伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)任意变化的自动控制系统。伺服的主要任务是按控制命令的要求,对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置能被控制得非常灵活、方便。为了实现jingque的速度与位置控制,电机是重要的影响因素。目前市场上的伺服电机种类繁多,而且同种类型伺服电机的电气参数相差很多,因此建议控制伺服电机使用与其配套的伺服驱动器,否则可能会给调试带来困难,如电机参数的识别方式、电机的转动惯量、编码器的接收方式等都可能出现问题。
伺服电机又叫执行电机,或叫控制电机。在自动控制系统中,伺服电机是一个执行元件,它的作用是把信号(控制电压或相位)变换成机械位移,也就是把接收到的电信号变为电机的一定转速或角位移,其容量一般为0.1~100W,常用的是30W以下。伺服电机有直流和交流之分。
伺服电机的特点
与普通电机相比,伺服电机有以下特点:
①低转动惯量,保证高动态特性。
②转子阻抗高,保证启动转矩大、调速范围宽。
③无电刷或换向器。
④定子散热比较方便。
⑤结构紧凑,保证较小的体积与重量。
有人提出用功率变化率来衡量电机的动态特性,功率变化率等于电机的额定输出扭矩与转子转动惯量之比。与步进电机相比,伺服电机有更优良的控制特性,以下是二者的特性比较。
①控制精度不同。步进电机的步距角通常为0.09°,而伺服电机根据编码器位数可以更加jingque。
②低频特性不同。步进电机低频有震动。
③矩频特性不同。步进电机的Zui高转速可达300~600r/min,而伺服电机可以达到2000~3000r/min。
④过载能力不同。步进电机一般不具有过载能力,而交流伺服电机具有高过载能力。
⑤运行性能不同。步进电机多为开环控制,而伺服电机多用于闭环控制。
⑥速度响应性能不同。步进电机启动响应较慢,需要几百毫秒。
⑦接收信号不同。步进驱动多接收脉冲信号作为速度给定,而交流伺服多接收模拟信号。
为什么伺服电机要求过载能力强?
说起对工业机器人的性能要求,无非就是“快、准、狠”三字。其实这也就是对机器人关节伺服电机的要求,今天我们就来拆解一下这三字背后的含义。
其中“快”、“准”的意思大家都非常好了解,就是要求伺服电机的响应速度要快,控制精度要高。而“狠”字又怎么解呢?其实大家仔细想想,伺服电机除了又快又准外,我们对它的余下要求就是过载能力强,即“狠”了。
由于伺服电机在机器人上主要用于驱动关节的运动,因此它需要进行频繁正反转短时运行。而在这种频繁正反转,而且又带着一定惯量的负载,还要求控制速度非常快的情况下,对伺服电机的过载能力(过载扭矩、过载电流)要求是非常高的。
由上述公式可知,实际伺服电机在带载启动时,除了加载的扭矩 和摩擦系数Kn外,还会因为负载惯量J和角加速度 的影响导致启动扭矩变大。特别是电机加速得越快, 越大, 不变, 就越大,伺服电机的扭矩过载能力就必须越强。
电机测功机(扭矩转速功率)
用于电机测功的仪器
通常由一台三相交流换向器电动机和测力计、测速发电机组合而成。测功机可作为发电机运行,作为被测动力机械的负载,以测量被测机械的轴上输出转矩;也可以作电动机运行,拖动其他机械,以测量其轴上输入转矩。转矩与测速发电机测得的转速之积即轴功率。
大家都知道要用测功机来测量电机的扭矩-转速曲线,从而获取电机的扭矩输出性能。但这里有个问题,就是扭矩-转速曲线所反映的是电机在恒转速下的扭矩输出能力,并不能反映伺服电机的过载能力。而往往伺服电机的运行,连续运行时输出的力并不恒定,只是启动和制动时的大,如果依据扭矩-转速曲线来做电机选型,将会严重放大选型电机的功率。
因此,要测伺服电机的瞬时过载扭矩,还是需要测量电机的动态扭矩曲线。特别对于伺服驱动器设计来说,还必须同时测量电机的输入动态电流曲线,且电流曲线和扭矩曲线必须同步,才能准确捕捉到伺服电机的过载能力特性。
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