伺服驱动器的选择和技术参数数据

在工作中怎样选择合适的伺服驱动器

　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，那我们怎么选择伺服驱动器呢。

　　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，事项数字化、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。

　伺服驱动器的规格与选择

　　伺服驱动系统的应用非常广泛，举凡需要做速度控制、位置控制、轨迹控制、追踪控制与同步运转控制等场合，都是它主要的应用范围。在不同的运用场合虽然要求的特性规格与操作界面会有所不同，但其应用方法与控制原理可说是大同小异。本文将说明直流伺服驱动系统的组成，伺服系统要求规格，驱动器的规格、型式、特性与工作原理，较后再介绍一些应用实例。

　　一个伺服电机驱动系统的基本结构如图1所示，通常包含三个主要部份：伺服电动机、速度回路驱动器与位置回路控制器。伺服电机可根据应用的需要而决定是否加装转速计(tachometer)、光编码器(photo encoder)或剎车(braker)。

　　一般商品化的伺服驱动器即是指速度回路驱动器，其中包含了功率放大器与速度回路控制器，并包含适当的应用界面电路，因而能够根据应用场合做适当的组合。位置控制器一般包含位置控制器与计算机或数字界面，亦包含一些较高层次的位置命令与参数调整等界面设定，通常为一可单独销售的产品。

减定规格(wave factor) 或称之为 derating factor 为波形率(form factor)的倒数。

　　直流伺服驱动器的wave factor系指其输 出电流的平均值与rms的比值，其越接近1越好，这表示其涟波电流越小，所造成的rms扭矩损也就越小，因此系统的效率也就越高。

　　大多数的直流伺服驱动器均为模拟电压的转速输入命令，输入命令电压通常介于±10V，输入阻抗通常为10KΩ。一般工业级伺服驱动器的瞬时较大输出电流约为其额定输出电流的2～3倍，瞬时较大输出电流直接关系到驱动系统的加速能力、伺服刚性与频宽，因此是重要的性能指针。

　　在选定伺服驱动器时，其速度控制范围与速度调节(speed regulation)的能力亦是重要的考虑因素。速度控制范围直接影响到低速与高速运动的能力，一般的伺服驱动器其速控比(较高转速/较低转速)通常大于1000。

　　速度调节主要是指在环境变动或负载波动下其维持定速的能力，定义的项目通常包含：负载变动、电源电压变动与温度变动。反应时间(response time)为瞬时响应的重要指标，0-1000 rpm的反应时间为一般参考标准。

　　在额定负载下的较高转速反应时间，在设计位置回路控制器时亦为重要的参考指标。加减速特性主要指在较高转速的步阶响应其加减速的特性，图2(a)为直线一段加减速，图2(b)为直线两段加减速， 图2(c)为指数曲线加减速。一般的伺服驱动器均为直线一段线性加速，但亦可根据实际应用需要选择不同加速曲线的驱动器，或在外回路位置控制加以修改。

选择合适的伺服电机系统需要知道的技术数据有：

　　1。力矩范围 中小力矩(一般在20Nm以下) 小中大，全范围

　　2。速度范围 低(一般在2000RPM以下，大力矩电机小于1000RPM) 高(可达5000RPM),直流伺服电机更可达1~2万转/分

　　3。控制方式 主要是位置控制 多样化智能化的控制方式，位置/转速/转矩方式

　　4。。平滑性 低速时有振动(但用细分型驱动器则可明显改善) 好，运行平滑

　　5。精度 一般较低，细分型驱动时较高 高(具体要看反馈装置的分辨率)

　　6。矩频特性 高速时，力矩下降快 力矩特性好，特性较硬

　　7。过载特性 过载时会失步 可3~10倍过载(短时)

　　8。反馈方式 大多数为开环控制，也可接编码器，防止失步 闭环方式，编码器反馈

　　9。编码器类型 - 光电型旋转编码器(增量型/绝对值型)，旋转变压器型

　　10。响应速度 一般 快

　　11。耐振动 好 一般(旋转变压器型可耐振动)

　　12。温升 运行温度高 一般

　　13。维护性 基本可以免维护 较好

　　14。价格 低 高

　　伺服系统分直流伺服和交流伺服。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。

　　有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便(换碳刷)，产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

　　无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。

　　交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，较高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用，以上就是关于怎么选择伺服驱动器的介绍。