一般需要合理精致的伺服电机电磁与结构的设计

 微电机     |      2019-05-14 22:37

  天津鼎时数控设备:专注于生产、维修、调试各类伺服驱动器、伺服控制器、伺服放大器、伺服驱动、电机驱动器、伺服电机、数控机床、大功率伺服电机驱动器等。

  中国机器人产业处于大的变革时代,需要快速创新整合,机器人作为一种高新技术,是推动产业发展的重要支持手段。而要大力发展机器人产业,作为机器人核心零部件之一的伺服电机自然成了许多企业竞相布局的热门领域。伺服电机作为控制系统中的执行元件,是机器人三大核心零部件之一。机器人伺服系统由伺服电机、伺服驱动器、指令机构三大部分构成,伺服电机是执行机构,就是靠它来实现运动的,伺服驱动器是伺服电机的功率电源,指令机构是发脉冲或者给速度用于配合伺服驱动器正常工作的。平稳的转矩常数通常需要伺服电机有比较高的抗饱和能力,而且要细致考虑铁耗与摩擦损耗对转矩常数的影响,一般需要合理精致的伺服电机电磁与结构的设计才能满足转矩质量要求。

  在自动控制系统中,把输出量能以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为随动系统,亦称伺服系统。数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统,又称为随动系统。

  伺服系统由伺服驱动装置和驱动元件(或称执行元件伺服电机)组成,高性能的伺服系统还有检测装置,反馈实际的输出状态。

  数控机床伺服系统的作用在于接受来自数控装置的指令信号,驱动机床移动部件跟随指令脉冲运动,并保证动作的快速和准确,这就要求高质量的速度和位置伺服。以上指的主要是进给伺服控制,另外还有对主运动的伺服控制,不过控制要求不如前者高。数

  (1)稳定性好:稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下,能在短暂的调节过程后到达新的或者回复到原有平衡状态。

  (2)精度高:伺服系统的精度是指输出量能跟随输入量的精确程度。作为精密加工的数控机床,要求的定位精度或轮廓加工精度通常都比较高,允许的偏差一般都在0.01~0.00lmm之间。

  (3)快速响应性好:快速响应性是伺服系统动态品质的标志之一,即要求跟踪指令信号的响应要快,一方面要求过渡过程时间短,一般在200ms以内,甚至小于几十毫秒;另一方面,为满足超调要求,要求过渡过程的前沿陡,即上升率要大。

  (2)有多种反馈比较原理与方法:根据检测装置实现信息反馈的原理不同,伺服系统反馈比较的方法也不相同。目前常用的有脉冲比较、相位比较和幅值比较3种。

  (3)高性能的伺服电动机(简称伺服电机):用于高效和复杂型面加工的数控机床,伺服系统将经常处于频繁的启动和制动过程中。要求电机的输出力矩与转动惯量的比值大,以产生足够大的加速或制动力矩。要求伺服电机在低速时有足够大的输出力矩且运转

  (4)宽调速范围的速度调节系统,即速度伺服系统:从系统的控制结构看,数控机床的位置闭环系统可看作是位置调节为外环、速度调节为内环的双闭环自动控制系统,其内部的实际工作过程是把位置控制输入转换成相应的速度给定信号后,再通过调速系统

  驱动伺服电机,实现实际位移。数控机床的主运动要求调速性能也比较高,因此要求伺服系统为高性能的宽调速系统。

  现代工业设备应用中在高精度应用场合随着伺服电机技术的发展,从高扭矩密度乃至于高功率密度,使转速的提升高过3000rpm,由于转速的提升,使得伺服电机的功率密度大幅提升。这意谓着伺服电机是否需要搭配减速机,其决定因素主要是从应用的需求上及成本的考虑来审视。以下应用场合必须搭配伺服行星减速机。1、重负荷高精度:必须对负载做移动并要求精密定位时便有此需要。一般像是航空、卫星、医疗、军事科技、晶圆设备、机器人等自动化设备。平稳的转矩常数通常需要伺服电机有比较高的抗饱和能力,而且要细致考虑铁耗与摩擦损耗对转矩常数的影响,一般需要合理精致的伺服电机电磁与结构的设计才能满足转矩质量要求。

  伺服系统按其驱动元件划分,有步进式伺服系统、直流电动机(简称直流电机)伺服系统、交流电动机(简称交流电机)伺服系统。按控制方式划分,有开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统等,实际上数控系统也分成开环、闭环和半闭环3种类型,就

  图1是开环系统构成图,它主要由驱动电路,执行元件和机床3大部分组成。常用的执行元件是步进电机,通常称以步进电机作为执行元件的开环系统为步进式伺服系统,在这种系统中,如果是大功率驱动时,用步进电机作为执行元件。驱动电路的主要任务

  闭环系统主要由执行元件、检测单元、比较环节、驱动电路和机床5部分组成。其构成框图如图2所示。在闭环系统中,检测元件将机床移动部件的实际位置检测出来并转换成电信号反馈给比较环节。常见的检测元件有旋转变压器、感应同步器、光栅、磁栅

  和编码盘等。通常把安装在丝杠上的检测元件组成的伺服系统称为半闭环系统;把安装在工作台上的检测元件组成的伺服系统称为闭环系统。由于丝杠和工作台之间传动误差的存在,半闭环伺服系统的精度要比闭环伺服系统的精度低一些。

  比较环节的作用是将指令信号和反馈信号进行比较,两者的差值作为伺服系统的跟随误差,经驱动电路,控制执行元件带动工作台继续移动,直到跟随误差为零。根据进入比较环节信号的形式以及反馈检测方式,闭环(半闭环)系统可分为脉冲比较伺服系统

  由于比较环节输出的信号比较微弱,不足以驱动执行元件,故需对其进行放大,驱动电路正是为此而设置的。

  执行元件的作用是根据控制信号,即来自比较环节的跟随误差信号,将表示位移量的电信号转化为机械位移。常用的执行元件有直流宽调速电动机、交流电动机等。执行元件是伺服系统中必不可少的一部分,驱动电路是随执行元件的不同而不同的。

  伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分,被广泛应用于工业机器人及数控加工中心等自动化设备中。尤其是应用于控制交流永磁同步电机的伺服驱动器已经成为国内外研究热点。当前交流伺服驱动器设计中普遍采用基于矢量控制的电流、速度、位置3闭环控制算法。该算法中速度闭环设计合理与否,对于整个伺服控制系统,特别是速度控制性能的发挥起到关键作用。无刷直流电机由电机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。无刷电机的种类很广泛,并且几乎不存在有刷电机的所有缺点,无刷电机磨损小、噪音低、干扰低,可以说无刷电机相对于有刷电机具有很大的优势。