驅動及原理介紹基于PRONET伺服介紹

伺服驅動器原理1埃斯頓伺服系列驅動、控制環節、驅動內部電路功能、典型控制方式介紹等2討論一下伺服與步進、伺服與變頻之間差異3培訓綱要4伺服系統概述1235埃斯頓驅動器簡介伺服扭矩、速度、位置控制方式電流環、速度環、位置環等環節主回路、動態制動、再生等6選型討論概述伺服(Servo)源自于拉丁語的Servus(英語為Slave:奴隸)奴隸的功用是忠實地遵從主人的命令從事體力工作,也就是“依指令準確執行動作的驅動裝置；能夠高精度的靈敏動作表現，自我動作狀態常時確認”而具有這種功能裝置就稱為

伺服系統產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較

伺服是一個閉環系統，它是由電流環、速度環、位置環組成，位置環的輸出作為速度環的給定速度環的輸出又是電流環的給定。它本質上是一個跟隨系統：

按接受的指令的速度運行

按接受的指令的位置定位??概述產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較驅動器和電機EDBPC1PG總線EDC人機界面HMI運動控制器PLCPLC控制(I/O)定位模塊伺服系統應用框圖產品介紹伺服系統概述應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

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產品比較PRONET模擬量信號脈沖串開環控制（OPENLOOP）由控制器輸出指令信號，用來驅動電機按指令值位移并且停在所指定的位置。控制裝置驅動器傳動機構電機開環控制產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較半閉環控制（SEMI-CLOSELOOP）將位置或速度傳感器，安裝于電機軸上以取得位置反饋信號及速度反饋信號。控制裝置驅動器傳動機構電機位置傳感器半閉環控制產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較全閉環控制（FULL-CLOSELOOP）利用光柵尺等位置傳感器，直接將物體的位移量同步返回到控制系統。控制裝置驅動器傳動機構電機位置傳感器（光柵尺）反饋信號全閉環控制產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較車床開、閉環控制產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

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產品比較

按有無檢測裝置，數控系統可以分為開環與閉環數控系統，而按檢測裝置的安裝位置又可以分為閉環與半閉環數控系統。下面對幾種數控系統分別進行分析與研究：

1開環數控系統

開環數控系統結構簡單，沒有檢測和反饋裝置，數控裝置發出的指令信號是單向的，所以不存在系統穩定性問題。因為無位置反饋裝置，所以精度不高，其精度主要取決于伺服系統的性能。開環數控系統具有工作穩定，反應迅速，調試方便，維修簡單，價格低廉等優點，在精度和速度要求不高，驅動力矩不大的場合得到廣泛應用。但是長期運行或啟動及結束時易產生丟步和超步的現象，很難提高加工精度。在我國，經濟型數控機床一般都采用開環數控系統。

產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

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產品比較2半閉環數控系統

半閉環數控系統的位置采樣點是從驅動裝置（常用伺服電機）或絲杠引出，通過采樣旋轉角度而不是采樣運動部件的實際位置進行檢測。因此，由絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的誤差難以消除。半閉環數控系統閉環環路內不包括或只包括少量機械傳動環節，因此可以獲得穩定的控制性能，而機械傳動環節帶來的誤差可用誤差補償的方法消除，因此仍可以獲得比較滿意的精度。這種系統結構簡單，測試方便，精度也較高，因而在現代數控機床中得到了廣泛的應用。3閉環數控系統

由于機械傳動裝置的剛性、摩擦阻尼等非線性因素和傳動間隙等都不包括在半閉環伺服系統環內，因而其大部分傳動間隙，彈性變形，滾珠絲杠螺母的誤差及滯后都對機床精度產生影響。為了解決這些問題，閉環數控系統應運而生。閉環數控系統的位置采樣點如圖1所示，是從機床運動部件上直接引出，通過采樣運動部件的實際位置進行檢測，可以消除整個放大和傳動環節的誤差、間隙和失動，因而具有很高的位置控制精度。但是由于位置環內的許多機械傳動環節的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統的不穩定，使閉環數控系統的設計、安裝和調試都相當困難。閉環數控系統主要應用于精度要求很高的精鏜床、超精車床、超精磨床等。

車床開、閉環控制產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較4、雙閉環數控系統雙閉環數控系統是半閉環和閉環控制相結合的產物，不僅具有高精度的位置控制功能，而且還具有極高的穩定性和易調試性，其系統組成如圖2所示。該系統的特點是，整個系統由內外兩個位置環組成，其中內部閉環為轉角位置閉環，其檢測元件為裝于電機軸上的光電編碼盤，驅動裝置為交流伺服系統，由此構成一以電機轉角θo為輸出，指令轉角θi為輸入的角度隨動系統。外部位置閉環采用光柵、感應同步器等線位移檢測元件直接獲得機床工作臺的位移信息，并以內環的轉角隨動系統為驅動裝置驅動工作臺運動。該數控系統即有較好的穩定性，又可達到很高的控制精度，具有廣泛的適用范圍。

車床開、閉環控制功率(Kw)

0.20.75

13515

PRONET功能EDC

EDB(停產)產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較速度控制位置控制扭矩控制控制模式根據不同的控制系統之需求，在驅動器中有三種控制模式可供選擇。產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較控制模式設定依照不同的控制器來設定控制方式速度控制位置控制扭矩控制位置指令輸入方式CW/CCWA/BPhasePulse/Dir控制模式產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較扭矩指令輸入范圍0～±10V【正電壓－＞CCW扭矩】0～額定扭矩扭矩控制依據輸入電壓的大小、達到控制電機輸出扭矩的目的。控制模式產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較速度控制速度指令輸入范圍0～±10V【正電壓－＞CCW回轉】0～額定轉速依據輸入電壓的大小、達到控制電機輸出轉速的目的。控制模式產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較依據輸入的脈沖數目、達到控制電機定位的目的。位置控制位置指令輸入方式CCW/CW脈沖A/B相脈沖Pulse＋Dir控制模式產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較位置控制CCW/CW脈沖CCWCWPULS/PULSSIGN/SIGN控制模式產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較位置控制CCWCWPULS/PULSSIGN/SIGNA/B相脈沖控制模式產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較位置控制CCWCWPULS/PULSSIGN/SIGNPulse＋Dir控制模式產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

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產品比較伺服控制環節框圖產品介紹伺服系統概述

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伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

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產品比較電流環產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

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產品比較

伺服電機在驅動時由于負載的關系而產生扭矩的緣故，使得流進電機的電流增大，一旦流進電機的電流過大時會造成電機燒毀的情形。為防止此一情形發生，在電機的輸出位置加入電流感測裝置，當電機電流超過一定電流時，切斷伺服驅動器以保護電機。

電流環產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

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主回路

動態制動

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產品比較電流傳感器電流傳感器CT1和CT2在電流環中的作用就是感應通過電機的電流，并且將它轉換為一個模擬電壓信號。然后這個模擬電壓信號經過PWM轉換電路到ASIC。在這里只需要2個電流傳感器，因為CPU能夠根據公式Iu+Iv+Iw=0計算出W相的電流。

電流環產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

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產品比較功率晶體管在電流環中包括6個功率晶體管。伺服驅動器中使用的是IPM—智能功率模塊，內置有6個IGBT及其驅動電路，另外，還包括過流檢測、過熱檢測。電流環產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較CPUCPU比較電流指令和電流反饋，作為結果的波形送入放大器，再經過PWM后將信號送到功率晶體管。電流環產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較PWMPWM（脈寬調制）是一種將模擬信號轉換為數字信號的方法。在模擬信號上加上一個載波頻率，其大小依賴于功率模塊的開關次數。每當模擬信號與載頻波形交叉時，PWM輸出就發生一次轉換，一系列的轉換就形成了方波信號，其表現為模擬信號的平均值，相當于該信號的數字形態。電流環產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較功能圖速度環產品介紹伺服系統概述

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伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較速度指令增益加減速PI調節轉矩指令濾波電流環電機PG解碼測速電路PG分頻電路-轉矩指令增益轉矩限幅參數限幅PnPn外部限幅模擬轉矩模擬量限幅轉矩前饋+模擬速度PAO、PBO、PCO差分輸出此環節是用來檢測電機的旋轉速度是否依照指令旋轉，相對于控制裝置所提供之指令，速度環控制電機的旋轉速度。速度環產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

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產品比較P/PI控制速度環產品介紹伺服系統概述

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伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

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產品比較功能圖位置環產品介紹伺服系統概述

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伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較此環節是用來檢測由控制器所輸出位置控制指令之后，伺服電機是否移動至指令位置。相對于位置指令值，當檢測值過大或過小時，控制伺服電機移動其誤差值的部份，達到定位之目的。位置環產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較脈沖指令

我們通過Pn004.2選擇脈沖指令形態。位置環產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較平滑功能平滑功能是對脈沖指令進行加速度/減速度處理，在以下幾種情況下使用：1）上位機無加速度/減速度功能2）脈沖指令頻率太低3）電子齒輪比太高（超過10/1）位置環產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較前饋功能前饋功能縮短定位時間。前饋將使實際運動輪廓逼近指令運動輪廓。通常前饋增益Pn112用來設置前饋數值，設的越高響應越快，位置偏差越小。該值設置太高易引起過沖和振蕩。Pn113前饋濾波：平緩位置前饋引起的機械沖擊，可以減小振動，設置太高會使前饋量滯后較多。位置環產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節

主回路

動態制動

再生

產品比較主電容充電在主電容充電中，我們看到一個繼電器，RLY1。使用這個繼電器是出于安全的目的。它保護這個電路并且限制上電時主電容C1的充電電流。主回路產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動

再生

產品比較P-N電壓在DB1上的P-N電壓是供電電壓的有效值，即右圖中P點的電壓讀數是310V。V(RMS)=220V*1.41=310V主回路產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動

再生

產品比較動態制動的方法通過動態制動使電機突然停止的方法有兩種：1）通過短接電機U、V、W相的繞組；2）將轉子能量消耗到電阻上。動態制動產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動

再生

產品比較動態制動是如何發生的？第一種情況：雙繼電器版本的伺服驅動器的動態制動電路使用一個繼電器造成電機繞組短路，從而使電機緊急停機。當用在大功率伺服上時這種方法不是很安全。動態制動產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動

再生

產品比較動態制動是如何發生的？第二種情況：1.5kW以下的伺服驅動器的動態制動電路雖然是通過一個繼電器動作的，但實際上是用一個動態制動電阻消耗電機轉子能量。這種方法使電機有一個較長的減速時間和平滑的停機。動態制動產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動

再生

產品比較動態制動是如何發生的？第三種情況：2kW以上的伺服驅動器的動態制動電路通過一個可控硅代替繼電器動作，這是與1.5kW以下的伺服驅動器唯一不同的地方。電機轉子能量也是消耗在動態制動電阻上。這種方法也使電機平滑的減速。動態制動產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動

再生

產品比較動態制動何時發生？ServoOff：動態制動打開以保證安全。ServoOn：動態制動關閉。伺服驅動器進入ServoOff狀態，當：1）S-ON輸入信號關閉；2）超程；3）伺服報警發生；4）主電源關閉。當以上事件發生時，我們能夠通過設定參數Pn004指定電機如何停機。動態制動產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動

再生

產品比較使用可控硅的動態制動2.0kW以上的伺服驅動器都使用了可控硅觸發動態制動，以此替代繼電器。但是需要注意的是，如果控制電源關閉，使用可控硅的伺服驅動器的動態制動功能也將關閉。而使用繼電器的伺服驅動器，掉電或報警時保持動態制動狀態。動態制動產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動

再生

產品比較動態制動電阻為了使動態制動電路工作，必須有一些消除電機轉子能量的途徑，這就是動態制動電阻的作用。這個電阻消耗了電機的能量，從而使電機快速停止成為可能。然而，有些伺服驅動器（如雙繼電器版本）內并沒有動態制動電阻，那是因為電機繞組的阻抗已經足夠用于制動了。動態制動產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動

再生

產品比較再生是在電機減速過程中的一種動作，此時電機等效為一個發電機。再生吸收了旋轉負載的動能，并將它轉化為電能，回饋到驅動器。再生產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動再生

產品比較再生兩個主要功能：1）消耗運動負載的慣性能量；2）快速地對主電容放電當伺服系統運行在額定轉速并且帶著允許的最大負載慣量，伺服驅動器必須吸收停止負載時產生的全部能量而不損壞系統。如果系統運行在超過額定轉速或者帶著超過允許的最大負載慣量，那么必須有外部再生。

再生值依賴三個因素：轉矩、減速度和運動周期。這個值通常在選型軟件中計算并且顯示為電阻功率。然而，如果需要也可以手工計算。當再生電路中需要更大的元器件時必須有外部再生。有時，在一些特殊應用中C1或R1的功率不夠大，在這種情況下，就需要一個外部的電阻或電容作為內部元器件的補充。再生產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動再生

產品比較再生能量的泄放小功率伺服驅動器(200W、400W)，可使用內置電容或外接電阻吸收。中功率伺服驅動器（750W到5000W），可使用內置電阻或外接電阻吸收。大功率伺服驅動器（7.5KW到22KW），直接接外接電阻吸收。再生產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動再生

產品比較在下面的例子中，假定有200V的電源連接到伺服驅動器，并參考簡單的再生電路示意圖。一個正常的P-N母線電壓是283V（200*1.41），當電機開始減速時，回饋到驅動器的能量開始提升P-N電壓，一些或全部的能量被用于給電容C1充電。然而，如果母線電壓超過380VDC，再生晶體管（TR1）就會打開，能量就會消耗到電阻R1上，晶體管實際在380VDC到370VDC循環開關。帶負載的減速將需要幾個這樣的循環周期。當有再生不足時，可能會發生過壓報警（A13），表示母線電壓超過420VDC，或者發生再生異常報警（A16），表示TR1打開時間太長（一個內部寄存器專用于記錄TR1的開/關時間）。再生產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動再生

產品比較時序如果發生了A13和A16報警，我們需要改變再生電阻R1的阻值。我們需要消耗更多的流過電阻的電流量，因為V=I*R，我們能夠通過使用更小的阻值來增大流過電阻R1的電流量。增大電阻功率并不是正確的解決問題的方法，因為流過電阻R1的電流量還是一樣的。當改變了電阻之后，我們需要檢查再生電路是否滿足更小阻值的要求。一旦減小了R1的阻值，就增大了流過它的電流，如果電流增加的太多，有可能超過電阻的額定功率，僅僅此時需要增大電阻的功率。

再生產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動再生

產品比較再生的計算電機產生的能量：En=0.5JM[(2πN/60)2]電容消耗的能量：Ec=0.5C（Vk2-Vr2）電機繞組消耗的能量：Em=3[JMN(2πIr/60Tr)]2*(Ra/td)負載消耗的能量：EL=0.5TL(2πNtd/60)因為所有的能量之和必須為0，所以我們能夠計算出電阻必須消耗的能量為Er=En-Ec-Em-EL因此我們可以計算出再生電阻的功率為Wr=Er/Cycle再生產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動再生

產品比較再生的計算如果再生電阻的功率超過內部電阻的額定功率，我們必須外加一個電阻以彌補這些差額。正如我們在公式中看到的，電機在停止負載時產生的能量，負載、電容C1、電機繞組、電阻R1都參與了能量的消耗。[注意]伺服驅動器不能應用于連續再生模式，避免使用在電機輸出力矩方向與實際運轉方向相反的場合。再生產品介紹伺服系統概述

應用框圖閉環控制

伺服系列控制模式控制環節主回路動態制動再生

產品比較控制精度不同

步進電機步距角為3.6°、1