1. 什麼是伺服系統?伺服系統的組成和基礎知識問答

        發佈日期:2018-11-14

             

               伺服系統(servomechanism)又稱隨動系統,是用來精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統。伺服系統使物體的位置、方位、狀態等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(或給定值)的任意變化的自動控制系統。它的主要任務是按控制命令的要求、對功率進行放大、變換與調控等處理,使驅動裝置輸出的力矩、速度和位置控制非常靈活方便。在自動化領域很多情況下,伺服系統專指被控制量(系統的輸出量)是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統,其作用是使輸出的機械位移(或轉角)準確地跟蹤輸入的位移(或轉角),其結構組成和其他形式的反饋控制系統沒有原則上的區別。伺服在自動化半導體設備中的應用極其廣泛,例如在塗膠機,光刻機等設備上均有。

          伺服驅動系統(ServoSystem)簡稱伺服系統,是一種以機械位置或角度作爲控制對象的自動控制系統,例如數控機牀等。使用在伺服系統中的驅動電機要求具有響應速度快、定位準確、轉動慣量(使用在機電系統中的伺服電機的轉動慣量較大,爲了能夠和絲槓等機械部件直接相連。伺服電機有一種專門的小慣量電機,爲了得到極高的響應速度。但這類電機的過載能力低,當使用在進給伺服系統中時,必須加減速裝置。轉動慣量反映了系統的加速度特性,在選擇伺服電機時,系統的轉動慣量不能大於電機轉動慣量的3倍。)較大等特點,這類專用的電機稱爲伺服電機。當然,其基本工作原理和普通的交直流電機沒有什麼不同。該類電機的專用驅動單元稱爲伺服驅動單元,有時簡稱爲伺服,一般其內部包括電流、速度和/或位置閉環。

          伺服(Servo)是一個性能上的名詞,一般只要主令和控制結果的近似達到了一定高的程度就能稱爲伺服,這和機器的結構沒有直接的關係。例如伺服系統都沒有精確的慣量匹配的範圍,這是因爲慣量匹配的結果只要不影響控制對象對主令跟隨或影響不大就好了,跟具體是3還是3.5沒有關係。伺服系統也不一定是電機系統,有的氣動系統就稱爲氣動伺服。

        伺服系統由伺服電機、伺服驅動器、指令機構三大部分構成,伺服電機是執行機構,就是靠它來實現運動的,伺服驅動器是伺服電機的功率電源,指令機構是發脈衝或者給速度伺服驅動器的,常用的驅動元件有IPM模塊。上位機:給伺服指令,如PLC、工控機、數控系統等;伺服放大器:接收並處理上位機的指令,控制電機轉動角度和速度;伺服電機:執行機構,其自帶的編碼器把電機旋轉的角度和速度反饋給伺服放大器,構成閉環,確保精度!

            1、控制器通常是計算機或PID控制電路,主要任務是對比較元件輸出的偏差信號進行變換處理,控制執行元件按要求動作。

            2、執行環節,其作用是按控制信號的要求,將輸入的各種形式的能量轉化成機械能,驅動被控對象工作,機電一體化系統中的執行元件一般指各種電機或液壓,氣動伺服機構等。

            3、被控對象,機械參數量包括位移、速度、加速度、力和力矩爲被控對象。

            4、比較環節是將輸入的指令信號與系統的反饋信號進行比較,以獲得輸出與輸入間的偏差信號的環節,通常由專門的電路或計算機來實現。

            5、檢測環節,能夠對輸出進行測量並轉換成比較環節所需要的量綱的裝置,一般包括傳感器和轉換電路。

          伺服系統本質上是一種隨動系統。只不過被控量是位移或是其對時間的導數。如果要問什麼是隨動系統,就是一個系統的輸出儘可能以最快,最精確的方式復現輸入信號。其衡量的指標有超調量、延遲。

          下面就關於伺服電機的相關問題作出了整理,希望在今後的工作中能帶來幫助.

          1.伺服電機爲什麼不會丟步?

          伺服電機驅動器接收電機編碼器的反饋信號,並和指令脈衝進行比較,從而構成了一個位置的半閉環控制。所以伺服電機不會出現丟步現象,每一個指令脈衝都可以得到可靠響應。

          2.對伺服電機進行機械安裝時,應特別注意什麼?

          由於每臺伺服電機後端部都安裝有旋轉編碼器,它是一個十分易碎的精密光學器件,過大的衝擊力肯定會使其損壞。

          3.如何調節伺服電機,調節伺服電機有幾種方式?

          使用泰科智能圖像化軟件對電機的PID參數、電機參數、電子齒輪比等進行調節。

          4.我們想用伺服電機替換產品中的步進電機,應注意哪些問題?

          A.爲了保證控制系統改變不大,應選用數字式伺服系統,仍可採用原來的脈衝控制方式;

          B.由於伺服電機都有一定過載能力,所以在選擇伺服電機時,經驗上可以按照所使用的步進電機輸出扭矩的1/3來參考確定伺服電機的額定扭矩;

          C.伺服電機的額定轉速比步進電機的轉速要高的多,爲了充分發揮伺服電機的性能,最好增加減速裝置,讓伺服電機工作在接近額定轉速下,這樣也可以選擇功率更小的電機,以降低成本。

          5.用脈衝方式控制伺服電機的優點?

          一可靠性高,不易發生飛車事故。用模擬電壓方式控制伺服電機時,如果出現接線接錯或使用中元件損壞等問題時,有可能使控制電壓升至正的最大值。這種情況是很危險的。如果用脈衝作爲控制信號就不會出現這種問題。

          二 信號抗幹擾性能好。數字電路抗幹擾性能是模擬電路難以比擬的。

        當然目前由於伺服驅動器和運動控制器的限制,用脈衝方式控制伺服電機也有一些性能方面的弱點。一是伺服驅動器的脈衝工作方式脫離不了位置工作方式,二是運動控制器和驅動器如何用足夠高的脈衝信號傳遞信息。

          這兩個根本的弱點使脈衝控制伺服電機有很大限制。

          (1)控制的靈活性大大下降。這是因爲伺服驅動器工作在位置方式下,位置環在伺服驅動器內部。這樣系統的PID參數修改起來很不方便。當用戶要求比較高的控制性能時實現起來會很困難。從控制的角度來看,這只是一種很低級的控制策略。如果控制程序不利用編碼器反饋信號,事實上成了一種開環控制。如果利用反饋控制,整個系統存在兩個位置環,控制器很難設計。在實際中,常常不用反饋控制,但不定時的讀取反饋進行參考。這樣的一個開環系統,如果運動控制器和伺服驅動器之間的信號通道上產生幹擾,系統是不能克服的。

          (2)控制的快速性速度不高。

          6.伺服電機通電以前應做哪些檢查工作?

          檢查電機與驅動器的連線,連線不能虛連,線不能接錯。

          7.控制伺服時,給信號時,伺服電機不轉,振動?

          U,V,W三相接錯。

          8.如何根據客戶的要求爲客戶選配伺服電機和減速機,所選的方案應爲最佳。

          根據功率選取減速機,選出合適的減速機尺寸,在根據減速機選擇合適的伺服電機,一定要注意速度的選取。