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浅谈交流伺服及其应用

2015-12-17 浏览量 1717

        交流伺服驱动器和变频器可以说是一对兄弟,都是交流机电的驱动器,依照面世的前后顺序,变频器应当称为哥哥,交流伺服则该称为弟弟。变频器驱动变频机电,也驱动普通交流机电,主要的功能是调理机电的转速。交流伺服驱动器驱动交流伺服机电,其主要特点就是切确快速定位跟踪,进行切确的位置控制。

        伺服驱动器的诞生布景伺服来自英文单词Servo,用来切确地追随或复现某个进程的反馈控制系统称为伺服系统,又称随动系统。伺服系统最初用于船舶的自动驾驶、火炮控制和指挥仪中,后来逐渐推行到很多领域,出格是自动车床、天线位置控制、导弹和飞船的制导等。
        在20世纪60年月,伺服控制技术起头运用在直流调速中,经由过程若干分立半导体元器件及其电路板来进行力矩、速度等的闭环控制,经由过程调整若干个可调电阻、电容、电感元件来实现参数的匹配,调理比力复杂,动态响应也不理想。到了20世纪80年月,随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的成长,同时借鉴并运用了变频的技术,永磁交流伺服驱动技术有了突出的成长,自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威商业展览会上正式推出MAC永磁交流伺服电念头和驱动系统,这标志着此种新一代交流伺服技术已进进实用化阶段。随后列国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电念头和伺服驱动器系列产物。
        交流伺服驱动器的基本工作原理:
        交流伺服借鉴并运用了变频的技术,在直流机电的伺服控制的根蒂根基上经由过程变频PWM方式模仿直流机电的控制方式来实现的,也就是说交流伺服机电必然有变频的这一环节。与变频器一样,也是将工频交流电先整流成直流电,然后经由过程可控制门极的各类晶体管(IGBT,IGCT等)经由过程载波频率和PWM调理逆变为频率可调的交流电,波形类似于正余弦的脉动电。
        伺服驱动器成长了变频技术,在驱动器内部的电流环,速度环和位置环(变频器没有该环)都进行了比一般变频更切确的控制技术和算法运算,主要的一点可以进行切确的位置控制。
        现在的交流伺服的控制部门采用数字旌旗灯号处置器(DSP)作为控制焦点,其优点是可以实现比力复杂的控制算法,来完成伺服系统的闭环控制,包括力矩、速度和位置等闭环控制。


                                交流伺服驱动器工作原理图

        交流伺服的运用领域凡是对位置,速度和力矩的控制精度要求比力高的场所,都可以采用交流伺服驱动。如机床、印刷装备、包装装备、纺织装备、激光加工装备、机械人、电子、制药、金融机具、自动化生产线等。由于伺服多用在定位、速度控制场所,所以伺服又称为运动控制。

 冶金、钢铁—连铸拉坯生产线、铜杆上引连铸机、喷印标识表记标帜装备、冷连轧机,定长剪切、自动送料、转炉倾动等;

 电力、电缆—水轮机调速器、风力发机电变桨系统、拉丝机、对绞机、高速编织机、卷线机、喷印标识表记标帜装备等;

 石油、化工—挤压机、胶片传动带、年夜型空气压缩机、抽油机等、 化纤和纺织--纺纱机、精纺机、织机、梳棉机、横边机等;

 汽车制造业—发念头零部件生产线、发念头组装生产线,整车装配线、车身焊接线、检测装备等、 机床制造业—车床、龙门刨、铣床、磨床、机械加工中心、制齿机等;

 铸件制造业—机械手、转炉倾动、模具加工中心等;

 橡塑制造业--塑料压延机、塑料薄膜袋封切机、注塑机、挤出机、成型机、涂塑复合机、拉丝机等;

 电子制造业—印刷电路板(PCB)装备、半导体器件装备(光刻机、晶圆加工机等)、液晶显示器(LCD)装备、整机联装及概况贴装(SMT)装备、激光装备(切割机、雕镂机等)、通用数控装备、机械手等;

 造纸业—纸张传送装备、特种纸造纸机械等;

食物制造业—原料加工装备、灌装机械、封口机、其他食物包装及印刷装备等;

 制药业—原料加工机械、制剂机械、饮片机械、印刷及包装机械等;

 交通—地铁屏障门、电力机车、船舶导航等、 物流、装卸、搬运—自动仓库、搬运车、立体车库、传动带、机械人、起重装备和搬运装备等;

 建筑—电梯、传送带、自动旋转门、自动开窗等、 医疗—CT、X光机、核磁共振MRI等;

 实验装备—汽车实验装备、扭矩实验装备 等;

       伺服系统的成长趋向数字化交流伺服系统的运用越来越广,用户对伺服驱动技术的要求越来越高。总的来说,伺服系统的成长趋向可以归纳综合为以下几个方面:
        集成化:目前,伺服控制系统的输出器件越来越多地采用开关频率很高的新型功率半导体器件,这类器件将输进隔离、能耗制动、过温、过压、过流庇护及故障诊断等功能全数集成于一个不年夜的模块之中。统一个控制单元,只要经由过程软件设置系统参数,就能够改变其性能,既可以使用机电自己设置装备摆设的传感器组成半闭环调理系统,又可之外接外部传感器如位置、速度、力矩传感器等,组成高精度的全闭环调理系统。高度的集成化显著地缩小了整个控制系统的体积。
        智能化:今朝伺服内部控制焦点年夜都采用新型高速微处置器和专用数字旌旗灯号处置机(DSP),从而实现完全数字化的伺服系统。伺服系统数字化是其实现智能化的条件条件。伺服系统的智能化浮现在以下几个方面:系统的所有运行参数都可以经由过程人机对话的方式由软件来设置;其次它们都具有故障自诊断与分析功能;和参数自整定的功能等。众所周知,闭环调理系统的参数整定是保证系统性能指标的重要环节,也是需要花费较多时间与精神的工作。带有自整定功能的伺服单元可以经由过程几回试运行,自动将系统的参数整定出来,并自动实现其最优化。
            网络化:伺服系统网络化是综合自动化技术成长的必然趋向,是控制技术、计较机技术和通讯技术相连系的产物,现场总线是一种运用于生产现场,在现场装备之间、现场装备和控制装配之间实行双向、串形、多结点的数字通讯技术。现场总线现已被普遍运用在伺服系统之间、伺服系统和其它外围装备如人机界面HMI、可编程控制器PLC等信息交互传输。现场总线有以下几个类型FF;ProfiBus、WorldFIP、ControlNet/DeviveNet、CAN等。这些通讯协议都为多轴实时同步控制提供了可能性,也被一些高端伺服驱动器集成进往,从而使伺服系统到达了散布、开放、互联和高靠得住性。
        简略单纯化:这里所说的“简”不是简单而是精简,是凭据用户情况,将用户使用的伺服功能授与强化,使之专而精,而将不使用的一些功能授与精简,从而下降了伺服系统成本,为客户缔造更多的收益,且经由过程精简一些元器件,削减了资本的浪费从而利于环保。这里所说的“易”是指,伺服系统的软件编程及操作是从用户角度动身开发设计,力图简单易行,使用户调试简单。

文章来历:中国传动网