部分内容引自《变频器与步进/伺服驱动技术完全精通教程》——伺服系统及原理

　　伺服系统既可以是开环控制方式也可以是闭环控制方式。本文按后者叙述。

　　伺服系统servomechanism指经由闭环控制方式达到对一个机械系统的位置、速度和加速度的控制。

　　一个伺服系统的构成包括被控对象、执行器和控制器负载、伺服电动机和功率放大器、控制器和反馈装置。

　　下图为一般工业用伺服系统的组成框图其中红色为伺服驱动器组成部分黄色为伺服电机组成部分。

　　“伺服”——词源于希腊语“奴隶”的意思。人们想把“伺服机构”当成一个得心应手的驯服工具服从控制信号的要求而动作在讯号来到之前转子静止不动讯号来到之后转子立即转动当讯号消失转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能因此而得名——伺服系统。

　　运动控制Motion ControlMC起源于早期的伺服控制。简单地说运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。

　　检测误差包括给定位置传感器和反馈位置传感器的误差传感器本身固有无法克服

　　只要pq0对阶跃输入信号就有足够的跟踪能力对于速度输入信号,I型系统跟踪能力大幅削弱跟随误差与开环传递函数的比例系数成反比II型仍具有优良跟踪能力对于加速度输入信号仅II型系统能勉强跟随。

　　编码器encoder是将信号如比特流或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设。

　　根据检测原理编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式可分为增量式、式以及混合式三种。

　　式就是对应一圈运动部件的每一运动位置都有一个对应的编码常以多位二进制码来表示通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量即使断电之后再重新上电也能读出当前位置的编码数据记忆功能。注意

　　单圈值编码器断电后电机移动超过半圈后会导致位置丢失多圈值编码器

　　断电后电机移动超过2048圈后会导致位置丢失。编码器和电流环没有任何联系它的采样来自于电机的转动。

　　严格来讲伺服电机一转所需上位机发送脉冲数与编码器线数和电子齿轮比有关。步进电机编码器位数

　　A相、B相、Z相旋转输出脉冲电压三相脉冲各自独立A相和B相脉冲量相等但是A相和B相之间存在一个90°电气角的一周期为360°的电气角相位差可以根据这个相位差来判断编码器旋转的方向是正转还是反转正转时A相超前B相90°先进行相位输出反转时B相超前A相90°先进行相位输出。Z相为一圈一个脉冲电压。

　　方波输出的有两种单相编码器输出一相脉冲正交编码器输出两相相位相差90度的脉冲在0度、90度、180度、270度相位角,这四个位置有上升沿和下降沿。

　　以正交编码器为例4倍频的意义在于在1/4T方波周期就可以有方向变化的判断这样1/4的T周期就是小测量步距通过电路对于这些上升沿与下降沿的判断,可以4倍于PPR读取位移的变化,这就是方波的四倍频。这种判断也可以用逻辑来做0代表低1代表高A/B两相在一个周期内变化是0 00 11 11 0 。这种判断不仅可以4倍频还可以判断移动方向。

　　式码盘在任意位置都可给出与位置相对应的数字转角输出量不存在四倍频的问题。

　　刚性连接而用同步带或者皮带来连接电机和负载就是柔性连接。

　　响应时间电气系统的响应时间即给定一个位置、速度、转矩指令到电机运行至该位置、速度、转矩的时间。

　　在位置模式下用力让电机偏转如果伺服系统的响应速度够快当伺服系统刚刚检测到偏差就立即输出一个较大的反向力则电机偏转角度较小说明伺服系统刚性较强。

　　电机惯量指的是转子本身的惯量即转动惯量只跟转动半径和物体质量有关分为大、中、小惯量从响应角度来讲电机的转子惯量应小为好从负载角度来看电机的转子惯量越大越好。

　　导轨和丝杠的转动惯量对伺服电机传动系统的刚性影响很大固定增益下负载的转动惯量越大刚性越大越易引起机械共振为了使电机不抖动需要做到惯量匹配

　　即设置合适的负载惯量比。一般是要调控制器增益改变系统响应进而达到惯量匹配也可以选用刚性较高的机台以避免机械共振机台具有的容许响应频率。如何理解伺服电机的刚性和惯量

　　任何旋转物体均有惯量存在惯量大小直接反应旋转时加/减速所需转矩大小及时间长短。因此选用电机时必须计算出电机的负载惯量才能据此选择所需电机的规格。如若选定的电机无法在希望的加速时间到达预定转速必定是电机输出转矩不符合负载的需求须加大电机的输出转矩。

　　力矩力对刚体转动的影响不仅与力的大小和方向有关还与力相对于转矩的位置有关为了描述力对刚体转动的作用需要引入力对转轴的力矩这一新的物理量。

　　转矩即转动力矩一般指旋转的物体所受到的力矩。

　　任何元件在转矩的作用下必定产生某种程度的扭转变形因此习惯上又常把转动力矩叫扭转力矩简称扭矩。

　　脉冲当量是指控制器输出一个定位控制脉冲时所产生的定位控制移动的位移。即

　　。线性运动是指距离圆周运动是指角度。脉冲当量越小定位控制的分辨率越高加工精度也越高。所有的定位控制位移量以脉冲量为单位计算脉冲数。

　　电机编码器接收脉冲与上位机发送脉冲之比可在驱动器或者控制器上设置。由此可知

　　伺服的控制方式有3种分别是位置控制、速度控制和转矩控制。1、转矩控制电流环/单环 控制

　　转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。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。主要应用于需要严格控制转矩的场合在转矩模式下驱动器的运算小动态响应快。

　　速度控制速度环、电流环/双环 控制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。速度控制包含了速度环和电流环。任何模式都必须使用电流环电流环是控制的跟本。

　　3、位置控制三环控制伺服中常用的控制。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类似步进电机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外部模拟量的输入。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。步进电机

　　位置控制模式下系统进行了所有 3 个环的运算此时的系统运算量动态响应速度也慢。

　　转矩控制是指伺服驱动器仅对电机的转矩进行控制速度控制是指驱动器仅对电机的转速和转矩进行控制位置控制是指驱动器对电机的转速、转角和转矩进行控制

　　环为电流环内环此环完全在伺服驱动器内部进行其PID常数已被设定无需更改。电流环的输入是速度环PID调节后的输出电流环的输出就是电机的每相的相电流。**电流环的功能为对输入值和电流环反馈值的差值进行PD/PID调节。**电流环的反馈来自于驱动器内部每相的霍尔元件。电流闭环控制可以抑制起、制动电流加速电流的响应过程。

　　第二环为速度环中环。速度环的输入就是位置环PID调节后的输出以及位置设定的前馈值。**电流环的功能为对输入值和速度环反馈值的差值进行PI调节。**速度环的反馈来自于编码器的反馈后的值经过“速度运算器”的计算后得到的。第三环为位置环外环。位置环的输入就是外部的脉冲。**位置环的功能为对输入值和位置环反馈值的差值进行P调节。**位置环的反馈来自于编码器反馈的脉冲信号经过“偏差计数器”的计算后得到的。位置调节器APR其输出限幅值是电流的值决定着电动机的转速。

　　多环控制系统调节器的设计方法是从内环到外环逐个设计各环调节器使每个控制环都是稳定的从而保证整个控制系统的稳定性每个环节都有自己的控制对象分工明确易于调整。这种设计的缺点在于对外环控制作用的响应不会很快。

　　伺服电机三环电流环、速度环、位置环控制原理及参数调节

　　关于位置或速度响应频率的选择必须由机台的刚性及应用的场合来决定一般而言高频度定位的机台或要求精密加工的机台需要设定较高的响应频率但设定较高的响应频率容易引发机台的共振因此有高响应需求的场合需要刚性较高的机台以避免机械共振。在未知机台的容许响应频率时可逐步加大增益设定以提高响应频率直到共振音产生时再调低增益设定值。

　　负载惯性比越大速度回路的响应频率会下降必须加大 KVP 以维持速度的响应频率

　　在加大 KVP 的过程可能产生机械共振音请尝试利用本参数将噪音消除。越大的

　　设定对高频噪音的改善越明显但是过大的设定会导致速度回路不稳定及过冲的现象

　　位置比例增益设置值越大增益越高刚度越大相同频率指令脉冲条件下位置滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调位置前馈增益位置环的前馈增益大控制系统的高速响应特性提高但会使系统的位置不稳定容易产生振荡

　　速度比例增益设置值越大增益越高刚度越大相同频率指令脉冲条件下速度滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调

　　速度积分时间常数设置值越小积分速度越快。

　　速度反馈滤波因子数值越大截止频率越低电机产生的噪音越小数值越小截止频率越高速度反馈响应越快。

　　两大类。采用电流闭环控制后二者具有相同的控制对象数学模型。因此

　　对于闭环伺服控制系统常用串联校正或并联校正方式进行动态性能的调节。校正装置串联配置在前向通道的校正方式称为串联校正一般把串联校正单元称作调节器所以又称调节器校正若校正装置与前向通道并行称为

　　。a调节器校正常用的调节器有PD调节器、PI调节器和PID调节器。设计中根据实际伺服系统的特征进行选择。

　　步进电机多运行于开环控制伺服电动机运行于闭环控制。使用步进电机的场合要么不需要位置反馈要么在其他设上进行位置反馈

　　伺服电机低频特性好过载能力大响应时间短

　　步进电机只能接受脉冲信号二电动机可以接受模拟信号、脉冲信号和总线通信信号

　　伺服电机和步进电机常被搞混二者外形相似区别点在于伺服电机尾部的反馈装置此外步进电机一般都是一个引出线c;伺服电机由于带编码器所以有2个引线;编码线;。

　　（servomechanism）又称随动系统，是用来地跟随或复现某个过程的反馈

　　使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动

　　命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置

　　的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行

　　，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。下面本文就为大家介绍一下伺服驱动器的工作

　　方式要根据客户的要求，满足何种运动功能来选择。如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位

　　需要使用传感器获取机器人运动的信息，编码器是常用的方式。常见的编码器有增量式编码器和式编码器。式编码器式编码器通过对码盘上的各个位置设计特定的编码，可以输出转动轴的位置信息。 增量式编码器增量式编码器无法直接得到轴的位置信息。对于轴的每一圈转动，增量式编码器提供一定数量的脉冲（通常编码器参数中用n线/n脉冲来表示）。通过测量脉冲的数量可以得

　　本书目的 三相PMSM的数学建模 三相PMSM的基本数学模型 PMSM转子结构分类 PMSM模型假设 PMSM的基本数学模型4个方程自然坐标系下 三相PMSM的坐标变换 Clark变换 iClark变换 Park变换 iPark变换 Clark变换到Park变换 坐标变换仿真建模 书中坐标系和MATLAB自身坐标系之间的关系 同步旋转坐标系dq下的P

　　的电源线，用于驱动电机的运动。A+,A-,B+,B-,C+,C-,...

　　方式要根据客户的要求，满足何种运动功能来选择。 如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。 如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是

　　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的线Nm：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...

　　的PID调节算法实现，本算法已应用与高速绘图仪，仅作参考，弱用于商业用于，步进电机不承担任何责任。

　　1.定义 伺服来自英文单词“servo”，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。

　　是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标值（或给定值）的任意变化而变化的自动

　　平台作为一种高性能的测试方式已经被广泛应用，人们对伺服性能的要求也在不断提高。 一、三环

　　1、首先是电流环，此环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流，负反馈给电流的设定进行PID调节，从而达到输出电流尽量接近等于...

　　“STEP7 Basic的许可无法彻底完成，因为Automation License Manager服务未在运行” 的解决办法

　　关于WinCC V7.4的【WinCC 运行系统许可证】弹窗问题以及替代性的解决方法
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