伺服驱动器简介

　伺服驱动器（servo drives）又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。

 

图1 伺服驱动器

一、伺服电机驱动器的结构
　　主要包括控制系统和驱动系统：
　　驱动系统：主要由智能功率模块（IPM）内部是三相两电平桥电路。每相的上下开关管中间接输出U，V，W。通过6个开关管的开闭，控制UVW三相每个伺服瞬间，是与地连通还是与直流高电压连通；编码器的外围电路，它的输出与DSP的事件管理器相连。；整流滤波电路，比如将220V交流弄成310V左右直流提供给IPM；电流采样电路，可能是霍尔电流传感器，电路的输出将与控制系统的AD口相连。
二、伺服驱动器工作原理
　　目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心， 可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。
　　随着伺服系统的大规模应用，伺服驱动器使用、伺服驱动器调试、伺服驱动器维修都是伺服驱动器在当今比较重要的技术课题，越来越多工控技术服务商对伺服驱动器进行了技术深层次研究。

 

图2 伺服驱动器工作电路图  

三、伺服驱动器基本要求
  　　1、伺服进给系统的要求
　　（1）、调速范围宽
　　（2）、定位精度高
　　（3）、有足够的传动刚性和高的速度稳定性
　　（4）、快速响应，无超调
　　为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高的定位精度外， 还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪令信号的响应要快，因为数控系统在启动、制动时，要求加、减加速度足够大，缩短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。
　　（5）、低速大转矩，过载能力强
　　一般来说，伺服驱动器具有数分钟甚至半小时内1.5倍以上的过载能力，在短时间内可以过载4～6倍而不损坏。
　　（6）、可靠性高
　　要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。
　　2、对伺服 电机的要求
　　（1）、从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。
　　（2）、电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4～6倍而不损坏。
　　（3）、为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。
　　（4）、电机应能承受频繁启、制动和反转。
三、伺服驱动器有关参数
　　1、位置比例增益：设定位置环调节器的比例增益；设置值越大，增益越高，刚度越大，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调；参数数值由具体的伺服系统型号和负载情况确定。
　　2、位置前馈增益：设定位置环的前馈增益；设定值越大时，表示在任何频率的指令脉冲下，位置滞后量越小；位置环的前馈增益大，控制系统的高速响应特性提高，但会使系统的位置不稳定，容易产生振荡；不需要很高的响应特性时，本参数通常设为0表示范围：0~100%。
　　3、速度比例增益设定速度调节器的比例增益：设置值越大，增益越高，刚度越大。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载值情况确定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大；在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较大的值。
　　4、速度积分时间常数：设定速度调节器的积分时间常数；设置值越小，积分速度越快。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大；在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较小的值。
　　5、速度反馈滤波因子：设定速度反馈低通滤波器特性；数值越大，截止频率越低，电机产生的噪音越小。如果负载惯量很大，可以适当减小设定值。数值太大，造成响应变慢，可能会引起振荡；数值越小，截止频率越高，速度反馈响应越快。如果需要较高的速度响应，可以适当减小设定值。
　　6、最大输出转矩设置：设置伺服电机的内部转矩限制值；设置值是额定转矩的百分比；任何时候，这个限制都有效定位完成范围；设定位置控制方式下定位完成脉冲范围；本参数提供了位置控制方式下驱动器判断是否完成定位的依据，当位置偏差计数器内的剩余脉冲数小于或等于本参数设定值时，驱动器认为定位已完成，到位开关信号为 ON，否则为OFF；在位置控制方式时，输出位置定位完成信号，加减速时间常数；设置值是表示电机从0~2000r/min的加速时间或从2000~0r/min的减速时间；加减速特性是线性的到达速度范围；设置到达速度；在非位置控制方式下，如果电机速度超过本设定值，则速度到达开关信号为ON，否则为OFF；在位置控制方式下，不用此参数；与旋转方向无关。