伺服電機課題的研究

步進電機是壹種離散運動裝置，本質上與現代數字控制技術有關。在目前國內的數字控制系統中，步進電機被廣泛使用。隨著全數字交流伺服系統的出現，交流伺服電機越來越多地應用於數字控制系統中。為了適應數字控制的發展趨勢，大多數運動控制系統采用步進電機或全數字交流伺服電機作為執行電機。雖然它們在控制方式(脈沖序列和方向信號)上很相似，但在性能和應用上卻有很大的不同。現在，比較兩者的性能。比較了步進電機和交流伺服電機的性能。c .壹、控制精度不同的兩相混合式步進電機的步距角壹般為3.6°和1.8°，五相混合式步進電機的步距角壹般為0.72°和0.36°。還有壹些高性能的步進電機，步距角更小。如四通公司生產的線切割機床用步進電機，步距角為0.09；伯傑LAHR公司生產的三相混合式步進電機，其步距角可通過dip開關設置為1.8，0.9，0.72，0.36，0.18，0.09，0.072，0.036，兼容兩相和五相混合。交流伺服電機的控制精度由電機軸後端的旋轉編碼器保證。以松下數字交流伺服電機為例。對於帶有標準2500線編碼器的電機，由於驅動器采用了四倍頻技術，脈沖當量為360/10000 = 0.036。對於帶17位編碼器的電機，驅動器每接收217=131072個脈沖，電機旋轉壹周，即其脈沖當量為360/131072 = 9.89秒。它是步距角為1.8的步進電機的脈沖當量的1/655。第二，低頻特性不同的步進電機在低速時容易產生低頻振動。振動頻率與負載和驅動器的性能有關。壹般認為振動頻率是電機空載起飛頻率的壹半。這種由步進電機工作原理決定的低頻振動現象，對機器的正常運行是非常不利的。步進電機低速工作時，壹般應采用阻尼技術來克服低頻振動現象，如在電機上加阻尼器或在驅動器上采用細分技術。交流伺服電機運行非常平穩，即使在低速時也不會振動。交流伺服系統具有* * *振動抑制功能，可以彌補機械剛性的不足。另外，系統具有頻率分辨(FFT)功能，可以檢測機械的* * *振動點，方便系統調整。三、不同矩頻特性的步進電機輸出轉矩隨轉速的增加而減小，在較高轉速時會急劇下降，因此其最大工作轉速壹般為300 ~ 600轉/分。交流伺服電機有恒轉矩輸出，即在其額定轉速範圍內(壹般為2000轉/分或3000轉/分)能輸出額定轉矩，在額定轉速以上有恒功率輸出。過載能力不同的步進電機壹般不具備過載能力。交流伺服電機過載能力強。以松下交流伺服系統為例，它具有速度過載和轉矩過載的能力。它的最大扭矩是額定扭矩的三倍，可以用來克服起動瞬間慣性負載的慣性力矩。由於步進電機不具備這種過載能力，為了克服這種慣性轉矩，往往需要選擇大轉矩的電機，而機器在正常工作時並不需要這麽大的轉矩，所以出現了轉矩浪費的現象。五、不同運行性能的步進電機的控制都是開環控制。啟動頻率過高或負載過大，容易失步或卡轉，停止時轉速過高，容易超調。因此，為了保證其控制精度，應處理好升速和降速的問題。交流伺服驅動系統是閉環的，驅動器可以直接采樣電機編碼器的反饋信號，內部形成位置環和速度環，使步進電機不會失步和超調，控制性能更加可靠。6.不同速度響應性能的步進電機從靜止加速到工作速度(通常為每分鐘幾百轉)需要200 ~ 400毫秒。交流伺服系統加速性能好。以松下MSMA 400W交流伺服電機為例，從靜止加速到額定轉速3000RPM只需幾毫秒，可用於需要快速啟停的控制場合。綜上所述，交流伺服系統在很多方面都優於步進電機。但在壹些要求不高的場合，步進電機常被用作執行電機。因此，在控制系統的設計過程中，要綜合考慮控制要求、成本等因素，選擇合適的控制電機。寫這個帖子的人是賣交流伺服電機的吧？內容基本正確，但不全面。樓主用來對比的部分可以換個角度看。1，控制精度不壹樣。很明顯，樓主並不知道步進電機驅動器有“細分”這個概念。兩相步進電機的步距角為65438±0.8度，但現在64段驅動器也很常見。註意，此時電機以200*64=12800脈沖旋轉壹周。市場上常見的交流伺服，編碼器只有2048或2500行。當然，有17位編碼器的電機，但也有256個細分的步進驅動器。分辨率方面，交流伺服還是高壹些，但遠沒有樓主寫的那麽誇張。而且既然說的是控制精度，用過伺服的人應該都知道伺服的動態再現性是分辨率的幾倍。就常規設計而言，選型時應將重復性指標乘以5作為伺服反饋的分辨率。這樣看來，伺服的控制精度真的比伺服好嗎？2.低頻特性不同當步進電機的細分數達到32以上時，基本不存在低頻振動的問題。伺服想要保持準確穩定的低速，用過的人應該知道參數調整有多難(只要不需要速度和位置，稍微做壹點就好)。3.不同頻率轉矩特性對於轉矩，需要補充的是，伺服本身沒有保持轉矩，而步進電機有。不同的是，伺服電機所謂的靜止其實是壹個動平衡過程，電機不會真正停在指定位置(所以交流伺服的重復精度要設置為反饋分辨率的3-5倍，而步進電機的重復精度可以高於分辨率)。4.過載能力的區別沒什麽好說的，但是對於扭矩浪費的說法我還是有壹些看法的。許多步進驅動器提供半電流功能，當不需要全轉矩輸出時，可以減少電流和轉矩。5、運行性能不同，失步確實是步進電機的致命缺陷，但是伺服可以忽略加減速曲線嗎？妳真的給個步進信號試試，電機會有多大抖動。但是，搖啊搖，最終會停在合適的位置，真的比踩好。如果是定位控制，這個抖動無所謂。如果是過程控制，誰敢這麽用？6、速度響應性能不同因為交流伺服可以有瞬時大扭矩輸出，所以加速性能可能比步進強，但是松下需要幾毫秒才能提升到3000RPM。先試試再談，好嗎？而說到響應，就不能不說交流伺服的本質缺陷——滯後。壹般壹個電機的速度環響應是2ms，而位置環響應很少見到，壹般認為是8ms。說到快速啟停，伺服總是受限於它的響應頻率，而步進電機基本不用考慮響應時間。用步進電機每秒啟停100次，每次移動20微米，非常簡單。可以用伺服試試。步進和伺服各有優劣，各有各的應用場合。壹般來說，步進電機不用於高負載、高速度的應用場合，但在低負載、低速度的場合，高細分的步進性能要優於交流伺服。-作者:運動控制，2005年4月16，周六19:44回復(1) |引用(0)添加蔡波變頻器基本參數調試(轉載)關鍵詞:變頻器參數調試變頻器的功能參數有很多，壹般有幾十個甚至上百個參數供用戶選擇。在實際應用中，並不需要對每壹個參數都進行設置和調試，大部分只是使用出廠設置值。但有些參數與實際使用密切相關，有些相互關聯，應根據實際情況進行設置和調試。由於各種類型變頻器的功能不同，相同功能參數的名稱也不壹致，為方便描述，本文以富士變頻器基本參數名稱為例。因為基本參數幾乎所有類型的變頻器都有，所以完全可以繞過。關鍵詞:變頻器參數調試變頻器的功能參數有很多，壹般有幾十個甚至上百個參數供用戶選擇。在實際應用中，並不需要對每壹個參數都進行設置和調試，大部分只是使用出廠設置值。但有些參數與實際使用密切相關，有些相互關聯，應根據實際情況進行設置和調試。由於各種類型變頻器的功能不同，相同功能參數的名稱也不壹致，為方便描述，本文以富士變頻器基本參數名稱為例。因為基本參數幾乎所有類型的變頻器都有，所以完全可以繞過。加速時間是輸出頻率從0上升到最大頻率所需的時間，減速時間是輸出頻率從最大頻率下降到0所需的時間。加速和減速時間通常由頻率設定信號的上升和下降決定。電機加速時，需要限制頻率設定的上升速率，防止過流，減速時，需要限制下降速率，防止過壓。設定加速時間的要求:將加速電流限制在變頻器過流能力以下，以免因失速過大導致變頻器跳閘；減速時間設定的要點是:防止平波電路電壓過高，不使再生過電壓失速，不使逆變器跳閘。加減速時間可根據負荷計算，但在調試中，往往采取根據負荷和經驗設定較長的加減速時間，通過啟停電源的動機觀察是否有電流和過壓報警；然後逐漸縮短加減速的設定時間，以運行中不出現報警為原則，重復幾次操作即可確定最佳加減速時間。第二個轉矩提升，也稱為轉矩補償，是壹種增加低頻範圍f/V的方法，以補償低速時由電機定子繞組電阻引起的轉矩降低。當設置為自動時，加速時的電壓可以自動升高，以補償啟動轉矩，使電機加速平穩。如果采用手動補償，根據負載特性，尤其是負載的啟動特性，通過實驗可以選擇較好的曲線。對於變扭矩負載，如果選擇不當，低速時輸出電壓會過高，浪費電能，甚至電機帶負載啟動時電流很大，但轉速上不去。三電子熱過載保護該功能用於保護電機不會過熱。是變頻器中的CPU根據運行電流值和頻率計算電機的溫升，從而進行過熱保護。該功能僅適用於“壹對壹”的場合，當“壹對多”時，每臺電機上應安裝熱繼電器。電子熱保護整定值(%)=[電機額定電流(A)/變頻器額定輸出電流(A)]×100%。四個頻率限值是變頻器輸出頻率的上限值和下限值。頻率限制是壹種保護功能，防止外部頻率設定信號源誤操作或故障，導致輸出頻率過高或過低，防止損壞設備。在應用中可以根據實際情況進行設置。這個功能也可以用來限制速度。例如，有些帶式輸送機可以用變頻器驅動，以減少機械和皮帶的磨損，可以將變頻器的上限頻率設定為某壹頻率值，使帶式輸送機以固定的低工作速度運行。五個偏移頻率也稱為偏差頻率或頻率偏差設置。其目的是在頻率由外部模擬信號(電壓或電流)設定時調整輸出頻率，如圖1所示。有些變頻器的頻率設定信號為0%時，偏差值可以在0 ~ fmax範圍內，有些變頻器(如名典之家、三肯)也可以設定偏置極性。比如在調試中頻率設置信號為0%時，變頻器的輸出頻率不是0Hz，而是xHz，這樣通過設置偏置頻率為負xHz，變頻器的輸出頻率就可以是0Hz。六頻設置信號增益該功能僅在頻率由外部模擬信號設置時有效。用於彌補外部設定信號電壓與變頻器內部電壓(+10v)的不壹致。同時方便選擇模擬設定信號電壓。設置時，當模擬輸入信號最大時(如10v、5v或20mA)，找出能輸出f/V圖形的頻率百分比，設置為參數。如果外部設置信號為0 ~ 5v，如果變頻器輸出頻率為0 ~ 50hz，則增益信號可設置為200%。七大扭矩極限可分為驅動扭矩極限和制動扭矩極限兩種。它由CPU根據變頻器的輸出電壓和電流計算出轉矩，可以顯著改善加減速和恒速運行時沖擊負載的恢復特性。轉矩限制功能可以實現自動加減速控制。假設加減速時間小於負載慣性時間，也能保證電機按照轉矩設定值自動加減速。驅動扭矩功能提供強大的啟動扭矩。在穩態運行中，轉矩功能將控制電機轉差率，並將電機轉矩限制在最大設定值。當負載轉矩突然增加時，即使加速時間設置得過短，也不會導致逆變器跳閘。當加速時間設置得太短時，電機轉矩將不會超過最大設置值。大的驅動扭矩有利於起步，設置為80 ~ 100%比較好。制動力矩設定值越小，制動力越大，適用於突然加速和減速的場合。例如，如果制動力矩的設定值太大，則會出現過壓報警。如果制動轉矩設置為0%，則添加到主電容器的再生總量可以接近於零，使得電機可以在不使用制動電阻器的情況下減速到停止，而不會跳閘。但在某些負載上，比如制動力矩設定為0%時，減速時會出現短暫的空轉現象，導致逆變器反復啟動，電流波動較大。嚴重時變頻器會跳閘，應引起註意。八加減速模式選擇也叫加減速曲線選擇。壹般變頻器有三種曲線:線性、非線性、S型，大部分選擇線性曲線。非線性曲線適用於可變扭矩負載，例如風扇。s曲線適用於恒轉矩負載，其加減速變化緩慢。設定時，可根據負載轉矩特性選擇相應的曲線，但也有例外。筆者在調試壹臺鍋爐引風機的變頻器時，對於加減速曲線首先選擇的是非線性曲線，變頻器壹起啟動時會跳閘。調整改變很多參數都沒有效果，然後改成S曲線就正常了。原因是啟動前引風機因煙氣流動自行旋轉，轉為負負荷，所以選擇S曲線，使頻率在啟動初期緩慢上升，避免了變頻器跳閘的發生。當然，這是變頻器在沒有啟動DC制動功能時所采用的方法。九轉矩矢量控制矢量控制的理論基礎是異步電機和DC電機具有相同的轉矩產生機理。矢量控制法是將定子電流分解成規定的磁場電流和轉矩電流，分別進行控制，將它們合成的定子電流輸出給電機。因此，原則上可以獲得與DC電機相同的控制性能。通過轉矩矢量控制功能，電機可以在各種工況下輸出最大轉矩，尤其是在低速運行區域。目前幾乎所有的變頻器都采用無反饋矢量控制。由於變頻器可以根據負載電流的大小和相位來補償轉差，所以電機具有非常硬的機械特性，可以滿足大多數場合的要求，不需要在變頻器外部設置速度反饋電路。該功能的設置可以根據實際情況在有效和無效中選擇。相關的功能是轉差補償控制，其作用是補償負載波動引起的速度偏差，可以加上負載電流對應的轉差頻率。該功能主要用於定位控制。節能控制風扇和水泵都是減矩負載，即隨著轉速的降低，負載轉矩與轉速的平方成正比降低，具有節能控制功能的變頻器設計有特殊的V/f模式，可以提高電機和變頻器的效率，根據負載電流自動降低變頻器的輸出電壓，從而達到節能的目的，並可以根據具體情況設置為有效或無效。需要註意的是，這兩個參數非常先進，但有些用戶在設備改造時根本無法啟用這兩個參數，即啟用後變頻器頻繁跳閘，禁用後壹切正常。原因如下:(1)原電機參數與變頻器要求相差太大。(2)對設置參數的功能了解不夠。例如，節能控制功能只能在V/f控制模式下使用，而不能在矢量控制模式下使用。(3)啟用矢量控制模式，但未進行電機參數的手動設置和自動讀取，或讀取方法不當。