讲稿工控软件servo studenteiderElect.pptx

机电技术能力提升 伺服 伺服系统主要部件 负载 机械动力装置 – 电机 电气动力装置 – 放大器 反馈装置 带有负反馈的闭环控制系统 伺服 负载 被控对象 可控的机器部件 基本特性有惯量，摩擦力，重量 两个系统中的惯量表达 F = ma --- 直线系统 T = Jα --- 旋转系统 旋转系统中的惯量称为转动惯量 直线系统中的惯量由质量决定 伺服 稳定性 太强 – 有可能发生超调, 阻尼弱, 不完全衰减 太弱 – 响应慢, 阻尼强, 强衰减 正合适 – 饱和衰减, 阻尼小 测量一个系统对命令响应的好坏和快慢，例如：修正误差 伺服 带宽 – 这是什么? 增益下降 -3dB的频率 -3dB 对应的频率增益达到 70% 系统响应的好坏由带宽来衡量 因此，什么是带宽 ？ - 旗子的挥动 - 挥的越快，旗子跟随越困难 - 试一下挥动频率 20, 30, 40, 50, and 100 times/sec Red - waving at 20 Hz Blue - waving at 40 Hz Green - waving at 100 Hz 伺服 带宽和相位移 增益 - 输出 (实际响应) 和输入 (命令)的比例 •开始衰减点 - 响应命令的延迟 - 称为相位移 - 随着频率的增加，相位移增加 •带宽 - 增益掉到70％的频率 - 相位移到 45o 伺服 相位移和闭环速度控制 不稳定性的形成 - 命令速度超出带宽 - 响应的延迟太大 (太大的相位移) - 误差持续增加 伺服 相位移和多环调节 – 速度加电流控制环 速度环的相位移比电流环开始的要早 这种结构就不会影响电流的稳定性 如果内部环的频宽小于外部环的频宽， 则整体系统的频宽会变小。 通用的规则 - 内部环的频宽应至少10倍于外部频宽 。 伺服 带宽 – 实际考量 带宽越宽，对命令或扰动的响应越迅速 如果带宽太大,则控制系统也会把噪声响应出来并影响系统稳定。 实际机器有共振点，例如在一定的频率，系统会放大振动信号并且产生 不可控的振动。 控制系统的带宽 不要太小 – 适应快速系统响应 不要太宽 – 避免过强的响应噪声和任何原始机械的振动。 伺服 动力装置 机械动力装置 把动力供到机械系统 电气 – 伺服电机 液动 – 油压 气动 – 空压 电动装置 把动力供到机械动力装置 伺服放大器 伺服 反馈装置 把位置和速度反馈到控制器 系统的闭环是负反馈闭环 典型负反馈装置 - 转速计– 反馈速度以 volt/rpm测量 - 编码器 – 反馈位置以脉冲来测量 pulses (lines) - 电压分解器 – 以正弦曲线反馈位置 - With powerful DSP the 速度来源于位置反馈装置 参考前面 Chapter 5 “反馈装置” 进行详细了解 伺服 驱动器整体反馈控制环 3 个控制环在现代伺服驱动器中的串级调节 电流环 – 内环 速度环 – 中环 位置环 – 外环 伺服 电流控制环 电流命令的产生来自速度环 与实际电流的比较产生电流偏差 电流补偿器补偿因电机绕组阻抗, 电感, 和反电势带来的扰动来维持电流命令 电流命令随后进入动力单元 (IGBT block) 伺服 电流限制 输出到电机的电流可以在驱动器设定限制 在驱动器中设定可编程的电流牵制。 保证驱动器输出的电流不至于烧掉电机 例如 - 电机额定电流为 5A - 驱动器电流 8A - 在驱动器中设定5A限制 伺服 提供给电机的电流 动力源来自3相交流 通过整流，滤波变换为 直流电压 直流母线电压供给开关晶体管 (IGBT) 电流输出到电机。电流的大小取决于 电流命令。 伺服 并联调节器 当电机停止, 或减速 … 运动中储存的能量除了周期性的反馈回3相绕组外（导致发热），还要有一个通道来释放。 回馈到直流母线… 这部分能量分配 - 起作用 – 回馈到动力系统 - 无用功 - 发热，浪费掉 并联调节器有一个电阻使多余的能量释放掉 这个电阻称为再生制动电阻 伺服 脉宽调制 (PWM) 调制技术使动力单元的晶体管开或关 保持频率不变来调节脉冲宽度 给电机提供电流与恒功率提供来说是一种高效率方法 伺服 脉宽调制的优势 (PWM) 电子开关是一种高效元件，不产生热。当断开时（零电阻） 闭合时（电阻无穷大） 电机绕组的感应使脉冲平滑 电机中的有效电流取决于开关电流的开关比例。 脉宽调制放大器以脉冲形式的电流输入到电机绕组 (接近于梯形或正弦波） 电子开关是典型的 IGBT 功率器件用于 1KW 的应用 伺服 脉宽调制的实际运用 电子开关并不是一个理想的电阻为零的开 关器件。 开和关有一定延迟, 产生的热称为开关损耗 电机的低电感量导致产生纹波而产生热 考虑, 提升开关频率