伺服技术入门.ppt

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1、www.sanyodenki.co.jp伺服伺服技术入门技术入门（初级篇初级篇）年年9 9月月1313日日伺服伺服指的是？指的是？伺服伺服的意思的意思伺服伺服正确来说是正确来说是伺服伺服机构机构（Servomechanism）是自动控制的一个分科是自动控制的一个分科 控制控制指的是？指的是？自动控制自动控制指的是？指的是？某种装置自动使控制对象按某种某种装置自动使控制对象按某种目的运作目的运作是事物按目的运作是事物按目的运作自动控制自动控制的分类的分类自动控制自动控制维持目标值控制维持目标值控制维持恒定控制维持恒定控制使使物体物体的的机械机械性性位置位置按期望变化的按期望变化的控制控制过程过程

2、控制控制自动自动调整调整伺服伺服控制控制伺服伺服系统指的是系统指的是是使物体的位置、方位、状态等输出是使物体的位置、方位、状态等输出能够跟随目标值的任意变化而变化的能够跟随目标值的任意变化而变化的自动自动控制控制系统。系统。生活中生活中的的自动控制自动控制用杯子在水龙头接水用杯子在水龙头接水人人在无意识中考虑了在无意识中考虑了水量水量时间时间需要时间需要时间水量水量满满 一半一半少少量量快快 慢慢监视水龙头的监视水龙头的水流水流，杯子的，杯子的水量水量，在接近目标，在接近目标是的时候关闭水龙头。是的时候关闭水龙头。伺服技术相关物理伺服技术相关物理（）（）（）速度（）速度使用数值表示的话使用数值

3、表示的话物体物体的的位置位置方位方位状态等能状态等能按目标动作按目标动作伺服伺服是是 速率速率 速度速度伺服技伺服技术相关物理相关物理（）（）速率速率速度速度力学力学上的定上的定义一定一定时间时间（单位时间单位时间）内内物体物体移动的距离移动的距离速率以及速率的方向速率以及速率的方向表示速率表示速率长度长度时间时间比重等的比重等的大大小小的的是是标标量量矢量矢量表示表示大小大小以及以及方向方向的是的是伺服技术相关物理伺服技术相关物理（）（）速率速率转矩转矩量量用用“V”表示表示 加速度加速度 力力方向方向V V速度速度的大小的大小V V伺服技术相关物理伺服技术相关物理（）（）/min伺服伺服常

4、用的速率单位常用的速率单位V10/min以以毎分毎分动作的动作的工作工作机械台机械台马达选定参考速率与速度马达选定参考速率与速度NCNC工作工作机械或机器人则参考转矩量机械或机器人则参考转矩量直角坐标系直角坐标系极坐标系极坐标系圆筒坐标系圆筒坐标系伺服技术相关物理伺服技术相关物理（）（）V VV V V V V =VcosV =Vsintan=Vy/Vx 解解VxVx，VyVy可得可得V=VxV=Vx2 2 V V 2 2假设假设V V与与X X軸軸的角度为的角度为矢量矢量表示表示大小大小及及方向方向二者二者完成目标的方向性完成目标的方向性伺服的种类伺服伺服有有电气伺服电气伺服油压伺服油压伺服

5、空空压压伺服伺服等等。伺服的种类优点缺点电气式高响应、高精度化高性能化与油压、空压式相比价格高与油压、空压式相比更难调整油压式追求大功率化保全性不好（油污重）空压式性价比好高功率化、高精度化困难伺服系统的构成电气式伺服系统的构成电气式伺服系统的构成伺服马达伺服马达将电能转换为动能将电能转换为动能（回转回转、转矩、推力、转矩、推力等等），并传导动力至传达装置。，并传导动力至传达装置。给给马马达达供供电电。给给马马达达提提供供指指令令（位位置置、速速度度、转转矩矩）与与马马达达实实际际动动作的误差作的误差（偏差偏差）相对应的电流相对应的电流。驱动装置（伺服驱动、驱动装置（伺服驱动、驱动器驱动器）转

6、矩转矩伺服系统的构成电气式伺服系统的构成电气式伺服系统的构成 检出器检出器伺伺服服马马达达的的位位置置、速速度度等等的的传传感感器器。伺伺服服驱驱动动读读取取闭闭环环控控制制用用的的反反馈馈信号。信号。控制控制装置（装置（CNCCNC、机器人控制器等机器人控制器等）为为实实现现机机械械控控控控制制的的核核心心装装置置，可可对对伺伺服服马马达达驱驱动动等等实实施施指指令令生生成成等。等。伺服系统的构成 动力传送装置动力传送装置（滚珠丝杆，减速机滚珠丝杆，减速机等）等）将将伺服马达伺服马达的动向机械传输的传送装置的动向机械传输的传送装置伺服系统伺服系统的构成的构成负负荷荷动力传送动力传送装置装置控

7、制控制装置装置位置、速度、位置、速度、转矩指令转矩指令驱动驱动装置装置（伺服（伺服驱动驱动）伺服马达伺服马达检出器检出器（传感器传感器）位置、速度、位置、速度、转矩信息转矩信息电能电能机械能机械能一般为输入脉冲列一般为输入脉冲列（位置指令）、（位置指令）、模拟电压模拟电压指令（速度，转矩指令）指令（速度，转矩指令），但现也在推行串，但现也在推行串行行通信化。通信化。伺服马达的种类伺服马达（伺服马达（有碳刷有碳刷）同步同步式伺服马达（式伺服马达（无碳刷无碳刷）三相异步三相异步伺服马达伺服马达（）回转回转马达马达磁浮磁浮马达马达DDDD马达马达控制控制比比较简单较简单。碳刷与碳刷与整流整流子子（整

8、流器整流器）有机械性的有机械性的接触（接触（摩擦摩擦），故，故其寿命有所限制其寿命有所限制。与与伺服马达伺服马达的的基本特性基本特性相同相同。因无碳刷，故寿命长因无碳刷，故寿命长。转子不使用转子不使用永磁。永磁。与与伺服马达伺服马达相比价格上比较有利相比价格上比较有利。机器人机器人、工作机械工作机械、产业机器上产业机器上伺服马达伺服马达为为主流。主流。伺服马达的构造马达马达凸轮凸轮转子转子（永磁）（永磁）定子定子（线圈线圈）刹车刹车（可选可选）传感器传感器轴承轴承刹车传感器定子转子AC伺服马达的回转原理 磁界磁界磁界磁界磁界磁界定子定子线圈线圈转子转子（永磁）（永磁）将称为将称为相、相、相相、

9、相、相的三个线圈按各的三个线圈按各度度配置配置。永磁位于相位置时给相通电，此时受转矩影响定子（永磁）会回转至相位置。再给相通电，永磁则回转至相位置。如此按切换各线圈通电的顺序，则转子就可以持续运转了。伺服马达参数表伺服马达伺服马达类型类型 R2AAR2AA08020F08020F06040F06040F08040F08040F组合组合伺服驱动伺服驱动的的驱动容量驱动容量RS2A01RS2A01RS2A03RS2A03RS2A03RS2A03*额定额定功率功率P PR RkWkW0.20.20.40.40.40.4*额定转速额定转速N NR Rminmin-1-13000300030003000

10、30003000*最高转速最高转速N Nmaxmaxminmin-1-1600060006000600060006000*额定转矩额定转矩T TR RN N m m0.6370.6371.271.271.271.27*连续失速连续失速转矩转矩T TS SN N m m0.6860.6861.371.371.371.37*瞬时最大转矩瞬时最大转矩T TP PN N m m2.22.24.84.84.44.4*额定电流额定电流I IR RArmsArms1.51.52.82.82.62.6*连续失速连续失速电流电流I IS SArmsArms1.51.52.82.82.62.6*瞬时最大电流瞬时最

11、大电流I IP PArmsArms4.84.810.810.88.98.9转矩转矩常常数数K KT TN N m/Armsm/Arms0.5160.5160.5240.5240.5590.559毎相电压毎相电压常常数数K KEEmV/minmV/min-18.018.018.318.319.519.5相电枢电阻相电枢电阻R R2.32.31.361.360.930.93*额定额定功率比功率比Q QR RkW/skW/s8 839391616转动惯量转动惯量注注1)1)J JM Mkgkg 2 2(GD(GD2 2/4)/4)1010-4-40.5230.5230.4150.4151.0431.

12、043质量质量注注1)1)WEWEkgkg1.21.21.31.31.61.6制动器质制动器质量量W Wkgkg0.850.850.350.350.850.85铝铝板板mmmmt6t6250250t6t6250250t6t6250250伺服马达特性表瞬时領域連続領域31伺服驱动控制环（）电流电流控制器控制器速度速度控制器控制器位置位置控制器控制器力量力量 转换器转换器速度指令速度指令电流指令电流指令电流反馈电流反馈电流电流检出检出器器马达马达速度速度检出器检出器位置位置检出器检出器速度反馈速度反馈位置反馈位置反馈控制装置控制装置位置指令位置指令伺服驱动伺服驱动 电电流控制流控制环环与指令一致的

13、电流通电的控制环。（，伺服马达的时候，电流控制控制马达的转矩（力）。）速度控制速度控制环环用与指令一致的速度使马达转动的控制环。位置控制位置控制环环确保与指令一致的位置的控制环。使用三个反馈环，实现与控制使用三个反馈环，实现与控制装置装置一致的动作一致的动作。伺服驱动的控制环（）各控制环各控制环的响应的响应性性能保持以下的特性的话，就能实现平能保持以下的特性的话，就能实现平稳的动作。稳的动作。位置环位置环的的响应性速度环响应性速度环的的响应性电流环响应性电流环的的响应性响应性电流控制环电流控制环为为固定値。固定値。能确保充分的能确保充分的响应性响应性，故不需要调整，故不需要调整。电流控制环电流

14、控制环增益设定越高其追随性就越好增益设定越高其追随性就越好。但设定为机械的但设定为机械的响响应周波数以上应周波数以上的话，就会发生振动的话，就会发生振动。速度控制环速度控制环位置控制环位置控制环增益设定越高其定位时间就越短。但设定为机械的增益设定越高其定位时间就越短。但设定为机械的响应周波数响应周波数以上以上的话，就会发生振动的话，就会发生振动。伺服增益与响应（）修修正正力力强强弱弱追追随随性性高高低低弱弱强强动作快慢动作快慢周波数周波数慢慢快快比例增益比例增益全体全体上下浮动上下浮动积分积分增益增益变更为变更为低低周波数周波数上的强度上的强度转矩指令转矩指令滤波器变更滤波器变更为为高周波数高

15、周波数上的强度。上的强度。伺服增益伺服增益的印象的印象图（速度环）图（速度环）伺服增益与响应（）机械系共振点机械系共振点积分增益积分增益在不发生在不发生共振共振的范围内提高的范围内提高比例比例增益增益在不发生在不发生共振共振的范围内提高的范围内提高机械系共振点机械系共振点机械系共振点机械系共振点不再振动不再振动使用使用转矩指令转矩指令滤波器滤波器、转矩、转矩陷波滤波器陷波滤波器伺服增益伺服增益的的调整（速度环）调整（速度环）伺服增益与响应（）速度控制速度控制环环的的响应响应的的変化変化位置控制环位置控制环的的响应响应的的変化変化KP1KP130301/s1/sKVP1KVP15858HzHzT

16、VI1TVI117.317.3msmsJRAT1JRAT1174174%比例增益比例增益低低KP1KP160601/s1/sKVP1KVP15858HzHzTVI1TVI117.317.3msmsJRAT1JRAT1174174%KP1KP11001001/s1/sKVP1KVP15858HzHzTVI1TVI117.317.3msmsJRAT1JRAT1174174%KP=KP=（KVP/KVP/）为目标为目标伺服增益与响应（）位置控制环位置控制环的的响应响应的的変化（停止整停时変化（停止整停时间间）伺服增益与响应（）KP1KP160601/s1/sKVP1KVP15858HzHzTVI1T

17、VI117.317.3msmsJRAT1JRAT1174174%脉冲的输出脉冲的输出位置偏差位置偏差INPINP信号信号停止整停时停止整停时间间112.5msec112.5msecKP1KP11001001/s1/sKVP1KVP15858HzHzTVI1TVI117.317.3msmsJRAT1JRAT1174174%停止整停时停止整停时间间75msec75msec位置控制环位置控制环的的响应响应的的変化（停止整停时変化（停止整停时间间）转矩指令陷波滤波器的效果共振点共振点共振周波数：共振周波数：724Hz 724Hz 设定设定转矩转矩陷波滤波器陷波滤波器TCNFILATCNFILA：724Hz 724Hz