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伺服驅(qū)動(dòng)器又稱為伺服控制器，是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的良好產(chǎn)品。

基本要求：

伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求

1、調(diào)速范圍寬

2、定位精度高

3、有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性

4、快速響應(yīng)，無(wú)超調(diào)

為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，

還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)，要求加、減加速度足夠大，縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間，減小輪廓過渡誤差。

5、低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強(qiáng)

一般來(lái)說(shuō)，伺服驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)分鐘甚至半小時(shí)內(nèi)1.5倍以上的過載能力，在短時(shí)間內(nèi)可以過載4～6倍而不損壞。

6、可靠性高

要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。

對(duì)電機(jī)的要求

1、從低速到高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象。

2、電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4～6倍而不損壞。

3、為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。

4、電機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。

控制方式

數(shù)控機(jī)床中伺服驅(qū)動(dòng)器控制按其結(jié)構(gòu)可分成開環(huán)控制和閉環(huán)（半閉環(huán)）控制。如果詳細(xì)分類，開環(huán)控制又可分為普通型和反饋補(bǔ)償型，閉環(huán)（半閉環(huán)）控制也可分為普通型和反饋補(bǔ)償型。

反饋補(bǔ)償型開環(huán)控制

開環(huán)系統(tǒng)的精度較低，這是由于伺服驅(qū)動(dòng)器的步距誤差、起停誤差、機(jī)械系統(tǒng)的誤差都會(huì)直接影響到定位精度。應(yīng)采用補(bǔ)償型進(jìn)行改進(jìn)，這種系統(tǒng)且有開環(huán)與閉環(huán)兩者的優(yōu)點(diǎn)，即具有開環(huán)的穩(wěn)定性和閉環(huán)的準(zhǔn)確性。不會(huì)因?yàn)闄C(jī)床的諧振頻率、爬行、失動(dòng)等引起系統(tǒng)振蕩。反饋補(bǔ)償型開環(huán)控制不需要間隙補(bǔ)償和螺距補(bǔ)償。

閉環(huán)控制

由于開環(huán)控制的精度不能很好地滿足機(jī)床的要求，為了提高伺服驅(qū)動(dòng)器的控制精度，根本的辦法是采用閉環(huán)控制方式。即不但有前身控制通道，而且有檢測(cè)輸出的反饋通道，指令信號(hào)與反饋信號(hào)比較后得到偏差信號(hào)，形成以偏差控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

半閉環(huán)控制

對(duì)于閉環(huán)控制系統(tǒng)，合理的設(shè)計(jì)可以取得可靠的穩(wěn)定性和很高的精度，但是直接測(cè)量工作臺(tái)的位置信號(hào)需要用如光柵、有磁尺或直線感應(yīng)同步器等安裝、維護(hù)要求較高的位置檢測(cè)裝置。通過對(duì)傳動(dòng)軸或絲杠角位移的測(cè)量，可間接地獲得位置輸出量的等效反饋信號(hào)。由于這部分傳動(dòng)引起的誤差不能被閉環(huán)系統(tǒng)中不包含從旋轉(zhuǎn)軸到工作臺(tái)之間的傳動(dòng)鏈，因此這部分傳動(dòng)引起的誤差不能被閉環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)償，所以稱這種由等效反饋信號(hào)構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)為半閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)器，這種控制方式稱為半閉環(huán)控制方式。

反饋補(bǔ)償型的半閉環(huán)控制

這種伺服驅(qū)動(dòng)器控制補(bǔ)償原理與開環(huán)補(bǔ)償系統(tǒng)相同，由旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器組成的兩套獨(dú)立的測(cè)量系統(tǒng)均以鑒幅方式工作。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是成本高，要用兩套檢測(cè)系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是比全閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)整容易，穩(wěn)定性好，適合用做高精度大型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。

相關(guān)參數(shù)

在自動(dòng)化設(shè)備中，經(jīng)常用到伺服電機(jī)，特別是位置控制，大部分品牌的伺服電機(jī)都有位置控制功能，通過控制器發(fā)出脈沖來(lái)控制伺服電機(jī)運(yùn)行，脈沖數(shù)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)的角度，脈沖頻率對(duì)應(yīng)速度（與電子齒輪設(shè)定有關(guān)），當(dāng)一個(gè)新的系統(tǒng)，參數(shù)不能工作時(shí)，首先設(shè)定位置增益，確保電機(jī)無(wú)噪音情況下，盡量設(shè)大些，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比也非常重要，可通過自學(xué)習(xí)設(shè)定的數(shù)來(lái)參考，然后設(shè)定速度增益和速度積分時(shí)間，確保在低速運(yùn)行時(shí)連續(xù)，位置精度受控即可。

比例增益

設(shè)定位置環(huán)調(diào)節(jié)器的比例增益。設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大，相同頻率指令脈沖條件下，位置滯后量越小。但數(shù)值太大可能會(huì)引起振蕩或超調(diào)。參數(shù)數(shù)值由具體的伺服系統(tǒng)型號(hào)和負(fù)載情況確定。

前饋增益

設(shè)定位置環(huán)的前饋增益。設(shè)定值越大時(shí)，表示在任何頻率的指令脈沖下，位置滯后量越小位置環(huán)的前饋增益大，控制系統(tǒng)的高速響應(yīng)特性提高，但會(huì)使系統(tǒng)的位置不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生振蕩。不需要很高的響應(yīng)特性時(shí)，本參數(shù)通常設(shè)為0表示范圍。

速度比例增益

設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的比例增益。設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)和負(fù)載值情況確定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大。在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定較大的值。

速度積分時(shí)間常數(shù)

設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。設(shè)置值越小，積分速度越快。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)和負(fù)載情況確定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大。在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定較小的值。

速度反饋濾波因子

設(shè)定速度反饋低通濾波器特性。數(shù)值越大，截止頻率越低，電機(jī)產(chǎn)生的噪音越小。如果負(fù)載慣量很大，可以適當(dāng)減小設(shè)定值。數(shù)值太大，造成響應(yīng)變慢，可能會(huì)引起振蕩。數(shù)值越小，截止頻率越高，速度反饋?lái)憫?yīng)越快。如果需要較高的速度響應(yīng)，可以適當(dāng)減小設(shè)定值。

較大輸出轉(zhuǎn)矩設(shè)置

設(shè)置伺服驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部轉(zhuǎn)矩限制值。設(shè)置值是額定轉(zhuǎn)矩的百分比，任何時(shí)候，這個(gè)限制都有效定位完成范圍設(shè)定位置控制方式下定位完成脈沖范圍。本參數(shù)提供了位置控制方式下驅(qū)動(dòng)器判斷是否完成定位的依據(jù)，當(dāng)位置偏差計(jì)數(shù)器內(nèi)的剩余脈沖數(shù)小于或等于本參數(shù)設(shè)定值時(shí)，驅(qū)動(dòng)器認(rèn)為定位已完成，到位開關(guān)信號(hào)為 ON，否則為OFF。

在位置控制方式時(shí)，輸出位置定位完成信號(hào)，加減速時(shí)間常數(shù)設(shè)置值是表示電機(jī)從0~2000r/min的加速時(shí)間或從2000~0r/min的減速時(shí)間。加減速特性是線性的到達(dá)速度范圍設(shè)置到達(dá)速度在非位置控制方式下，如果伺服電機(jī)速度超過本設(shè)定值，則速度到達(dá)開關(guān)信號(hào)為ON，否則為 OFF。在位置控制方式下，不用此參數(shù)。與旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān)。

手動(dòng)調(diào)整增益參數(shù)

調(diào)整速度比例增益KVP值。當(dāng)伺服系統(tǒng)安裝完后，必須調(diào)整參數(shù)，使系統(tǒng)穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。首先調(diào)整速度比例增益KVP值．調(diào)整之前必須把積分增益KVI及微分增益KVD調(diào)整至零，然后將KVP值漸漸加大；同時(shí)觀察伺服電機(jī)停止時(shí)足否產(chǎn)生振蕩，并且以手動(dòng)方式調(diào)整KVP參數(shù)，觀察旋轉(zhuǎn)速度是否明顯忽快忽慢．KVP值加大到產(chǎn)生以上現(xiàn)象時(shí)，必須將KVP值往回調(diào)小，使振蕩消除、旋轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定。此時(shí)的KVP值即初步確定的參數(shù)值。如有必要，經(jīng)KⅥ和KVD調(diào)整后，可再作反復(fù)修正以達(dá)到理想值。

調(diào)整積分增益KⅥ值。將積分增益KVI值漸漸加大，使積分效應(yīng)漸漸產(chǎn)生。由前述對(duì)積分控制的介紹可看出，KVP值配合積分效應(yīng)增加到臨界值后將產(chǎn)生振蕩而不穩(wěn)定，如同KVP值一樣，將KVI值往回調(diào)小，使振蕩消除、旋轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定。此時(shí)的KVI值即初步確定的參數(shù)值。

調(diào)整微分增益KVD值。微分增益主要目的是使速度旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，降低超調(diào)量。因此，將KVD值漸漸加大可改善速度穩(wěn)定性。    

調(diào)整位置比例增益KPP值。如果KPP值調(diào)整過大，伺服電機(jī)定位時(shí)將發(fā)生電機(jī)定位超調(diào)量過大，造成不穩(wěn)定現(xiàn)象。此時(shí)，必須調(diào)小KPP值，降低超調(diào)量及避開不穩(wěn)定區(qū)；但也不能調(diào)整太小，使定位效率降低。因此，調(diào)整時(shí)應(yīng)小心配合。

自動(dòng)調(diào)整增益參數(shù)

現(xiàn)代伺服驅(qū)動(dòng)器均已微計(jì)算機(jī)化，大部分提供自動(dòng)增益調(diào)整( autotuning)的功能，可應(yīng)付多數(shù)負(fù)載狀況。在參數(shù)調(diào)整時(shí)，可先使用自動(dòng)參數(shù)調(diào)整功能，必要時(shí)再手動(dòng)調(diào)整。

事實(shí)上，自動(dòng)增益調(diào)整也有選項(xiàng)設(shè)置，一般將控制響應(yīng)分為幾個(gè)等級(jí)，如高響應(yīng)、中響應(yīng)、低響應(yīng)，用戶可依據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)置。

比例增益

1、設(shè)定位置環(huán)調(diào)節(jié)器的比例增益；

2、設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大，相同頻率指令脈沖條件下，位置滯后量越小。但數(shù)值太大可能會(huì)引起振蕩或超調(diào)；

3、參數(shù)數(shù)值由具體的伺服系統(tǒng)型號(hào)和負(fù)載情況確定。

位置前饋增益

1、設(shè)定位置環(huán)的前饋增益；

2、設(shè)定值越大時(shí)，表示在任何頻率的指令脈沖下，位置滯后量越??；

3、位置環(huán)的前饋增益大，控制系統(tǒng)的高速響應(yīng)特性提高，但會(huì)使系統(tǒng)的位置不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生振蕩；

4、不需要很高的響應(yīng)特性時(shí)，本參數(shù)通常設(shè)為0表示范圍。

速度比例增益

1、設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的比例增益；

2、設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)和負(fù)載值情況確定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大；

3、在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定較大的值。

速度積分時(shí)間常數(shù)

1、設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)；

2、設(shè)置值越小，積分速度越快。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)和負(fù)載情況確定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大；

3、在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定較小的值。

速度反饋濾波因子

1、設(shè)定速度反饋低通濾波器特性；

2、數(shù)值越大，截止頻率越低，電機(jī)產(chǎn)生的噪音越小。如果負(fù)載慣量很大，可以適當(dāng)減小設(shè)定值。數(shù)值太大，造成響應(yīng)變慢，可能會(huì)引起振蕩；

3、數(shù)值越小，截止頻率越高，速度反饋?lái)憫?yīng)越快。如果需要較高的速度響應(yīng)，可以適當(dāng)減小設(shè)定值。

較大輸出轉(zhuǎn)矩設(shè)置

1、設(shè)置伺服電機(jī)的內(nèi)部轉(zhuǎn)矩限制值；

2、設(shè)置值是額定轉(zhuǎn)矩的百分比；

3、任何時(shí)候，這個(gè)限制都有效定位完成范圍；

4、設(shè)定位置控制方式下定位完成脈沖范圍；

5、本參數(shù)提供了位置控制方式下驅(qū)動(dòng)器判斷是否完成定位的依據(jù)，當(dāng)位置偏差計(jì)數(shù)器內(nèi)的剩余脈沖數(shù)小于或等于本參數(shù)設(shè)定值時(shí)，驅(qū)動(dòng)器認(rèn)為定位已完成，到位開關(guān)信號(hào)為 ON，否則為OFF；

6、在位置控制方式時(shí)，輸出位置定位完成信號(hào)，加減速時(shí)間常數(shù)；

7、設(shè)置值是表示電機(jī)從0~2000r/min的加速時(shí)間或從2000~0r/min的減速時(shí)間；

8、加減速特性是線性的到達(dá)速度范圍；

9、設(shè)置到達(dá)速度；

10、在非位置控制方式下，如果電機(jī)速度超過本設(shè)定值，則速度到達(dá)開關(guān)信號(hào)為ON，否則為OFF；

11、在位置控制方式下，不用此參數(shù)；

12、與旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān)。

應(yīng)用領(lǐng)域

伺服驅(qū)動(dòng)器普遍應(yīng)用于注塑機(jī)領(lǐng)域、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域等。