工業(yè)機器人周邊運動控制部分,伺服、步進、變頻 整理：機械580,工業(yè)機器人周邊運動控制部分有哪些？,1、伺服控制部分 2、步進控制部分 3、變頻控制部分,伺服控制,交流伺服電機的工作原理：伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的UVW三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。,伺服系統(tǒng)的組成及分類,伺服系統(tǒng)的組成： 伺服系統(tǒng)是以位置和角度為控制量的控制系統(tǒng)的總稱，與位置和角度相關(guān)聯(lián)的速度、角速度、加速度、力等為控制量的系統(tǒng)也包含在伺服系統(tǒng)內(nèi) 伺服系統(tǒng)的分類： （1）按控制結(jié)構(gòu)分類分為： 開環(huán)式、閉環(huán)式。 （2）按驅(qū)動部件分類分為： a步進電動機伺服系統(tǒng)。 b直流電動機伺服系統(tǒng)。 c交流電動機伺服系統(tǒng)。,伺服馬達（交流）的特點,1）定位精度高，普通伺服馬達可達到0036度 2）回應時間快。 3）控制方便靈活，控制系統(tǒng)易于實現(xiàn)。 4）型號較多，可根據(jù)不同的應用環(huán)境選擇不同的類型。 5）提供全閉環(huán)控制，可適時監(jiān)控運行狀況，進行適當?shù)恼{(diào)整變換,伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu),伺服控制的選型步驟,1確定機械規(guī)格，負載、剛性等參數(shù)。 2確認動作參數(shù)，移動速度、行程、加減速時間、周期、精度等。 3選擇馬達慣量，負載慣量、馬達軸心轉(zhuǎn)換慣量、轉(zhuǎn)子慣量。 4選擇馬達回轉(zhuǎn)速度。 5 選擇馬達額定扭矩。負載扭矩、加減速扭矩、瞬間最大扭矩、實效扭矩。 6選擇馬達機械位置解析度。 7根據(jù)以上選擇馬達型號。,常用伺服電機品牌,日本松下PANASONIC 日本三菱MITSUBISHI 日本三洋SANYO 臺灣東元,步進控制,步進電機的工作原理：步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（稱為“步距角”），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差（精度為100）的特點，廣泛應用于各種開環(huán)控制。,步進電機的分類,現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）和單相式步進電機等。 永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為75度 或15度； 反應式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為15度，但噪聲和振動都很大。反應式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為18度而五相步進角一般為 072度。這種步進電機的應用最為廣泛。,步進電機系統(tǒng),步進電機的靜態(tài)指標術(shù)語,a相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m表示。 b拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一 個齒距角所需脈沖數(shù) 。 c步距角：對應一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用表示。 d定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以 及機械誤差造成的） e靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。,步進電機動態(tài)指標及術(shù)語,a步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。 b失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。 c失調(diào)角： 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度 。 d最大空載起動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。 e最大空載的運行頻率：電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 f運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性 。,步進電機選型,1、步距角的選擇：電機的步距角取決于負載精度的要求 。 2、靜力矩的選擇：靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載 ，一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的23倍內(nèi)好 。 3、電流的選擇：由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流。,步進電機的一些特點,1一般步進電機的精度為步進角的35，且不累積。 2步進電機外表允許的最高溫度一般在攝氏130度以上 。 3步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 4步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn)，但若高于 一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。 5 步進電機應用于低速場合每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)。,步進電機和交流伺服電機性能比較,1、控制精度不同 五相混合式步進電機步距角一般為072 、036交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證 ，對于帶標準2500線編碼器的電機而言，其脈沖當量為360100000036，伺服電機精度要比步進馬達高。 2低頻特性不同 步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。 3過載能力不同 步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力 。 4運行性能不同 步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。,步進電機和交流伺服電機性能比較,5速度響應性能不同 步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合 6矩頻特性不同 步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，交流伺服電機為恒力矩輸出。 綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當?shù)目刂齐姍C。,常用步進馬達品牌,東方步進馬達 東元步進馬達 三洋步進馬達,變頻控制,三相鼠籠式交流電機是感應電機中最常見的一種，其構(gòu)造及特性如下：,電機的構(gòu)造示意圖,電機的特性,變頻原理,變頻器是能夠簡單、自由地改變交流電機轉(zhuǎn)速的一種控制裝置。 變頻器是通過改變交流電機電源頻率實現(xiàn)調(diào)速的：,變頻器的構(gòu)成,變頻器的構(gòu)成,變流器（整流器）：大量使用的是二極管橋整流器，如圖1 所示，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉(zhuǎn)。 平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6 倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感，采用簡單的平波回路。 逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6 個開關(guān)器件導通、關(guān)斷就可以得到3 相交流輸出。 制動回路：異步電動機在再生制動區(qū)域使用時（轉(zhuǎn)差率為負），再生能量存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。一般說來，由機械系統(tǒng)（含電動機）慣量積累的能量比電容能儲存的能量大，需要快速制動時，可用可逆變流器向電源反饋或設(shè)置制動回路（開關(guān)和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓上升。,變頻器的應用目的及用途,變頻器和交流電機構(gòu)成的可調(diào)速傳動稱為變頻器傳動，其功能用途如下。其中可能互為關(guān)連，實際上無明確分類，此表僅作參考。,變頻器品牌,國外：西門子（MM4系列包括（MM420，MM440，MM430，MM410等）、ABB（ACS系列包括（ACS350，ACS510， ACS550，ACS800等）、FUJI、日立、丹佛斯、施奈德、 國內(nèi)：中達電通（臺達）、森蘭,