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機(jī)電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),類型繁多,但從自動(dòng)控制理論的角度來(lái)分析,伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器,被控對(duì)象,執(zhí)行環(huán)節(jié),檢測(cè)環(huán)節(jié),步進(jìn)伺服電機(jī)科爾摩根,比較環(huán)節(jié)等五部分
1.比較環(huán)節(jié);
比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號(hào)與系統(tǒng)的反饋信號(hào)進(jìn)行比較,以獲得輸出與輸入間的偏差信號(hào)的環(huán)節(jié),通常由專門(mén)的電路或計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn).?
2.控制器;
控制器通常是計(jì)算機(jī)或pid控制電路,其主要任務(wù)是對(duì)比較元件輸出的偏差信號(hào)進(jìn)行變換處理,以控制執(zhí)行元件按要求動(dòng)作.
3.執(zhí)行環(huán)節(jié);
執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是按控制信號(hào)的要求,將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作.機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機(jī)或液壓,氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)等.
4.被控對(duì)象;
機(jī)械參數(shù)量包括位移,速度,加速度,力,和力矩為被控對(duì)象。
5.檢測(cè)環(huán)節(jié);
檢測(cè)環(huán)節(jié)是指能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測(cè)量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置,一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路.
交流伺服電機(jī)的工作原理與兩相異步電機(jī)相似 。但是由于它在數(shù)控機(jī)床中作為執(zhí)行元件,將交流電信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上的角位移或角速度,所以要求轉(zhuǎn)子速度的快慢能夠反映控制信號(hào)的相位,無(wú)控制信號(hào)時(shí)它不轉(zhuǎn)動(dòng)。
由于定子上的兩個(gè)繞組在空間相差90°電角度,如果在兩相繞組上加以幅值相等、相位差90°電角度的對(duì)稱電壓,則在電機(jī)的氣隙中產(chǎn)生圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。若兩個(gè)電壓的幅值不等或相位不為90°電角度,則產(chǎn)生的磁場(chǎng)將是一個(gè)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。加在控制繞組上的信號(hào)不同,產(chǎn)生的磁場(chǎng)橢圓度也不同。
伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵,驅(qū)動(dòng)器控制的u/v/w三相電形成電磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較,調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。
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簡(jiǎn)單的調(diào)整電壓,并不能滿足負(fù)載波動(dòng)比較厲害的場(chǎng)合,所以引進(jìn)了串級(jí)調(diào)速系統(tǒng),通過(guò)檢測(cè)電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速,分別弄出電流環(huán)內(nèi)環(huán)和速度環(huán)外環(huán)了,使用pid算法,有效的滿足了負(fù)載波動(dòng)狀況下的調(diào)速,讓直流電機(jī)的調(diào)速工作特性非常“硬”,也就是轉(zhuǎn)矩不會(huì)受到轉(zhuǎn)速的波動(dòng)而變化,實(shí)現(xiàn)了真正的恒扭矩輸出。這種調(diào)速方式,一直是交-速系統(tǒng)的模仿對(duì)方,比如變頻器矢量控制,就是模仿這種方式而實(shí)現(xiàn)的。如果只用電流環(huán)內(nèi)環(huán),還可以直接控制電機(jī)輸出一定的扭矩,步進(jìn)伺服電機(jī),滿足不同的拉伸和卷曲等控制要求。
直流伺服電機(jī)恒功率與恒轉(zhuǎn)矩兩種調(diào)速方法的區(qū)別
電樞電壓控制,在晶閘管和igbt這些沒(méi)有被發(fā)明前,控制起來(lái)也不是容易的事情了,畢竟功率比較大,早期是通過(guò)一臺(tái)發(fā)電機(jī)直流發(fā)電來(lái)控制的,通過(guò)調(diào)整發(fā)電機(jī)的磁通就可以控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓,進(jìn)而調(diào)整了電樞電壓大小的。