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伺服驱动器的工作模式

伺服驱动器的工作模式

2021-04-28 20:42

伺服驱动器的工作模式

伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器,伺服驱动器其作用类似于变频器作用于普通交流马达,属于伺服系统的一部分。目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心,可以实现比较复杂的控制算法,实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块(IPM)为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。

  功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流,得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电,再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元(AC-DC)主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。

  伺服驱动器一般可以采用位置、速度和力矩三种控制方式,主要应用于高精度的定位系统,目前是传动技术的高端。随着伺服系统的大规模应用,伺服驱动器使用、伺服驱动器调试、伺服驱动器维修都是伺服驱动器在当今比较重要的技术课题,越来越多工控技术服务商对伺服驱动器进行了技术深层次研究。

 伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分,被广泛应用于工业机器人及数控加工中心等自动化设备中。尤其是应用于控制交流永磁同步电机的伺服驱动器已经成为国内外研究热点。当前交流伺服驱动器设计中普遍采用基于矢量控制的电流、速度、位置3闭环控制算法。该算法中速度闭环设计合理与否,对于整个伺服控制系统,特别是速度控制性能的发挥起到关键作用。

  在伺服驱动器速度闭环中,电机转子实时速度测量精度对于改善速度环的转速控制动静态特性至关重要。为寻求测量精度与系统成本的平衡,一般采用增量式光电编码器作为测速传感器,与其对应的常用测速方法为M/T测速法。M/T测速法虽然具有一定的测量精度和较宽的测量范围,但这种方法有其固有的缺陷,主要包括:

  (1)测速周期内必须检测到至少一个完整的码盘脉冲,限制了最低可测转速;

  (2)用于测速的2个控制系统定时器开关难以严格保持同步,在速度变化较大的测量场合中无法保证测速精度。因此应用该测速法的传统速度环设计方案难以提高伺服驱动器速度跟随与控制性能。

伺服驱动器的工作模式

  伺服驱动器可以选择的工作模式有:开环模式、电压模式、电流模式(力矩模式)、IR补偿模式、Hall速度模式、编码器速度模式、测速机模式、模拟位置环模式(ANP模式)。(以上模式并不全部存在于所有型号的驱动器中)

  开环模式

  输入命令电压控制驱动器的输出负载率。此模式用于无刷电机驱动器,和有刷电机驱动器的电压模式相同。

  电压模式

  输入命令电压控制驱动器的输出电压。此模式用于有刷电机驱动器,和无刷电机驱动器的开环模式相同。

  电流模式(力矩模式)

  输入命令电压控制驱动器的输出电流(力矩)。驱动器调整负载率以保持命令电流值。如果伺服驱动器可以速度或位置环工作,一般都含有此模式。

  IR补偿模式

  输入命令控制电机速度。IR补偿模式可用于控制无速度反馈装置电机的速度。驱动器会调整负载率来补偿输出电流的变动。当命令响应为线性时,在力矩扰动情况下,此模式的精度就比不上闭环速度模式了。

  Hall速度模式

  输入命令电压控制电机速度。此模式利用电机上hall传感器的频率来形成速度闭环。由于hall传感器的低分辨率,此模式一般不用于低速运动应用。

  编码器速度模式

  输入命令电压控制电机速度。此模式利用伺服电机上编码器脉冲的频率来形成速度闭环。由于编码器的高分辨率,此模式可用于各种速度的平滑运动控制。

  测速机模式

  输入命令电压控制电机速度。此模式利用电机上模拟测速机来形成速度闭环。由于直流测速机的电压为模拟连续性,此模式适合很高精度的速度控制。当然,在低速情况下,它也容易受到干扰。

  模拟位置环模式(ANP模式)

  输入命令电压控制电机的转动位置。这其实是一种在模拟装置中提供位置反馈的变化的速度模式(如可调电位器、变压器等)。在此模式下,电机速度正比于位置误差。且具有更快速的响应和更小的稳态误差。

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