直流伺服系統(tǒng)解析，直流伺服系統(tǒng)的組成、結構及其控制原理

　　直流伺服電機，它包括定子、轉子鐵芯、電機轉軸、伺服電機繞組換向器、伺服電機繞組、測速電機繞組、測速電機換向器，所述的轉子鐵芯由矽鋼沖片疊壓固定在電機轉軸上構成。伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉1個脈沖對應的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉一個角度，都會發(fā)出對應數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達到0.001mm。

　　直流伺服電機特指直流有刷伺服電機——電機成本高結構復雜，啟動轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便（換碳刷），會產生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它不可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。

　　直流伺服電機還包括直流無刷伺服電機——電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉動平滑，力矩穩(wěn)定，電機功率有局限做不大。容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護不存在碳刷損耗的情況，效率很高，運行溫度低噪音小，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。

　　直流伺服系統(tǒng)的結構及其原理

　　1、位置檢測與信號綜合環(huán)節(jié)

　?。?）旋轉變壓器：是一種輸出電壓隨轉角變化的角位移測量裝置。

　?。?）相敏放大器：將交流電壓轉換為與之成正比的直流電壓，并使它的極性與輸入的交流電壓的相位相適應。

　?。?）位置檢測與信號綜合環(huán)節(jié)

　　2、脈寬調制型（PWM）功率放大

　　基本原理：利用大功率電器的開關作用，將直流電壓轉換成一定頻率的方波電壓，通過對方脈沖寬度的控制，改變輸出電壓的平均值。

　?。?）PWM變換器

　　（2）雙極型PWM變換器

　　根據(jù)圖很容易導出雙極式可逆PWM變換器電樞兩端平均電壓的表達式

　　雙極式PWM變換器特點：

　　優(yōu)點：

　?、匐娏鬟B續(xù)；

　?、诳墒闺妱訖C在四個象限中運行；

　?、垭妱訖C停止時，有微振電流，能消除摩擦死區(qū)；

　?、艿退贂r，每個晶體管的驅動脈沖仍較寬，有個晶體管的可靠導通；

　?、莸退贂r平穩(wěn)性好，調速范圍寬。

　　缺點：

　　在工作過程中，四個功率晶體管都處于開關狀態(tài)，開關損耗大，且容易發(fā)生上、下兩管直通的事故。為了防止上、下兩管同時導通，在一管關斷和另一管導通的驅動脈沖之間，應設置邏輯延時。

　　直流伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析

　　影響伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，導致系統(tǒng)產生穩(wěn)態(tài)誤差的因素有以下幾個方面：由檢測元件引起的檢測誤差；由系統(tǒng)的結構和輸入信號引起的原理誤差；負載擾動引起的擾動誤差。

　　1．檢測誤差

　　2．原理誤差

　　3．擾動誤差

　　直流伺服系統(tǒng)的動態(tài)校正

　　方法：

　　1、速度調節(jié)器的設計。

　　2、位置調節(jié)器的設計。

　　直流伺服系統(tǒng)的組成及其控制

　　直流伺服和交流伺服相似，可以采用控制器開環(huán)控制方式，控制器半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制系統(tǒng)。

　　直流伺服系統(tǒng)控制面板結構如下，面板右側為與直流伺服電機接口板的接口，包括電機驅動接口和編碼器接口；左側為與運動控制器面板的接口，包括位置控制模式接口和速度控制模式接口。

　　M+，M-信號為直流無刷伺服電機的電源線，用于驅動電機的運動。

　　A+，A-，B+，B-，C+，C-，5+，0V信號為編碼器信號，用于反饋電機軸的實際位置。

　　A，/A，B，/B，C，/C，+5V，PUL+，DIR+，OGND，OVCC，GND，DAC，RESET，ALM，ENABLE為與控制器相連的控制信號。

　　其含義為：

　　A，/A，B，/B，C，/C為驅動器反饋給運動器控制器的編碼器信號。

　　+5V為電源。

　　PUL+，PUL-為脈沖信號，用于位置模式下的電機控制。

　　DIR+，DIR-為方向信號，用于位置模式下的電機控制。

　　OGND，OVCC，GND分別為模擬地，模擬電源和數(shù)字地。

　　DAC為驅動器接受的模擬控制信號，范圍一般為-10V-10V。

　　RESET，ALM，ENABLE為控制信號，分別表示驅動器的復位，報警以及使能功能。

　　直流伺服驅動器通常具有速度控制模式和位置控制模式。

　　采用位置模式時，輸入控制信號為脈沖和方向（或是正負脈沖），采用速度模式時，輸入控制信號為模擬量。驅動器將輸入信號轉化為速度控制信號，經過速度控制器轉化為電流控制信號，電流信號通過PWM回路作用于功率擴大模塊的輸出模塊，最后施加給電機。

　　直流伺服驅動器采用IDM智能伺服驅動器

　　IDM240/640是嵌入式智能、高精密、全數(shù)字化的伺服驅動器，可驅動方波或正弦波無刷伺服電機（PMSM），直流有伺服電機，通過CAN或RS-485接口可組成多達256個軸的分布式智能網絡運動系統(tǒng)，嵌入的高級可編程運動語言（TML）提供各種高級運動控制和plc專用功能。

　　主要特點如下 ：

　　分布式智能，單軸主控運行或從動軸模式

　　控制模式：位置，速度，轉矩，電壓，外部變量

　　運動模式：脈沖＋方向，電子齒輪，Profiling，Contouring

　　可編程保護：位置誤差，過流，過壓或欠壓，I2t，

　　DSP控制技術：基于MoTIonChipTM 技術

　　RS232/485串行接口，波特率可達115KB

　　CAN2.0局域總線，兼容CANopen，波特率可達1MHz

　　輸出電流：連續(xù)電流5A/8A，峰值電流16A，

　　電源電壓：12-48VDC（IDM240） ，12-48VDC（邏輯電源）/80V（電機）（IDM640）

　　緊湊結構設計：136 x 84.5 x 26 mm

　　控制軟件采用Easy MoTIon Studio，控制軟件特點如下：

　　高級圖形化評估分析編程工具EasyMoTIon Studio平臺快速設置電機、驅動器參數(shù)及編程運動程序，TML_LIB函數(shù)庫是智能化伺服驅動器在 PC上執(zhí)行運動控制應用的一個函數(shù)庫，在C/C++、Basic、Delphi、Labview開發(fā)的應用程序中調用庫中的.DLL文件執(zhí)行后，能直接與驅動器通信、設置參數(shù)、查詢狀態(tài)、傳送命令、定義運動事件，測試輸入輸出口狀態(tài)等。

　　Starter Kit for IDM640：包含驅動器的完整組件，包括一個IDM640驅動器，一個電機，一個I/O板，EasyMoTIon Studio軟件，以及應用程序的幫助和完整文件。是測試您的運動控制程序的理想實驗平臺。如上所述均包含在一個可立即運行、即插即用的組件中。

　　直流伺服電機包括如下組成部分：

　　定子：磁場—永磁體

　　轉子：電樞繞組

　　換向：換向器與碳刷

　　加于直流電機的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電機電樞線圈流過的電流，方向是交變的，從而使電樞產生的電磁轉矩的方向恒定不變，確保直流電動朝確定的方向連續(xù)旋轉。

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　　直流伺服優(yōu)點：

　　• 精確的速度控制

　　• 轉矩速度特性很硬

　　• 原理簡單、使用方便

　　• 價格優(yōu)勢

　　缺點：

　　• 電刷換向

　　• 速度限制

　　• 附加阻力

　　• 產生磨損微粒（對于無塵室）