擎上由蒸汽驱动的伺服马达的工作原理H. Hazen完成了伺服控制理论的基础研究。其结果发表在1934年9月的 Franklin Institute 杂志上。他设计的直流伺服电机在
1932年的芝加哥世界博览会上出现。1940年G.S. Brown 在 MIT 创立了世界第一个伺服机构实验室 (Servomechanisms Laboratory)。MIT Servomechanisms
Laboratory 的研究人员在 G.S. Brown的领导下研制出了世界上第一台数控铣
床 (1952)，随后他们又研究开展APT以及计算机辅助设计的研究工作(1952-1969)。1958年Kearney & Trecker 开发了NC加工中心同年日本富士通和牧野FRAICE公司开发成功NC铣床1961年G. Devol研制成功世界第一台机器人。随后被称为机器人之父的 G.T. Engeleberger 将其商业化，成立了世界第一家机器人公司Unimation，1968年，日本Kawasaki公司从 Unimation 买进技术。目前 Yaskawa 公司已成为世界最大机器人公司。机器人技术体现了运动控制和驱动
1 / 35 第3章 交流伺服运动控制系统
模型及仿真分析
PMSM（三相永磁同步电机，permanent magnet Synchronous motor）
PMSM位置伺服系统具有位置环、速度环和电流环三闭环结构，电流环和速度环作为系统的内环，位置环为系统外环。
本章介绍交流伺服运动控制的体系结构及组成。
基于PMSM及其驱动器为核心的伺服运动控制系统，建立其数学模型并进行仿真分析。
从分析影响电流环性能的因素着手，提出了PMSM位置伺服系统电流环综合设计方案。
速度环的设计分别采用PI控制和变结构控制，
位置环的设计采用变结构控制。滑模变结构控制可以提高系统的响应速度、实现定位无超调、改善对负载扰动的鲁棒性和对参数变化的鲁棒性。
仿真模块基于MATLAB/Simulink和Powerlib模块库搭建起来的。
3.1 永磁同步电动机交流伺服运动控制系统
交流伺服电动机---工厂自动化(FA)中广泛应用。
永磁同步电动机交流伺服运动控制系统的组成
图3-1 交流伺服运动控制系统的集中控制结构
伺服系统：驱动部分的伺服电机及其驱动器,外加编码器构成通常所说的伺服系统
伺服运动控制系统：除了驱动部分以外，还包括操作软件、控制部分、检测元件、传动机构和机械本体，各部件协调完成特定的运动轨迹或工艺过程。
1. 控制器
控制器主要有四种：
单片机系统，运动控制专用PLC系统，专用数控系统，PC+运动控制卡。
（1）单片机系统
由单片机芯片、外围扩展芯片以及外围电路组成，作为运动控制系统的控制器。
单片机方案优点在于成本较低
缺点：I/O口产生脉冲频率不高，控制精度受限，研发周期较长，调试过程烦琐。
（2）运动控制专用PLC系统
许多品牌的PLC都可选配定位控制模块
PLC通常都采用梯形图编程，可以与HMI进行通讯，在线修改运动参数
PLC的循环扫描工作方式决定了它实时性能不是很高，要受PLC每步扫描时间的限制。
