伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)控制

時(shí)間：2022-01-16作者：深圳市佳怡自動(dòng)化設(shè)備有限公司瀏覽：276

一、







伺服驅(qū)動(dòng)是一種接收指令信號(hào)并與伺服機(jī)構(gòu)反饋進(jìn)行比較的自動(dòng)設(shè)備，為伺服電機(jī)提供所需的電壓，以糾正與指令狀態(tài)的任何偏差

伺服機(jī)構(gòu)的概念比使用當(dāng)前術(shù)語(yǔ)要古老得多。希臘人使用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的伺服電機(jī)不斷調(diào)整風(fēng)車(chē)的前進(jìn)方向，因此葉片總是面向風(fēng)。由于術(shù)語(yǔ)調(diào)速器、調(diào)節(jié)器和后續(xù)設(shè)備開(kāi)始使用伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器，因此這些系統(tǒng)的歷史難以追溯。

工業(yè)革命標(biāo)志著人類社會(huì)歷史的重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。需要自動(dòng)控制風(fēng)車(chē)、熔爐、鍋爐和操作員無(wú)法調(diào)節(jié)的蒸汽機(jī)的開(kāi)發(fā)?！ね咛兀↗ames Watt）在使用術(shù)語(yǔ)伺服電機(jī)之前，開(kāi)發(fā)了一種用于調(diào)節(jié)蒸汽機(jī)速度的飛球調(diào)速器，尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）使用電接觸器伺服電機(jī)在波托馬克河上測(cè)試模型船的無(wú)線控制。遠(yuǎn)程模型。

第一次世界大戰(zhàn)期間，Layrence Sperry該魚(yú)雷中的伺服電機(jī)移動(dòng)舵引導(dǎo)航向，向美國(guó)提出了空中魚(yú)雷專利申請(qǐng)。到1915年，美國(guó)伺服電機(jī)已深深扎根于美國(guó)電氣工程師社區(qū)的語(yǔ)言中。

本世紀(jì)末，GE，Westinghouse和Northrup公司進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了引入直流和交流伺服系統(tǒng)的技術(shù)。




二、







集成電機(jī)控制電子設(shè)備的機(jī)器人關(guān)節(jié)易于使用，降低接線成本和EMI這方面有很大的優(yōu)勢(shì)。探索如何克服最常見(jiàn)的安全性和集成性問(wèn)題。找到合適的電機(jī)控制器并不總是那么容易

市場(chǎng)上大多數(shù)針對(duì)工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的現(xiàn)成控制器。這種類型的伺服驅(qū)動(dòng)器的目的是覆蓋盡可能多的反饋類型和通信總線，以便它們可以覆蓋大多數(shù)應(yīng)用程序，但這特別是對(duì)于集成機(jī)器人關(guān)節(jié)有缺點(diǎn)。

利用DSP和FPGA通用的結(jié)構(gòu)會(huì)增加電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量。工業(yè)機(jī)劃軌道的工業(yè)機(jī)器設(shè)計(jì)的伺服驅(qū)動(dòng)器不會(huì)優(yōu)先考慮通信延遲。小型工業(yè)伺服驅(qū)動(dòng)器仍然比將其集成到機(jī)器人關(guān)節(jié)中的驅(qū)動(dòng)器大得多。該驅(qū)動(dòng)器比電機(jī)集成的伺服驅(qū)動(dòng)器重得多。







伺服驅(qū)動(dòng)器集成機(jī)器人關(guān)節(jié)

集成電機(jī)PEVE伺服驅(qū)動(dòng)采用最新的半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，實(shí)現(xiàn)最低待機(jī)功耗和優(yōu)化DSP實(shí)現(xiàn)高定位精度的技術(shù)。這是圖1所示的解決方案，將是現(xiàn)成的PEVE伺服驅(qū)動(dòng)集成在機(jī)器人關(guān)節(jié)內(nèi)。

使用安全的機(jī)器人關(guān)節(jié)

大多數(shù)機(jī)器人都基于機(jī)器人關(guān)節(jié)的扭矩反饋來(lái)執(zhí)行安全功能。該扭矩測(cè)量可以通過(guò)應(yīng)變計(jì)或角度傳感器來(lái)完成。通過(guò)監(jiān)測(cè)機(jī)器人關(guān)節(jié)施加的扭矩，可以控制機(jī)器人手臂在機(jī)器周?chē)蚧颊呋蛴脩羰┘拥牧?，以免?duì)任何人造成傷害。最常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)方法是使用電機(jī)控制器讀取扭矩傳感器實(shí)時(shí)確定信息EtherCAT總線反饋給主控制器。使用圖2PEVE插入式伺服驅(qū)動(dòng)器和定制接口板實(shí)現(xiàn)了一系列安全機(jī)制：

通過(guò)輸入電機(jī)控制器的轉(zhuǎn)矩輸入EtherCAT總線反饋給主控制器。該系統(tǒng)包括雙重BiSS-C編碼器和數(shù)字大廳實(shí)現(xiàn)冗余。如果編碼器不匹配，伺服驅(qū)動(dòng)器將通知主控制器。電機(jī)控制器具有安全扭矩（STO）該功能在激活時(shí)禁用功率級(jí)。超過(guò)機(jī)器人集成的極限

機(jī)械和電子工程師在設(shè)計(jì)機(jī)器人軸關(guān)節(jié)時(shí)發(fā)現(xiàn)的主要限制因素包括尋找具有足夠功率密度、正確形狀因數(shù)和低散熱量組件的復(fù)雜性。

功率密度

我們?yōu)槭袌?chǎng)上功率密度最高的機(jī)器人軸關(guān)節(jié)提供現(xiàn)成和定制的解決方案。使用新的非硅晶體管和最先進(jìn)的柵極驅(qū)動(dòng)技術(shù)使我們能夠提供高達(dá)0.21 W / mm3的功率密度比我們最接近的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手高175％，比其他伺服器高7000％驅(qū)動(dòng)供應(yīng)商。這種高功率密度使電機(jī)控制器的集成成為可能，就像以前不可能實(shí)現(xiàn)的那樣，如外科機(jī)器人或人形機(jī)器人手腕和手指的手臂執(zhí)行器末端。

尺寸和散熱

十多年來(lái)，我們一直在開(kāi)發(fā)其技術(shù)，專注于空間極為寶貴的機(jī)器人應(yīng)用。我們的解決方案是世界上最小的解決方案，僅用于外科手術(shù)機(jī)器人，光電，機(jī)器人關(guān)節(jié)或人形機(jī)器人中。但是僅靠大小是不夠的。為了將電機(jī)控制器集成到機(jī)器人關(guān)節(jié)內(nèi)，必須適當(dāng)?shù)乜刂茻崃?。靈活的架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)最高的性能和最低的散熱，待機(jī)功耗低至0.5W。

三、

【PWM頻率和電感對(duì)電機(jī)電流控制的影響




電機(jī)電感或更合適的電氣時(shí)間常數(shù)值在許多方面影響伺服驅(qū)動(dòng)器。高電感值可能限制系統(tǒng)帶寬，低電感值可能導(dǎo)致控制環(huán)不穩(wěn)定、電流讀數(shù)不準(zhǔn)確、功率損耗增加等問(wèn)題。這些問(wèn)題在高速刷電機(jī)中尤為重要，具有極低的摩擦和快速動(dòng)態(tài)特性。

注意低電感電機(jī)

低電感電機(jī)可能無(wú)法通過(guò)大多數(shù)現(xiàn)成的伺服驅(qū)動(dòng)器控制，或者可能需要修改硬件/固件才能正常運(yùn)行。請(qǐng)始終聯(lián)系制造商，以確定驅(qū)動(dòng)程序是否合適。刷直流電機(jī)更有名。

本頁(yè)重點(diǎn)介紹了高低電機(jī)電感值對(duì)整個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要影響及如何應(yīng)對(duì)。

了解低電感電機(jī)的影響，簡(jiǎn)化電機(jī)電氣模型

等效電路可用于計(jì)算所需電壓(對(duì)于多相電機(jī)，該電路將是單相表示)：







電阻R它是由形成繞組的銅線引起的，電感L磁路電路和次電路形成的磁路引起，并受繞組和鐵芯結(jié)構(gòu)的影響。E(反電勢(shì)電壓)歸因于二次電路的感應(yīng)電壓，與磁場(chǎng)變化(與電機(jī)速度相關(guān))成正比。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)和無(wú)刷永磁電機(jī)，反電勢(shì)(電勢(shì))歸因于轉(zhuǎn)子上的磁鐵。對(duì)于刷直流電機(jī)，這是由定子或勵(lì)磁繞組上的永磁體引起的。

這是一個(gè)基于眾所周知的電氣元件(如電感器和電阻器)的簡(jiǎn)化模型?，F(xiàn)實(shí)更為復(fù)雜，只有使用先進(jìn)的電磁模擬才能理解。

順便說(shuō)一句，根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)方法（表面安裝的永磁體或內(nèi)部永磁體），電感不會(huì)始終保持恒定，這將根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置、定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)而變化。

由于磁性材料的相對(duì)磁導(dǎo)率遠(yuǎn)小于周?chē)F，通過(guò)磁體的磁通量的磁阻差大于鐵路徑的磁阻。磁阻隨著轉(zhuǎn)子角度的增加而周期性變化。如果在定子線圈上測(cè)量電感，其外觀如下圖所示。

電機(jī)電感可能會(huì)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生很大的影響，尤其是在低速時(shí)

以下方式給出電機(jī)的電氣方程：

哪里：

v 是電機(jī)施加的電壓(由驅(qū)動(dòng)器生成)L 是電機(jī)的相電感（H）di/dt是電流的變化率（A / s） R 是電機(jī)的相電阻（Ω） I 通過(guò)電機(jī)的電流（A） Ke是電機(jī)電壓常數(shù)（v / RPM） ω 是電機(jī)的轉(zhuǎn)速（RPM）

電流隨時(shí)間變化可表示為：

以最小的I·R乘積和零電機(jī)速度獲得PWM調(diào)制驅(qū)動(dòng)器中最大的紋波。假設(shè)電機(jī)電壓等于母線電壓。因此，解決微分方程并使用系統(tǒng)值。





專注于等

• 詞條

  詞條說(shuō)明

• 安川機(jī)器人伺服電機(jī)維修

  安川伺服電機(jī)繞組絕緣受機(jī)械振動(dòng)（如啟動(dòng)時(shí)大電流沖擊，所拖動(dòng)設(shè)備振動(dòng)，安川伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡等）作用，使繞組出現(xiàn)匝間松馳、絕緣裂紋等不良現(xiàn)象，破壞效應(yīng)不斷積累，熱脹冷縮使繞組受到磨擦，從而加速了絕緣老化，最終導(dǎo)致最先碳化的絕緣破壞直至燒毀繞組。相應(yīng)對(duì)策： ①盡可能避免頻繁啟動(dòng)，特別是高壓安川伺服電機(jī)。 ②保證被拖動(dòng)設(shè)備和安川伺服電機(jī)的振動(dòng)值在規(guī)定范圍內(nèi)。

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