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伺服电机基础第1页/共65页第2页/共65页什么是伺服马达伺服马达之定义：伺服（Servo）源自于英文「Servant」或「Sleeve」，即指『马达能够依据命令、忠实的移动』。通过检测装置、时时刻刻的监督伺服马达是否依照所输入的指令移动。伺服马达之特长：1.由于转子惯量较小、可达成急加速、急减速、急停等要求。2.马达小型化3.具备更精密的位置及速度控制功能。第3页/共65页伺服马达之分类DC 伺服马达 AC 伺服马达1、定子为线圈2、转子为永久磁铁3、无碳刷及整流子1、线圈会旋转2、定子为永久磁铁3、有碳刷及整流子第4页/共65页DC 伺服马达与AC 伺服马达之比较 DC伺服马达1、须定期保养2、驱动器设计较为 容易3、使用寿命较短4、噪音较大5、响应较差6、启动转矩为额定扭矩AC伺服马达1、不须定期保养2、驱动器设计较为复杂3、使用寿命长4、噪音小5、响应快6、启动转矩为三倍额定扭矩第5页/共65页伺服控制原理电源主回路异步电机速度检出器逆变器IM平滑回路变流器 电压/电流检出回路速度检出回路驱动回路运算回路保护回路运转命令控制回路A控制回路B第6页/共65页伺服控制原理伺服马达与伺服驱动器之间的回授LOOP1、电流LOOP伺服马达在驱动时由于负载的关系而产生扭矩的缘故，使得流进马达的电流增大，一旦流进马达的电流过大时会造成马达烧毁的情形。为防止此一情形发生，在马达的输出位置加入电流感测装置，当马达电流超过一定电流时，切断伺服驱动器以保护马达。第7页/共65页伺服控制原理伺服马达与伺服驱动器之间的回授LOOP2、速度LOOP此LOOP是用来检测马达的旋转速度是否依照指令旋转之用，相对于控制装置所提供之指令，速度LOOP控制马达的旋转速度。第8页/共65页伺服控制原理3、位置LOOP此LOOP是用来检测由控制器所输出位置控制指令之后，伺服马达是否移动至指令位置。相对于位置指令值，当检测值过大或过小时，控制伺服马达移动其误差值的部份，达到定位之目的。第9页/共65页※依据不同的控制系统之需求，在驱动器中有三种控制模式可供选择扭矩控制速度控制位置控制第10页/共65页扭矩控制扭矩指令输入范围0 ～ ±10V【正电压－＞CCW扭力】0 ～ 额定扭力依据输入电压的大小、达到控制马达输出扭力的目的。第11页/共65页扭矩控制扭矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为 例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不 转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的 数值来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如绕线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。 第12页/共65页速度控制速度指令输入范围0 ～ ±10V【正电压－＞CCW回转】0 ～ 额定转速依据输入电压的大小、达到控制马达输出转速的目的。第13页/共65页速度模式通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。 第14页/共65页位置控制位置指令输入方式CCW/CW脉冲列A/B相位脉冲列Pulse＋Dir依据输入的脉波数目、达到控制马达定位的目的。第15页/共65页位置控制位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。应用领域如数控机床、印刷机械等等。 第16页/共65页系统的构成执行机构伺服驱动器伺服电机人机界面 上位机第17页/共65页伺服系统的介绍 按进给伺服系统分类，控制系统的构成可分为：开环回路控制半闭环回路控制全闭环回路控制第18页/共65页控制系统的构成（1/3）◎开环回路控制（OPEN LOOP）由控制器输出指令讯号，用来驱动马达依指令值位移并且停止在所指定的位置。马达传动机构控制装置驱动器第19页/共65页控制系统的构成（2/3）◎半闭环回路控制（SEMI-CLOSE LOOP）将位置或速度检出器，装置于马达轴上以取得位置回授信号及速度回