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供應供應SAMHYDRAULIK液壓馬達BG100 CL250 Y1203-M124

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江蘇邱成機電有限公司

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江蘇邱成機電有限公司是一家集研發(fā)、工程、銷售、技術服務于一體的現(xiàn)代化企業(yè)，是國內自動化領域具競爭力的設備供應商。公司主要經營歐美和日韓 等發(fā)達國家的機電一體化設備、高精度分析檢測儀器、環(huán)境與新能源工業(yè)設備及電動工具等工控自動化產品。 

工作頻率如何，均利用高電壓UH供電來提高導通相繞組的電流前沿，而在前沿過后，用低電壓UL來維持繞組的電流。這一作用同樣改善了驅動器的高頻性能，而且不必再串聯(lián)電阻Rs，消除了附加損耗。高低壓驅動功率接口也有兩個輸入控制信號Uh和Ul，它們應保持同步，且前沿在同一時刻跳變，如圖6所示。圖6中，高壓管VTH的導通時間tl不能太大，也不能太小，太大時，電機電流過載；太小時，動態(tài)性能改善不明顯。一般可取1~3ms。（當這個數(shù)值與電機的電氣時間常數(shù)相當時比較合適）。

4.斬波恒流功率驅動

圖7

圖7

恒流驅動的設計思想是，設法使導通相繞組的電流不論在鎖定、低頻、高頻工作時均保持固定數(shù)值。使電機具有 圖7 斬波恒流功率驅動接口

恒轉矩輸出特性。這是使用較多、效果較好的一種功率接口。圖8是斬波恒流功率接口原理圖。圖8中R是一個用于電流采樣的小阻值電阻，稱為采樣電阻。當電流不大時，VT1和VT2同時受控于走步脈沖，當電流超過恒流給定的數(shù)值，VT2被鎖，電源U被切除。由于電機繞組具有較大電感，此時靠二極管VD續(xù)流，維持繞組電流，電機靠消耗電感中的磁場能量產生出力。此時電流將按指數(shù)曲線衰減，同樣電流采樣值將減小。當電流小于恒流給定的數(shù)值，VT2導通，電源再次接通。如此反復，電機繞組電流就穩(wěn)定在由給定電平所決定的數(shù)值上，形成小小的鋸齒波，如圖8所示。

圖8

圖8

斬波恒流功率驅動接口也有兩個輸入控制信號，其中u1是數(shù)字脈沖，u2是模擬信號。這種功率接口的特點是：高頻響應大大提高，接近恒轉矩輸出特性，共振現(xiàn)象消除，但線路較復雜。相應的集成功率模塊可供采用。

5.升頻升壓功率驅動

為了進一步提高驅動系統(tǒng)的高頻響應，可采用升頻升壓功率驅動接口。這種接口對繞組提供的電壓與電機的運行頻率成線性關系。它的主回路實際上是一個開關穩(wěn)壓電源，利用頻率-電壓變換器，將驅動脈沖的頻率轉換成直流電平，并用此電平去控制開關穩(wěn)壓電源的輸入，這就構成了具有頻率反饋的功率驅動接口。伺服驅動器是現(xiàn)代運動控制的重要組成部分，被廣泛應用于工業(yè)機器人及數(shù)控加工中心等自動化設備中。尤其是應用于控制交流永磁同步電機的伺服驅動器已經成為國內外研究熱點。當前交流伺服驅動器設計中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設計合理與否，對于整個伺服控制系統(tǒng)，特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關鍵作用 [1]  。

在伺服驅動器速度閉環(huán)中，電機轉子實時速度測量精度對于改善速度環(huán)的轉速控制動靜態(tài)特性至關重要。為尋求測量精度與系統(tǒng)成本的平衡，一般采用增量式光電編碼器作為測速傳感器，與其對應的常用測速方法為M/T測速法。M/T測速法雖然具有一定的測量精度和較寬的測量范圍，但這種方法有其固有的缺陷，主要包括：1）測速周期內必須檢測到至少一個完整的碼盤脈沖，限制了低可測轉速；2）用于測速的2個控制系統(tǒng)定時器開關難以嚴格保持同步，在速度變化較大的測量場合中無法保證測速精度。因此應用該測速法的傳統(tǒng)速度環(huán)設計方案難以提高伺服驅動器速度跟隨與控制性能 [1]  。

工作原理編輯 語音

目前主流的伺服驅動器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，

伺服驅動器（圖1）

伺服驅動器（圖1）

可以實現(xiàn)比較復雜的控制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網絡化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設計的驅動電路,IPM內部集成了驅動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主回路中還加入軟啟動電路,以減小啟動過程對驅動器的沖擊。功率驅動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應的直流電。經過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅動三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元（AC-DC）主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。

隨著伺服系統(tǒng)的大規(guī)模應用，伺服驅動器使用、伺服驅動器調試、伺服驅動器維修都是伺服驅動器在當今比較重要的技術課題，越來越多工控技術服務商對伺服驅動器進行了技術深層次研究。

伺服驅動器是現(xiàn)代運動控制的重要組成部分，被廣泛應用于工業(yè)機器人及數(shù)控加工中心等自動化設備中。尤其是應用于控制交流永磁同步電機的伺服驅動器已經成為國內外研究熱點。當前交流伺服驅動器設計中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設計合理與否，對于整個伺服控制系統(tǒng)，特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關鍵作用。

基本要求編輯 語音

伺服進給系統(tǒng)的要求

1、調速范圍寬

伺服驅動器（圖2）

伺服驅動器（圖2）

2、定位精度高

3、有足夠的傳動剛性和高的速度穩(wěn)定性

4、快速響應，無超調

為了保證生產率和加工質量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應特性，即要求跟蹤指令信號的響應要快，因為數(shù)控系統(tǒng)在啟動、制動時，要求加、減加速度足夠大，縮短進給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。

5、低速大轉矩，過載能力強

一般來說，伺服驅動器具有數(shù)分鐘甚至半小時內1.5倍以上的過載能力，在短時間內可以過載4～6倍而不損壞。

6、可靠性高

要求數(shù)控機床的進給驅動系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應能力和很強的抗干擾的能力。

對電機的要求

1、從速到速電機都能平穩(wěn)運轉，轉矩波動要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。

2、電機應具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉矩的要求。一般直流伺服電機要求在數(shù)分鐘內過載4～6倍而不損壞。

3、為了滿足快速響應的要求，電機應有較小的轉動慣量和大的堵轉轉矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。

4、電機應能承受頻繁啟、制動和反轉。

測試平臺編輯 語音

目前，伺服驅動器的測試平臺主要有以下幾種：采用伺服驅動器—電動機互饋對拖的測試平臺、采用可調模擬負載的測試平臺、采用有執(zhí)行電機而沒有負載的測試平臺、采用執(zhí)行電機拖動固有負載的測試平臺和采用在線測試方法的測試平臺 [2]  。

1采用伺服驅動器—電動機互饋對拖的測試平臺

這種測試系統(tǒng)由四部分組成，分別是三相PWM整流器、被測伺服驅動器—電動機系統(tǒng)、負載伺服驅動器—電動機系統(tǒng)及上位機，其中兩臺電動機通過聯(lián)軸器互相連接。被測電動機工作于電動狀態(tài)，負載電動機工作于發(fā)電狀態(tài)。被測伺服驅動器—電動機系統(tǒng)工作于速度閉環(huán)狀態(tài)，用來控制整個測試平臺的轉速，負載伺服驅動器—電動機系統(tǒng)工作于轉矩閉環(huán)狀態(tài)，通過控制負載電動機的電流來改變負載電動機的轉矩大小，模擬被測電機的負載變化，這樣互饋對拖測試平臺可以實現(xiàn)速度和轉矩的靈活調節(jié)，完成各種試驗功能測

試。上位機用于監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行，根據(jù)試驗要求向兩臺伺服驅動器發(fā)出控制指令，同時接收它們的運行數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行保存、分析與顯示。 [2] 

對于這種測試系統(tǒng)，采用高性能的矢量控制方式對被測電動機和負載設備分別進行速度和轉矩控制，即可模擬各種負載情況下伺服驅動器的動、靜態(tài)性能，完成對伺服驅動器的全面而準確的測試。但由于使用了兩套伺服驅動器—電動機系統(tǒng)，所以這種測試系統(tǒng)體積龐大，不能滿足便攜式的要求，而且系統(tǒng)的測量和控制電路也比較復雜、成本也很高。 [2] 

2采用可調模擬負載的測試平臺

這種測試系統(tǒng)由三部分組成，分別是被測伺服驅動器—電動機系統(tǒng)、可調模擬負載及上位機。可調模擬負載如磁粉制動器、電力測功機等，它和被測電動機同軸相連。上位機和數(shù)據(jù)采集卡通過控制可調模擬負載來控制負載轉矩，同時采集伺服系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行保存、分析與顯示。對于這種測試系統(tǒng)，通過對可調模擬負載進行控制，也可模擬各種負載情況下伺服驅動器的動、靜態(tài)性能，完成對伺服驅動器的全面而準確的測試。但這種測試系統(tǒng)體積仍然比較大，不能滿足便攜式的要求，而且系統(tǒng)的測量和控制電路也比較復雜、成本也很高。 [2] 

3采用有執(zhí)行電機而沒有負載的測試平臺

這種測試系統(tǒng)由兩部分組成，分別是被測伺服驅動器—電動機系統(tǒng)和上位機。上位機將速度指令信號發(fā)送給伺服驅動器，伺服驅動器按照指令開始運行。在運行過程中，上位機和數(shù)據(jù)采集電路采集伺服系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行保存、分析與顯示。由于這種測試系統(tǒng)中電機不帶負載，所以與前面兩種測試系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)體積相對減小，而且系統(tǒng)的測量和控制電路也比較簡單，但是這也使得該系統(tǒng)不能模擬伺服驅動器的實際運行情況。通常情況下，此類測試系統(tǒng)僅用于被測系統(tǒng)在空載情況下的轉速和角位移的測試，而不能對伺服驅動器進行全面而準確的測試。 [2] 

4采用執(zhí)行電機拖動固有負載的測試平臺

這種測試系統(tǒng)由三部分組成，分別是被測伺服驅動器—電動機系統(tǒng)、系統(tǒng)固有負載及上位機。上位機將速度指令信號發(fā)送給伺服驅動器，伺服系統(tǒng)按照指令開始運行。在運行過程中，上位機和數(shù)據(jù)采集電路采集伺服系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行保存、分析與顯示。 [2] 

對于這種測試系統(tǒng)，負載采用被測系統(tǒng)的固有負載，因此測試過程貼近于伺服驅動器的實際工作情況，測試結果比較準確。但由于有的被測系統(tǒng)的固有負載不方便從裝備上移走，因此測試過程只能在裝備上進行，不是很方便。 [2] 

5采用在線測試方法的測試

平臺

這種測試系統(tǒng)只有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理單元。數(shù)字采集系統(tǒng)將伺服驅動器在裝備中的實時運行狀態(tài)信號進行采集和調理，然后送給數(shù)據(jù)處理單元供其進行處理和分析，最終由數(shù)據(jù)處理單元做出測試結論。由于采用在線測試方法，因此這種測試系統(tǒng)結構比較簡單，而且不用將伺服驅動器從裝備中分離出來，使測試更加便利。此類測試系統(tǒng)*根據(jù)伺服驅動器在實際運行中進行測試，因此測試結論更加貼近實際情況。但是由于許多伺服驅動器在制造和裝配方面的特點，此類測試系統(tǒng)中的各種傳感器及信號測量元件的安裝位置很難選擇。而且裝備中的其它部分如果出現(xiàn)故障，也會給伺服驅動器的工作狀態(tài)造成不良影響，最終影響其測試結果。 [2] 

有關參數(shù)編輯 語音

位置比例增益

1、設定位置環(huán)調節(jié)器的比例增益；

2、設置值越大，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)值太大可能會引起振蕩或超調；

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

位置前饋增益

1、設定位置環(huán)的前饋增益；

2、設定值越大時，表示在任何頻率的指令脈沖下，位置滯后量越小；

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

4、不需要很高的響應特性時，本參數(shù)通常設為0表示范圍：0~100%。

速度比例增益

1、設定速度調節(jié)器的比例增益；

2、設置值越大，增益越高，剛度越大。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅動系統(tǒng)型號和負載值情況確定。一般情況下，負載慣量越大，設定值越大；

3、在系統(tǒng)不產生振蕩的條件下，盡量設定較大的值。

速度積分時間常數(shù)

1、設定速度調節(jié)器的積分時間常數(shù)；

2、設置值越小，積分速度越快。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅動系統(tǒng)型號和負載情況確定。一般情況下，負載慣量越大，設定值越大；

3、在系統(tǒng)不產生振蕩的條件下，盡量設定較小的值。

速度反饋濾波因子

1、設定速度反饋低通濾波器特性；

2、數(shù)值越大，截止頻率越低，電機產生的噪音越小。如果負載慣量很大，可以適當減小設定值。數(shù)值太大，造成響應變慢，可能會引起振蕩

；

3、數(shù)值越小，截止頻率越高，速度反饋響應越快。如果需要較高的速度響應，可以適當減小設定值。

輸出轉矩設置

1、設置伺服電機的內部轉矩限制值；

2、設置值是額定轉矩的百分比；

3、任何時候，這個限制都有效定位完成范圍；

4、設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動器判斷是否完成定位的依據(jù)，當位置偏差計數(shù)器內的剩余脈沖數(shù)小于或等于本參數(shù)設定值時，驅動器認為定位已完成，到位開關信號為 ON，否則為OFF；

6、在位置控制方式時，輸出位置定位完成信號，加減速時間常數(shù)；

7、設置值是表示電機從0~2000r/min的加速時間或從2000~0r/min的減速時間；

8、加減速特性是線性的到達速度范圍；

9、設置到達速度；

10、在非位置控制方式下，如果電機速度超過本設定值，則速度到達開關信號為ON，否則為OFF；

11、在位置控制方式下，不用此參數(shù)；

12、與旋轉方向無關。

應用領域編輯 語音

伺服驅動器廣泛應用于注塑機領域、紡織機械、包裝機械、數(shù)控機床領域等。

6.集成功率驅動

圖9

圖9要讓電機轉動起來，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應到的電機轉子所在位置，然后依照定子繞線決定開啟(或關閉)換流器 (inverter)中功率晶體管的順序，如 下（圖二） inverter中之AH、BH、CH(這些稱為上臂功率晶體管)及AL、BL、CL(這些稱為下臂功率晶體管)，使電流依序流經電機線圈產生順向(或逆 向)旋轉磁場，并與轉子的磁鐵相互作用，如此就能使電機順時/逆時轉動。當電機轉子轉動到hall-sensor感應出另一組信號的位置時，控制部又再開 啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機就可以依同一方向繼續(xù)轉動直到控制部決定要電機轉子停止則關閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管)；要電機轉子反向則功 率晶體管開啟順序相反。　基本上功率晶體管的開法可舉例如下：　AH、BL一組→AH、CL一組→BH、CL一組→BH、AL一組→CH、AL一組→CH、BL一組　但絕不能開成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因為電子零件總有開關的響應時間，所以功率晶體管在關與開的交錯時間要將零件的響應時間考慮進去，否則當上臂(或下臂)尚未*關閉，下臂(或上臂)就已開啟，結果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。

控制方法編輯 語音

當電機轉動起來，控制部會再根據(jù)驅動器設定的速度及加/減速率所組成的命令 (Command)與hall-sensor信號變化的速度加以比對(或由軟件運算)再來決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開關 導通，以及導通時間長短。速度不夠則開長，速度過頭則減短，此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機轉速快或慢的方式，如何產生這樣的PWM才是要 達到較精準速度控制的核心。高轉速的速度控制必須考慮到系統(tǒng)的CLOCK 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時間，另外對于hall-sensor信號變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性、實時性。至于低轉速的速 度控制尤其是低速起動則因為回傳的hall-sensor信號變

化變得更慢，怎樣擷取信號方式、處理時機以及根據(jù)電機特性適當配置控制參數(shù)值就顯得非常重 要。或者速度回傳改變以encoder變化為參考，使信號分辨率增加以期得到更佳的控制。電機能夠運轉順暢而且響應良好，P.I.D.控制的恰當與否也無 法忽視。之前提到直流無刷電機是閉回路控制，因此回授信號就等于是告訴控制部現(xiàn)在電機轉速距離目標速度還差多少，這就是誤差(Error)。知道了誤差自 然就要補償，方式有傳統(tǒng)的工程控制如P.I.D.控制。但控制的狀態(tài)及環(huán)境其實是復雜多變的，若要控制的堅固耐用則要考慮的因素恐怕不是傳統(tǒng)的工程控制能 *掌握，所以模糊控制、專家系統(tǒng)及神經網絡也將被納入成為智能型P.I.D.控制的重要理論。

已有多種用于小功率步進電機驅動器的集成功率驅動接口電路可供選用。

L298芯片是一種H橋式驅動器，它設計成接受標準TTL邏輯電平信號，可用來驅動電感性負載。H橋可承受46V電壓，相電流高達2.5A。L298(或XQ298，SGS298)的邏輯電路使用5V電源，功放級使用5~46V電壓，下橋發(fā)射極均單獨引出，以便接入電流取樣電阻。L298(等)采用15腳雙列直插小瓦數(shù)式封裝，工業(yè)品等級。它的內部結構如圖9所示。H橋驅動的主要特點是能夠對電機繞組進行正、反兩個方向通電。L298特別適用于對二相或

四相步進電機驅動。 專用芯片構成的步進電動驅動系統(tǒng)

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