伺服电机控制技术的应用与发展
来源:用户上传
作者:
摘要：本文主要对伺服电机控制技术的应用与发展进行研究，以期能够为促进机电技术的发展提供一些帮助。
关键词：机电技术;伺服控制技术;应用;发展前景
1伺服控制系统
1.1开环伺服系统结构简单、调试维护容易，内部没有运动反馈的控制回路，工作稳定、成本低，没有检测的反馈装置。当运动有错误时，电动机也会随着装置发出脉冲指令进行工作，并且还会修正错误，作出信息错误反馈。在开环伺服系统中，步进电动机是主要驱动部件，其步距角精度、机械的传动精度能够影响开环系统的精度。一般情况下，一些对精度和速度要求不高的设备中，开环伺服系统都会用到步进电动机。
1.2半闭环伺服系统安装调试比较方便，主要由无刷旋转变压器、测量速度的发电机构成。其中，无刷转变压器最主要的器件还是装载内部的脉冲编码器，不会受一些非线性因素的影响，系统能够实现机械传动的控制。并且电机轴或者丝杆上装载整个系统中所有的反馈信号，一般都是用来位置或者速度的检测器件，能够给系统进行机械传动的机制。在数控机床中，半闭环伺服系统的应用非常广泛，在机械转动装置精度不高的情况下，机械转动装置的精度可以作为整个半闭环伺服系统的定位精度，为了达到要求的高度，数控装置内部的误差补偿功能和间隙补偿功提升加工的精度。
1.3全闭环伺服系统是由各种装置组成，即：比较环节、伺服驱动放大器、机械传动装置、进给伺服电动机以及直线位移测量装置等。其中，全闭环伺服系统的驱动部件能够监测、反馈修正机床运动部件的移动量，即：直流伺服电动机或者交流伺服电动机。在测量机床部件时，能够构成一个较高精度的全闭环控制位置系统，可以直接利用安装在工作台的光棚或者感应同步器。在整个全闭环系统中，可以在移动的部件上，安装直线位移检测器，也就是说，这个位移检测器的精度和灵敏度就是移动部件测量精度、灵敏度，同样加工精度也相对地得到了提升。但机械传动装置之间的一些非线性因素，会影响整体的稳定性，如：摩擦阻尼、装置刚度以及反向间隙等。并且在整个全闭环伺服电机系统中，安装和调试全闭环伺服系统过程非常复杂。
2伺服电机控制技术的应用
2.1在控制精准度的应用
全数字交流伺服是以2000线编码器为标准，控制交流伺服则更能体现控制精准度，将旋转编码器安装在交流伺服电机电机轴后方。驱动器的安装使用四倍频技术，脉冲量为0.045?。在数字化伺服电机系统中，如果使用17编码器其脉冲量可以换算为1.8的步距角，为0.0027466?，电动机旋转1圈接收一次131072个脉冲。两相混合式和五相混合式是步进电机的两种形式，两相混合式步进电机的脉冲量数据较小，脉冲量为1/655.相比之下。其中，两相混合式性能较高，步距角则主要以1.8?、0.9?为主经过细分之后，性能较高的二相混合式步进电机步距角更小，可以有效实现五相混合式、普通二相混合式步距角的兼容，五相混合式步距角是以0.72?、0.36?为主;诸如0.072?、0.18?、0.9?等二相混合式在设置步距角时，可以利用拨码开关的方式。
2.2在低频特性的应用
受工作原理出现低频振动状态对步进电机正常运转很大。低频振动与电机系统内的振动频率和负载情况、驱动器性能有很大的关系，在低速运转过程中，其主要存在于步进电机中。振动频率是电机空载起跳频率的1/2，控制低频振动通常会使用阻尼技术来提升步进电机运转状态。如：在控制过程中，利用驱动器中细分技术或通过设置阻尼器等。但如果电机处于低速运转状态中，为了使其运转更为稳定，通常使用交流伺服电机技术，这样不会造成低频振动问题。交流伺服电机系统携带着共振抑制功能，具备频率解析功能，可以有效弥补机械刚性中存在的不足，能够避免发生共振问题，有效监测出机械共振点。
2.3在过载能力的应用
交流伺服电机具备非常高的速度过载能力和转矩过载能力，步进电机并没有过载性能，而交流伺服电机能够体现出较强的过载能力，如：SANYO步进电机。因此，在实践过程中，一般会选择大机型电机，才能克服启动时产生的惯性力矩。但是在实际应用期间，很容易导致力矩浪费，不需要过高的电机转矩。
2.4伺服电机控制方法首先，对于电机轴来说，转矩控制主要具有调节对外输出转矩的作用，利用输入外部模拟量或者在地址上直接赋值的方式，如：10V与5N·m相对应时，电机轴输出为2.5N·m，外部模拟量设置为5V。当电机轴负载大于2.5N·m时，电机反转;当电机轴负载小于2.6N·m时，电机不会运转。并且通过通信方式或对模拟量进行调整的方式，可以改变设定矩的大小，改变相应的地址数值。但诸如光纤设备等应用对象为材质受力要求则比较严苛的缠绕和放卷。其次，位置控制的转动速度、角度，是以外部输入脉冲频率、个数来明确的。由于位置模式对于速度、位置的控制十分严苛，在速度和位移上，个别伺服可以直接采用通信的方式实现赋值。因此在定位装置中应用较多。为了控制转动的速度，气门利用了模拟量输入、脉冲频率等技术。上位控制装置外环PID能够准确定位速度，但这一操作的计算依据需要将电机位置信号直接反馈给上位。检测装置负责提供位置信号，电机转速的检测可以由电机轴端编码器負责，位置模式可以直接对外环检测位置信号进行负载。如此一来，可以提升系统的定位精准度，消除中间传动操作中存在的误差。另外，伺服电机内有闭环负反馈PID调节系统，PID环即电流环位于最内侧，利用霍尔装置检测驱动器负责电机各相的电流输出，运行环境为伺服驱动器内。为了使输出电流和设定电流尽量相等，负反馈对电流设定展开PID调节。也就是说，由于电流环控制着电机转矩，因此，转矩模式动态响应最为迅速，在三者中驱动器运算最小。第2环利用电机编码器信号监测实现负反馈PID的调节，为速度环。并且在速度环控制过程中，由于环内PID输出直接设置电流环，因此，包括速度环和电流环。第3环为位置环，需要结合状况进行确定，构建于外部控制器、电机编码器或驱动器、电机编码器之间，位于最外侧。位置控制模式系统内需要对这3个环进行运算，这是由于位置控制环内部输出直接设置速度环所造成的，这时，动态响应速度非常迅速，形成的运算量最大。3伺服电机控制技术的发展前景
电机控制专用继承电路是企业设计伺服电机最普遍的形式，设计软件主要为复杂可编程逻辑器件和现场可编程逻辑阵列。并且在设计电机控制集成电路时，需要依据用户、电子系统要求。该电路能够实现操作边界的有效扫描，特点在于用户现场可操控编程。电机控制专用集成电路具有设计、生产时间短等特征，主要体现在制定用户要求、数量少等方面。与通用电路相比，集成电路电子技术和用户积淀系统生产出来的产品，重量轻、成本低、体积小、功耗低，但质量高。并且在电机控制MCU设计、电机控制DSP设计等方面，伺服电机控制技术也有所体现。交流伺服电动机属于无刷结构，提升功率与转速快、维修几率小。20世纪80年代中，伺服电机控制技术已经融合催化加工技术，并且在今后的发展中也会获得很大的发展。如：在数控系统中，伺服电机驱动已经逐渐应用起来。如今，交流伺服系统主要替换了直流伺服系统，实现了在诸多领域的应用。今后伺服电机控制技术的发展方向，就是在数控操作系统中全面实现直流伺服系统取缔工作，硬件设备控制能够替代软件中应用的控制。
参考文献：
[1]王高理.伺服电机控制技术的应用与发展[J].轻工科技，2019，35（02）：64-65.
[2]沈霆.伺服电机控制技术的应用及发展趋向分析[J].通信电源技术，2018，35（03）：155-156.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14961368.htm
