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行业新闻

什么是伺服电机

伺服电机(servo motor )是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降。

工作原理

1、伺服系统(servo mechanism)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(或给定值)的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护不方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。

2、交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。

3、伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。

交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别:交流伺服要好一些,因为是正弦波控制,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单,便宜。

发展历史

自从德国MANNESMANNRexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统,这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期,各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全满足运动控制的要求,近年来随着微处理器、新型数字信号处理器(DSP)的应用,出现了数字控制系统,控制部分可完全由软件进行,分别称为摪胧只瘆或抟旌鲜绤、撊只瘆的永磁交流伺服系统。

到目前为止,高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机,控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。

日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器,其中D系列适用于数控机床(最高转速为1000r/min,力矩为0.252.8N.m),R系列适用于机器人(最高转速为3000r/min,力矩为0.0160.16N.m)。之后又推出MFSHCG 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C154CPU和门阵列芯片控制,力矩波动由24%降低到7%,并提高了可靠性。这样,只用了几年时间形成了八个系列(功率范围为0.056kW)较完整的体系,满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。

以生产机床数控装置而著名的日本法奴克Fanuc)公司,在20世纪80年代中

期也推出了S系列(13个规格)和L系列(5个规格)的永磁交流伺服电动机。L系列

有较小的转动惯量和机械时间常数,适用于要求特别快速响应的位置伺服系统。

日本其他厂商,例如:三菱电动机(HC-KFSHC-MFSHC-SFSHC-RFSHC-UFS系列)、东芝精机(SM系列)、大隈铁工所(BL系列)、三洋电气(BL系列)、立石电机(S系列)等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。

德国力士乐公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC系列交流伺服电动机共有7个机座号92个规格。

德国西门子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁交流伺服电动机分为标准型和短型两大类,共8个机座号98种规格。据称该系列交流伺服电动机与相同输出力矩的直流伺服电动机IHU系列相比,重量只有后者的12,配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列,最多的可供6个轴的电动机控制。

德国宝石(BOSCH)公司生产铁氧体永磁的SD系列(17个规格)和稀土永磁的SE系列(8个规格)交流伺服电动机和Servodyn SM系列的驱动控制器。

美国著名的伺服装置生产公司Gettys曾一度作为Gould 电子公司一个分部(Motion Control Division),生产M600系列的交流伺服电动机和A600 系列的伺服

驱动器。后合并到AEG,恢复了Gettys名称,推出A700全数字化的交流伺服系统。

美国A-BALLEN-BRADLEY)公司驱动分部生产1326型铁氧体永磁交流伺服电动机和1391型交流PWM伺服控制器。电动机包括3个机座号共30个规格。

I.D.(Industrial Drives)是美国著名的科尔摩根Kollmorgen)的工业驱动分部,曾生产BR-210BR-310BR-510 三个系列共41个规格的无刷伺服电动机和BDS3型伺服驱动器。自1989年起推出了全新系列设计的掺鹣盗袛(Goldline)永磁交流伺服电动机,包括B(小惯量)、M(中惯量)和EB(防爆型)三大类,有1020406080五种机座号,每大类有42个规格,全部采用钕铁硼永磁材料,力矩范围为0.84111.2N.m,功率范围为0.5415.7kW。配套的驱动器有BDS4(模拟型)、BDS5(数字型、含位置控制)和Smart Drive(数字型)三个系列,最大连续电流55AGoldline系列代表了当代永磁交流伺服技术最新水平。

爱尔兰的Inland原为Kollmorgen在国外的一个分部,现合并到AEG,以生产直流伺服电动机、直流力矩电动机和伺服放大器而闻名。生产BHT110022003300三种机座号共17种规格的SmCo永磁交流伺服电动机和八种控制器。

法国Alsthom集团在巴黎的Parvex工厂生产LC系列(长型)和GC系列(短型)

交流伺服电动机共14个规格,并生产AXODYN系列驱动器。

原苏联为数控机床和机器人伺服控制开发了两个系列的交流伺服电动机。其中ДBy系列采用铁氧体永磁,有两个机座号,每个机座号有3种铁心长度,各有两种绕组数据,共12个规格,连续力矩范围为735N.m2ДBy系列采用稀土永磁,6个机座号17个规格,力矩范围为0.1170N.m,配套的是3ДБ型控制器。

近年日本松下公司推出的全数字型MINAS系列交流伺服系统,其中永磁交流伺服电动机有MSMA系列小惯量型,功率从0.035kW,共18种规格;中惯量型有MDMAMGMAMFMA三个系列,功率从0.754.5kW,共23种规格,MHMA系列大惯量电动机的功率范围从0.55kW,有7种规格。

韩国三星公司近年开发的全数字永磁交流伺服电动机及驱动系统,其中FAGA交流伺服电动机系列有CSMCSMGCSMZCSMDCSMFCSMSCSMHCSMNCSMX多种型号,功率从15W5kW

现在常采用(Powerrate)这一综合指标作为伺服电动机的品质因数,衡量对比各种交直流伺服电动机和步进电动机的动态响应性能。功率变化率表示电动机连续(额定)力矩和转子转动惯量之比。

按功率变化率进行计算分析可知,永磁交流伺服电动机技术指标以美国I.D Goldline系列为最佳,德国SiemensIFT5系列次之。

选型比较

步进电机作为一种开环控制的系统,和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。

一、控制精度不同

两相混合式步进电机步距角一般为 1.8°、0.9°,五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如山洋公司(SANYO DENKI)生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。

交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以山洋全数字式交流伺服电机为例,对于带标准2000线编码器的电机而言,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为360°/8000=0.045°。对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°,是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655

二、低频特性不同

步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。

交流伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点,便于系统调整。

三、矩频特性不同

步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作转速一般在300600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为2000RPM3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。

四、过载能力不同

步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以山洋交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩,便出现了力矩浪费的现象。

五、运行性能不同

步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。

六、速度响应性能不同

步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好,以山洋400W交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。

综上所述,交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以,在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素,选用适当的控制电机。

2、伺服电机的选型计算方法

注意三点:转数山洋公司根据客户实际要求,对于同等功率的电机可以选配不同转数的电机,一般来说,转数越低,价格越便宜。

扭矩必须满足实际需要,但是不需要像步进电机那样留有过多的余量。

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惯量根据现场要求选用不同惯量的电机,如机床行业一般选用P1系列大惯量的伺服电机。

调试方法

初始化参数

在接线之前,先初始化参数。

在控制卡上:选好控制方式;PID参数清零;让控制卡上电时默认使能信号关闭;将此状态保存,确保控制卡再次上电时即为此状态。

在伺服电机上:设置控制方式;设置使能由外部控制;编码器信号输出的齿轮比;设置控制信号与电机转速的比例关系。一般来说,建议使伺服工作中的最大设计转速对应9V的控制电压。比如,山洋是设置1V电压对应的转速,出厂值为500,如果你只准备让电机在1000转以下工作,那么,将这个参数设置为111

接线

将控制卡断电,连接控制卡与伺服之间的信号线。以下的线是必须要接的:控制卡的模拟量输出线、使能信号线、伺服输出的编码器信号线。复查接线没有错误后,电机和控制卡(以及PC)上电。此时电机应该不动,而且可以用外力轻松转动,如果不是这样,检查使能信号的设置与接线。用外力转动电机,检查控制卡是否可以正确检测到电机位置的变化,否则检查编码器信号的接线和设置

试方向

对于一个闭环控制系统,如果反馈信号的方向不正确,后果肯定是灾难性的。通过控制卡打开伺服的使能信号。这是伺服应该以一个较低的速度转动,这就是传说中的“零漂”。一般控制卡上都会有抑制零漂的指令或参数。使用这个指令或参数,看电机的转速和方向是否可以通过这个指令(参数)控制。如果不能控制,检查模拟量接线及控制方式的参数设置。确认给出正数,电机正转,编码器计数增加;给出负数,电机反转转,编码器计数减小。如果电机带有负载,行程有限,不要采用这种方式。测试不要给过大的电压,建议在1V以下。如果方向不一致,可以修改控制卡或电机上的参数,使其一致。

抑制零漂

在闭环控制过程中,零漂的存在会对控制效果有一定的影响,最好将其抑制住。使用控制卡或伺服上抑制零飘的参数,仔细调整,使电机的转速趋近于零。由于零漂本身也有一定的随机性,所以,不必要求电机转速绝对为零。

建立闭环控制

再次通过控制卡将伺服使能信号放开,在控制卡上输入一个较小的比例增益,至于多大算较小,这只能凭感觉了,如果实在不放心,就输入控制卡能允许的最小值。将控制卡和伺服的使能信号打开。这时,电机应该已经能够按照运动指令大致做出动作了。

调整闭环参数

细调控制参数,确保电机按照控制卡的指令运动,这是必须要做的工作,而这部分工作,更多的是经验,这里只能从略了。

选型计算

一、转速和编码器分辨率的确认。

二、电机轴上负载力矩的折算和加减速力矩的计算。

三、计算负载惯量,惯量的匹配,安川伺服电机为例,部分产品惯量匹配可达50倍,但实际越小越好,这样对精度和响应速度好。

四、再生电阻的计算和选择,对于伺服,一般2kw以上,要外配置。

五、电缆选择,编码器电缆双绞屏蔽的,对于安川伺服等日系产品绝对值编码器是6芯,增量式是4芯。

制动方式

用户往往对电磁制动,再生制动,动态制动的作用混淆,选择了错误的配件。

动态制动器由动态制动电阻组成,在故障、急停、电源断电时通过能耗制动缩短伺服电机的机械进给距离。

再生制动是指伺服电机在减速或停车时将制动产生的能量通过逆变回路反馈到直流母线,经阻容回路吸收。

电磁制动是通过机械装置锁住电机的轴。

三者的区别:

(1)再生制动必须在伺服器正常工作时才起作用,在故障、急停、电源断电时等情况下无法制动电机。动态制动器和电磁制动工作时不需电源。

(2)再生制动的工作是系统自动进行,而动态制动器和电磁制动的工作需外部继电器控制。

(3)电磁制动一般在SVOFF后启动,否则可能造成放大器过载,动态制动器一般在SVOFF或主回路断电后启动,否则可能造成动态制动电阻过热。

注意事项

一、伺服电机油和水的保护

A:伺服电机可以用在会受水或油滴侵袭的场所,但是它不是全防水或防油的。因此, 伺服电机不应当放置或使用在水中或油侵的环境中。

B:如果伺服电机连接到一个减速齿轮,使用伺服电机时应当加油封,以防止减速齿轮的油进入伺服电机

C:伺服电机的电缆不要浸没在油或水中。

二、伺服电机电缆→减轻应力

A:确保电缆不因外部弯曲力或自身重量而受到力矩或垂直负荷,尤其是在电缆出口处或连接处。

B:在伺服电机移动的情况下,应把电缆(就是随电机配置的那根)牢固地固定到一个静止的部分(相对电机),并且应当用一个装在电缆支座里的附加电缆来延长它,这样弯曲应力可以减到最小。

C:电缆的弯头半径做到尽可能大。

三、伺服电机允许的轴端负载

A:确保在安装和运转时加到伺服电机轴上的径向和轴向负载控制在每种型号的规定值以内。

B:在安装一个刚性联轴器时要格外小心,特别是过度的弯曲负载可能导致轴端和轴承的损坏或磨损

C:最好用柔性联轴器,以便使径向负载低于允许值,此物是专为高机械强度的伺服电机设计的。

D:关于允许轴负载,请参阅“允许的轴负荷表”(使用说明书)。

四、伺服电机安装注意

A:在安装/拆卸耦合部件到伺服电机轴端时,不要用锤子直接敲打轴端。(锤子直接敲打轴端,伺服电机轴另一端的编码器要被敲坏)

B:竭力使轴端对齐到最佳状态(对不好可能导致振动或轴承损坏)。

五、伺服电机维护与保养

A:伺服电机虽然拥有很高的防护等级,可以用在多尘、潮湿或油滴侵袭的场所,但并不意味着你就能把它浸在水里工作,应尽量将其置于相对干净的环境中。

B:如果伺服电机连接到一个减速齿轮,使用伺服电机时应当加油封,以防止减速齿轮的油进入伺服电机。

C:定期检查伺服电机,确保外部没有致命的损伤;

D:定期检查:固定部件,确保连接牢固;输出轴,确保旋转流畅;编码器连接线以及伺服电机的电源连接器,确认其连接牢固;散热风扇是否转动正常;

E:及时清理伺服电机上面的灰尘、油污,确保伺服电机处于正常状态;

特点对比

直流无刷伺服电机特点

转动惯量小、启动电压低、空载电流小; 弃接触式换向系统,大大提高电机转速,最高转速高达100 000rpm;无刷伺服电机在执行伺服控制时,无须编码器也可实现速度、位置、扭矩等的控制; 不存在电刷磨损情况,除转速高之外,还具有寿命长、噪音低、无电磁干扰等特点。

直流有刷伺服电机特点

1.体积小、动作快反应快、过载能力大、调速范围宽

2.低速力矩大, 波动小,运行平稳

3.低噪音,高效率

4.后端编码器反馈(选配)构成直流伺服等优点

5.变压范围大,频率可调

伺服电机项目融资和传统融资方式相比,具有以下特点:

1、融资主体的排他性。

伺服电机项目融资主要依赖项目自身未来现金流量及形成的资产,而不是依赖项目的投资者或发起人的资信及项目自身以外的资产来安排融资。融资主体的排他性决定了债权人关注的是项目未来现金流量中可用于还款的有多少,其融资额度、成本结构等都与项目未来现金流量和资产价值密切相关。

2、追索权的有限性。

传统融资方式,如贷款,债权人在关注项目投资前景的同时,更关注项目借款人的资信及现实资产,追索权具有完全性;而伺服电机项目融资方式如前所述,是就项目论项目,债权人除和签约方另有特别约定外,不能追索项目自身以外的任何形式的资产,也就是说伺服电机项目融资完全依赖项目未来的经济强度。

3、项目风险的分散性。

因融资主体的排他性、追索权的有限性,决定着作为项目签约各方对各种风险因素和收益的充分论证。确定各方参与者所能承受的最大风险及合作的可能性,利用一切优势条件,设计出最有利的融资方案。

4、项目信用的多样性。

将多样化的信用支持分配到项目未来的各个风险点,从而规避和化解不确定项目风险。如要求项目“产品”的购买者签订长期购买合同(协议),原材料供应商以合理的价格供货等,以确保强有力的信用支持。

1.0pt; 1 c a XJM pN count:2.0'>网络技术促进展览业的全球化、国际化发展。网络使得展览项目、组织机构的对外宣传面向全世界进行,展览信息从定向发布走向非定向发布,对展览会的宣传挣脱了地理位置的束缚。网上会展使得展览业的国际范围内竞争成为活生生的现实。

网络展览的前景

展览会上大量应用网络信息技术,将进一步完善展览会的媒介功能,这种数字化、信息化建设最终将促使服务内涵的拓展,当然对于展览管理等硬件设施的信息化建设也显得越发必要,为展览商和观众提供更多的方便。2007年将有90%以上的参展企业和组展商通过网络进行沟通、电子邮件、企业网页、电子支付手段和服务、网络身份的安全认证技术、信息和数据的网上传播和自动化处理、网上商品交易系统等电子技术都已随着网络应用而参与到展览业中,提高了工作效率,降低了成本。

未来的现代展览会组织者应该高度信息化,可以独立自行举办网上会展,使实物会展与网上会展比翼双飞。

使用范围

直流伺服电机可应用在是火花机、机械手、精确的机器等。可同时配置2500P/R高分析度的标准编码器及测速器,更能加配减速箱、令机械设备带来可靠的准确性及高扭力。 调速性好,单位重量和体积下,输出功率最高,大于交流电机,更远远超过步进电机。多级结构的力矩波动小。

主要作用

伺服电机在封闭的环里面使用。就是说它随时把信号传给系统,同时把系统给出的信号来修正自己的运转。

伺服电机也可用单片机控制。

优点

首先我们来看一下伺服电机和其他电机(如步进电机)相比到底有什么优点:

1、精度:实现了位置,速度和力矩的闭环控制;克服了步进电机失步的问题;

2、转速:高速性能好,一般额定转速能达到20003000转;

3、适应性:抗过载能力强,能承受三倍于额定转矩的负载,对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用;

4、稳定:低速运行平稳,低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合;

5、及时性:电机加减速的动态相应时间短,一般在几十毫秒之内;

6、舒适性:发热和噪音明显降低。

简单点说就是:平常看到的那种普通的电机,断电后它还会因为自身的惯性再转一会儿,然后停下。而伺服电机和步进电机是说停就停,说走就走,反应极快。但步进电机存在失步现象。

伺服电机的应用领域就太多了。只要是要有动力源的,而且对精度有要求的一般都可能涉及到伺服电机。如机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求相对较高的设备。

 

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