强烈推荐通用伺服驱动系统工作原理创意版.ppt

接口说明 CAN接口：从左到右分别为CAN-，CAN+，模拟地。 RS232接口：从左到右分别为机壳地，模拟地，232TX，232RX。 旋变接口：从左到右分别为EXC+，EXC-，SIN+，SIN-，COS+，COS-，模拟地，+5V输出。 24V电源输入，上+下-。 课件 工作原理 直流伺服的依据 R L Motor u 等效电路如右所示，直流电机的电压平衡公式如右所示，R为电机绕组等效电阻，L为电机绕组等效电感，e为感应电动势。 当电压平衡时，又由于电阻比较小，u≈e。e跟电机本身有关，当电机选定后，和转速成正比，所以，控制电压就相当于控制了转速。因此，调速的依据是改变加在电机绕组上的电压。 课件 工作原理 直流伺服的依据 根据物理学的知识，我们知道，位移是速度的积分，速度是加速度的积分，为了达到快速、精确的位置控制的目的，控制器对速度和加速度都要快速准确的响应。加速度和转矩成正比，而转矩又正比于电流，所以，我们要设计三个控制环，分别对电流、速度和位置进行控制。三个环的其中部分环或全部参与控制，构成了伺服驱动器的几种工作模式。 为了能快速准确的响应，控制环都设计成闭环，即反馈控制环，如上图所示，G(s)为被控对象的模型函数，H(s)为反馈通道的传递函数。r(t)输入，u(t)是输出。 课件 工作原理 随着微电子技术、电力电子技术，嵌入式计算技术的进步，现代的伺服系统大多设计为数字伺服系统。 数字伺服系统需要硬件和软件配合来完成伺服系统的所需的功能。 硬件是伺服系统的骨架，软件是伺服系统的灵魂，通常，硬件是给伺服系统实现功能提供了条件，软件实现具体的算法。 课件 工作原理 右图是一个典型的伺服驱动系统硬件原理框图。 课件 工作原理 伺服驱动系统是典型的反馈控制系统，它遵循反馈控制系统的一般规律。 下图是一个典型的反馈控制系统。 r(t)为给定量，y(t)为反馈量，e(t)为误差信号，u(t)为输出量，G(s)为被控对象的S模型，H(s)为反馈滤波器的传递函数。 课件 工作原理 伺服驱动系统通常设计成三闭环控制器，三闭环是指电流环、速度环和位置环。 设计成三闭环是为了达到能动态响应的目的，电流环能快速跟踪电流指令，速度环快速跟随速度指令，位置环对执行机构进行精确的定位。 课件 工作原理 下图为伺服驱动系统的三闭环控制原理框图； 控制器包含ACR、ASR、APR三个控制环； 外环的输出作为内环的输入； 可以达到快速响应电流、速度和位置的目的。 课件 工作原理 设计伺服驱动系统的关键任务之一，是要设计合适的控制器（调节器）； 通常控制器设计为PID控制器，因为PID控制器适应面广，不需要被控对象精确的数学模型，参数容易整定，能解决过程控制中的大多数问题。 课件 工作原理 PID即比例、积分、微分控制器； 比例P的作用是对误差进行放大，加快响应速度； 积分的作用是提高系统型别，消除静态误差； 微分的作用是增加阻尼，提高系统的稳定性，但它对干扰很敏感，很容易带来干扰。 课件 工作原理 稳态误差 控制系统型别 v=0称为0型系统，v=1称为Ⅰ型系统，v=2称为Ⅱ型系统。 设开环传递函数为： 课件 工作原理 例1：校正前后频率响应曲线对比 课件 工作原理 上图对应的阶跃响应图 课件 工作原理 例2：校正前后频率响应曲线对比 课件 工作原理 上图对应的阶跃响应图 课件 工作原理 从前面的讨论可以看出，伺服驱动系统的工作过程很简单。 首先伺服驱动系统要接收指令； 然后，伺服装置根据用户选择的工作模式（通常有力矩、速度、位置三种），执行不同的运算及控制； 此外，伺服装置能跟其它设备接口，根据外界的环境进行启停、状态切换及保护等。 课件 工作原理 伺服驱动系统的关键之处之一是设计一个稳定可靠的硬件平台； 其二是设计适合的控制器，达到快速、平稳、准确的响应。 控制器设计完以后，需要进行参数整定。对于采用PID控制率的控制器，主要需要进行PID参数的合理设置，还需要根据电流、速度等物理量的额定值对反馈的调整系数进行合理设置。 课件 工作原理 PID参数整定的一般方法是先整定P参数，再整定I参数，最后整定D参数； 控制器参数整定一般是先整定内环参数，再整定外环参数。 伺服驱动系统都留有用户进行参数整定，反馈系数调整等接口，方便用户根据不同应用场合进行配置。 课件 That’s all. Thank you! 谢谢！ 课件 伺服驱动系统工作原理 阜特科技内部讲义 讲师：谭勇 课件 内容 基本概念 组成部分 工作原理 课件 定义 “伺服”一词源于 希腊语“奴隶(SERVO)”的意思 。 伺服系统：是使物体的位置、方位、状态等输出，能够跟随输入量（或给定值）的任意变化而变化的自动控制系统。 伺服是指装置跟随指令的能力，驱动是指