工業機器人運動控制的關鍵---伺服、步進、變頻！

一、溝通伺服電機的作業原理

伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動器操控的U/V/W三相電構成電磁場，轉子在此磁場的效果下滾動，一起電機自帶的編碼器反應信號
給驅動器，驅動器根據反應值與目標值進行比較，調整轉子滾動的視點。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數）。

二、伺服體系的組成及分類

1.伺服體系的組成：

伺服體系是以方位和視點為操控量的操控體系的總稱，與方位和視點相關聯的速度、角速度、加快度、力等為操控量的體系也包含在伺
服體系內

2.伺服體系的分類：

（1）按操控結構分類分為： 開環式、閉環式。

（2）按驅動部件分類分為：

a.步進電動機伺服體系。

b.直流電動機伺服體系。

c.溝通電動機伺服體系。

三、伺服馬達(溝通）的特色

1）定位精度高，一般伺服馬達可到達0.036度。

2）回應時刻快。

3）操控便利靈敏，操控體系易于完成。

4）類型較多，可根據不同的運用環境挑選不同的類型。

5）供給全閉環操控，可適時監控作業狀況，進行恰當的調整變換。

四、伺服體系結構

機械傳動機構,機械傳動系統

五、伺服操控的選型過程

1.斷定機械規格，負載、剛性等參數。

2.承認動作參數，移動速度、行程、加減速時刻、周期、精度等。

3.挑選馬達慣量，負載慣量、馬達軸心變換慣量、轉子慣量。

4.挑選馬達反轉速度。

5. 挑選馬達額外扭矩。負載扭矩、加減速扭矩、瞬間扭矩、實效扭矩。

6.挑選馬達機械方位解析度。

7.根據以上挑選馬達類型。

六、伺服操控的運用

機械傳動機構,機械傳動系統

步進操控

一、 步進電機的作業原理

步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的履行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向滾動一個固定
的視點(稱為“步距角”)，它的旋轉是以固定的視點一步一步作業的。能夠經過操控脈沖個數來操控角位移量，然后到達準斷定位的意圖；一
起能夠經過操控脈沖頻率來操控電機滾動的速度和加快度，然后到達調速的意圖。步進電機能夠作為一種操控用的特種電機，運用其沒有堆
集差錯(精度為99%)的特色，廣泛運用于各種開環操控。

二、步進電機的分類

現在比較常用的步進電機包括反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）和單相式步進電機等。

●永磁式步進電機一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；

●反應式步進電機一般為三相，可完成大轉矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振蕩都很大。反應式步進電機的轉子磁路由軟磁資料
制成，定子上有多相勵磁繞組，運用磁導的改動發生轉矩。

●混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的長處。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種
步進電機的運用廣泛。

三、步進電機體系

機械傳動機構,機械傳動系統

1.步進電機的靜態目標術語

a.相數：發生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數。常用m表明。

b.拍數：完成一個磁場周期性改動所需脈沖數或導電狀況用n表明，或指電機轉過一 個齒距角所需脈沖數。

c.步距角：對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用θ表明。

d.定位轉矩：電機在不通電狀況下，電機轉子本身的斷定力矩（由磁場齒形的諧波以 及機械差錯形成的）。

e.靜轉矩：電機在額外靜態電效果下，電機不作旋轉運動時，電機轉軸的斷定力矩。

2.步進電機動態目標及術語

a.步距角精度：步進電機每轉過一個步距角的實踐值與理論值的差錯。

b.失步：電機作業時作業的步數，不等于理論上的步數。稱之為失步。

c.失調角： 轉子齒軸線偏移定子齒軸線的視點 。

d.空載起動頻率：電機在某種驅動方式、電壓及額外電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的頻率。

e.空載的作業頻率：電機在某種驅動方式，電壓及額外電流下，電機不帶負載的轉速頻率。

f.作業矩頻特性：電機在某種測驗條件下測得作業中輸出力矩與頻率聯系的曲線稱為作業矩頻特性 。

四、步進電機選型

1、步距角的挑選：電機的步距角取決于負載精度的要求 。

2、靜力矩的挑選：靜力矩挑選的根據是電機作業的負載 ，一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內好 。

3、電流的挑選：因為電流參數不同，其作業特性不同很大，可根據矩頻特性曲線圖，判別電機的電流。

五、步進電機的一些特色

1．一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。

2．步進電機表面答應的溫度一般在攝氏130度以上 。

3．步進電機的力矩會隨轉速的升高而下降。

4．步進電機低速時能夠正常作業,但若高于 必定速度就無法發動,并伴有嘯叫聲。

5. 步進電機運用于低速場合---每分鐘轉速不超越1000轉。

六、 步進電機和溝通伺服電機功能比較

1.操控精度不同

五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°溝通伺服電機的操控精度由電機軸后端的旋轉編碼器確保 ，關于帶規范2500線編碼器的
電機而言，其脈沖當量為360°/10000=0.036°，伺服電機精度要比步進馬達高。

2.低頻特性不同

步進電機在低速時易呈現低頻振蕩現象。溝通伺服電機作業非常平穩，即便在低速時也不會呈現振蕩現象。

3.過載才能不同

步進電機一般不具有過載才能。溝通伺服電機具有較強的過載才能 。

4.作業功能不同

步進電機的操控為開環操控，發動頻率過高或負載過大易呈現丟步或堵轉的現象，中止時轉速過高易呈現過沖的現象，溝通伺服驅動體
系為閉環操控，驅動器可直接對電機編碼器反應信號進行采樣，內部構成方位環和速度環，一般不會呈現步進電機的丟步或過沖的現象，操
控功能更為牢靠。

5.速度呼應功能不同

步進電機從停止加快到作業轉速（一般為每分鐘幾百轉）需求200～400毫秒。溝通伺服體系的加快功能較好，以松下MSMA 400W溝通
伺服電機為例，從停止加快到其額外轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的操控場合。

6.矩頻特性不同

步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，溝通伺服電機為恒力矩輸出。

綜上所述，溝通伺服體系在許多功能方面都優于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做履行電動機。所以，在操控
體系的規劃過程中要歸納考慮操控要求、本錢等多方面的要素，選用恰當的操控電機。

變頻操控

一、通用電機介紹

三相鼠籠式溝通電機是感應電機中見的一種，其結構及特性如下：

1.感應電機的結構示意圖

電機的結構示意圖

機械傳動機構,機械傳動系統

2.電機的特性:

機械傳動機構,機械傳動系統

二、變頻器

1. 變頻原理

變頻器是能夠簡略、自由地改動溝通電機轉速的一種操控設備。

變頻器是經過改動溝通電機電源頻率完成調速的：

機械傳動機構,機械傳動系統

2. 變頻器的構成

機械傳動機構,機械傳動系統

2.1變流器(整流器)：很多運用的是二極管橋整流器，如圖1 所示，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構成可逆變
流器，因為其功率方向可逆，能夠進行再生作業。

2.2平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6 倍頻率的脈動電壓，此外逆變器發生的脈動電流也使直流電壓變化。為了按捺
電壓動搖，選用電感和電容吸收脈動電壓(電流)。設備容量小時，假如電源和主電路構成器材有余量，能夠省去電感，選用簡略的平波回路。

2.3逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的溝通功率，以所斷定的時刻使6 個開關器材導通、關斷就能夠得到
3 相溝通輸出。

2.4制動回路：異步電動機在再生制動區域運用時(轉差率為負)，再生能量存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。一般說來，由機械
體系(含電動機)慣量堆集的能量比電容能貯存的能量大，需求快速制動時，可用可逆變流器向電源反應或設置制動回路(開關和電阻)把再生功
率消耗掉，以免直流電路電壓上升。