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    奧地利B&R貝加萊伺服電機(jī)具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高等特性

B&R伺服電機(jī)可以控制速度,，位置精度非常準(zhǔn)確,，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。B&R伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制,，并能快速反應(yīng),，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件,，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小,、線性度高等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出,。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類,，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象,，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降,。

1、伺服系統(tǒng)（servo mechanism）是使物體的位置,、方位,、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來(lái)定位，基本上可以這樣理解,，B&R伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖,，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移,，因?yàn)?，B&R伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以B&R伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度,，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖,，這樣，和B&R伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng),，或者叫閉環(huán),，如此一來(lái)，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給B&R伺服電機(jī),，同時(shí)又收了多少脈沖回來(lái),，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng),，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位,，可以達(dá)到0.001mm。直流B&R伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī),。有刷電機(jī)成本低,，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,，調(diào)速范圍寬，控制容易,，需要維護(hù),，但維護(hù)不方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾,，對(duì)環(huán)境有要求,。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。

無(wú)刷電機(jī)體積小,，重量輕,，出力大，響應(yīng)快,，速度高,，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑,，力矩穩(wěn)定,。控制復(fù)雜,，容易實(shí)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(jī)免維護(hù),，效率很高,，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小,，長(zhǎng)壽命,，可用于各種環(huán)境。

2,、交流B&R伺服電機(jī)也是無(wú)刷電機(jī),，分為同步和異步電機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī),，它的功率范圍大,，可以做到很大的功率。大慣量,，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低,，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用,。

3,、B&R伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng),，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng),，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較,，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度,。B&R伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。

交流B&R伺服電機(jī)和無(wú)刷直流B&R伺服電機(jī)在功能上的區(qū)別：交流伺服要好一些,，因?yàn)槭钦也刂?，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。直流伺服是梯形波,。但直流伺服比較簡(jiǎn)單,，便宜。

交流伺服電動(dòng)機(jī)

交流伺服電動(dòng)機(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)相似.其定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的繞組,，一個(gè)是勵(lì)磁繞組Rf,，它始終接在交流電壓Uf上；另一個(gè)是控制繞組L,，聯(lián)接控制信號(hào)電壓Uc,。所以交流伺服電動(dòng)機(jī)又稱兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。

交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動(dòng)機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍,、線性的機(jī)械特性,，無(wú)“自轉(zhuǎn)"現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動(dòng)機(jī)相比,，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小這兩個(gè)特點(diǎn),。應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,，轉(zhuǎn)子做得細(xì)長(zhǎng),；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁很薄,，僅0.2-0.3mm,，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子.空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小,，反應(yīng)迅速,，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用,。

交流伺服電動(dòng)機(jī)在沒(méi)有控制電壓時(shí),，定子內(nèi)只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng),。當(dāng)有控制電壓時(shí),，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn),，在負(fù)載恒定的情況下,，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí),，伺服電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn),。

永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)

20世紀(jì)80年代以來(lái),，隨著集成電路,、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展,，各國(guó)著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新,。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來(lái)的直流伺服面臨被淘汰的危機(jī),。90年代以后,，世界各國(guó)已經(jīng)商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)。交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置在傳動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展日新月異,。

永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較,，主要優(yōu)點(diǎn)有：

⑴無(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低,。

⑵定子繞組散熱比較方便,。

⑶慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性,。

⑷適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài),。

⑸同功率下有較小的體積和重量。

伺服電動(dòng)機(jī)與單相異步電動(dòng)機(jī)比較

交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與分相式單相異步電動(dòng)機(jī)雖然相似,，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多,，所以伺服電動(dòng)機(jī)與單機(jī)異步電動(dòng)機(jī)相比，有三個(gè)顯著特點(diǎn)：

1,、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大

由于轉(zhuǎn)子電阻大,，與普通異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線相比，有明顯的區(qū)別,。它可使臨界轉(zhuǎn)差率S0>1,，這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性（機(jī)械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,。因此,，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng),，即具有起動(dòng)快,、靈敏度高的特點(diǎn)。

2,、運(yùn)行范圍較廣

3,、無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象

正常運(yùn)轉(zhuǎn)的伺服電動(dòng)機(jī)，只要失去控制電壓,，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn),。當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)失去控制電壓后，它處于單相運(yùn)行狀態(tài),，由于轉(zhuǎn)子電阻大,，定子中兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個(gè)轉(zhuǎn)矩特性（T1－S1、T2－S2曲線）以及合成轉(zhuǎn)矩特性（T－S曲線）

交流伺服電動(dòng)機(jī)的輸出功率一般是0.1-100W,。當(dāng)電源頻率為50Hz,，電壓有36V、110V,、220,、380V；當(dāng)電源頻率為400Hz,，電壓有20V,、26V,、36V、115V等多種,。

交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn),、噪音小。但控制特性是非線性,，并且由于轉(zhuǎn)子電阻大,，損耗大，效率低,，因此與同容量直流伺服電動(dòng)機(jī)相比,，體積大、重量重,，所以只適用于0.5-100W的小功率控制系統(tǒng),。

1、初始化參數(shù)

在接線之前,，先初始化參數(shù),。 [2]

在控制卡上：選好控制方式；將PID參數(shù)清零,；讓控制卡上電時(shí)默認(rèn)使能信號(hào)關(guān)閉,；將此狀態(tài)保存，確?？刂瓶ㄔ俅紊想姇r(shí)即為此狀態(tài),。

在B&R伺服電機(jī)上：設(shè)置控制方式；設(shè)置使能由外部控制,；編碼器信號(hào)輸出的齒輪比,；設(shè)置控制信號(hào)與電機(jī)轉(zhuǎn)速的比例關(guān)系。一般來(lái)說(shuō),，建議使伺服工作中的最大設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)9V的控制電壓,。比如，山洋是設(shè)置1V電壓對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速,，出廠值為500,，如果你只準(zhǔn)備讓電機(jī)在1000轉(zhuǎn)以下工作，那么,，將這個(gè)參數(shù)設(shè)置為111,。

2,、接線

將控制卡斷電,，連接控制卡與伺服之間的信號(hào)線。以下的線是必須要接的：控制卡的模擬量輸出線,、使能信號(hào)線,、伺服輸出的編碼器信號(hào)線,。復(fù)查接線沒(méi)有錯(cuò)誤后，電機(jī)和控制卡（以及PC）上電,。此時(shí)電機(jī)應(yīng)該不動(dòng),，而且可以用外力輕松轉(zhuǎn)動(dòng)，如果不是這樣,，檢查使能信號(hào)的設(shè)置與接線,。用外力轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，檢查控制卡是否可以正確檢測(cè)到電機(jī)位置的變化,，否則檢查編碼器信號(hào)的接線和設(shè)置

3,、試方向

對(duì)于一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果反饋信號(hào)的方向不正確,，后果肯定是災(zāi)難性的,。通過(guò)控制卡打開伺服的使能信號(hào)。這時(shí)伺服應(yīng)該以一個(gè)較低的速度轉(zhuǎn)動(dòng),，這就是傳說(shuō)中的“零漂",。一般控制卡上都會(huì)有抑制零漂的指令或參數(shù)。使用這個(gè)指令或參數(shù),，看電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向是否可以通過(guò)這個(gè)指令（參數(shù)）控制,。如果不能控制，檢查模擬量接線及控制方式的參數(shù)設(shè)置,。確認(rèn)給出正數(shù),，電機(jī)正轉(zhuǎn)，編碼器計(jì)數(shù)增加,；給出負(fù)數(shù),，電機(jī)反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，編碼器計(jì)數(shù)減小,。如果電機(jī)帶有負(fù)載,，行程有限，不要采用這種方式,。測(cè)試不要給過(guò)大的電壓,，建議在1V以下。如果方向不一致,，可以修改控制卡或電機(jī)上的參數(shù),，使其一致。

4,、抑制零漂

在閉環(huán)控制過(guò)程中,，零漂的存在會(huì)對(duì)控制效果有一定的影響，最好將其抑制住,。使用控制卡或伺服上抑制零飄的參數(shù),，仔細(xì)調(diào)整,，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速趨近于零。由于零漂本身也有一定的隨機(jī)性,，所以,，不必要求電機(jī)轉(zhuǎn)速絕對(duì)為零。

5,、建立閉環(huán)控制

再次通過(guò)控制卡將伺服使能信號(hào)放開,，在控制卡上輸入一個(gè)較小的比例增益，至于多大算較小,，這只能憑感覺(jué)了,，如果實(shí)在不放心，就輸入控制卡能允許的最小值,。將控制卡和伺服的使能信號(hào)打開,。這時(shí)，電機(jī)應(yīng)該已經(jīng)能夠按照運(yùn)動(dòng)指令大致做出動(dòng)作了,。

6,、調(diào)整閉環(huán)參數(shù)

細(xì)調(diào)控制參數(shù)，確保電機(jī)按照控制卡的指令運(yùn)動(dòng),，這是必須要做的工作,，而這部分工作，更多的是經(jīng)驗(yàn),，這里只能從略了,。

B&R伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的性能比較

步進(jìn)電機(jī)作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系,。在國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中,，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn),，交流B&R伺服電機(jī)也越來(lái)越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中,。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流B&R伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī),。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號(hào)）,，但在使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較,。

一,、控制精度不同

兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 1.8°、0.9°,，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72 °,、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)通過(guò)細(xì)分后步距角更小,。如三洋公司（SANYO DENKI）生產(chǎn)的二相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過(guò)撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°,、0.9°,、0.72°,、0.36°,、0.18°、0.09°,、0.072°,、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角,。

交流B&R伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證,。以三洋全數(shù)字式交流B&R伺服電機(jī)為例，對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2000線編碼器的電機(jī)而言,，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù),，其脈沖當(dāng)量為360°/8000=0.045°。對(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)而言,，驅(qū)動(dòng)器每接收131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈,，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655,。

二,、低頻特性不同

步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān),，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半,。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí),，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象,，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等,。

交流B&R伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn),，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能,，可涵蓋機(jī)械的剛性不足,，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn),，便于系統(tǒng)調(diào)整,。

三、矩頻特性不同

步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降,，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降,，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流B&R伺服電機(jī)為恒力矩輸出,，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi),，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩,，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。

四,、過(guò)載能力不同

步進(jìn)電機(jī)一般不具有過(guò)載能力,。交流B&R伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。以三洋交流伺服系統(tǒng)為例,，它具有速度過(guò)載和轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力,。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩,。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆](méi)有這種過(guò)載能力,，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī),，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩,，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。

五,、運(yùn)行性能不同

步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象,，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升,、降速問(wèn)題,。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣,，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán),，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過(guò)沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠,。

六,、速度響應(yīng)性能不同

步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好,，以山洋400W交流B&R伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒,，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合,。

綜上所述,，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來(lái)做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以,，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素,，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。