伺服系统Word文件下载.docx
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在闭环系统中,检测元件将机床移动部件的实际位置检测出来并转换成电信号反馈给比较环节。
常见的检测元件有旋转变压器、感应同步器、光栅、磁栅和编码盘等。
通常把安装在丝杠上的检测元件组成的伺服系统称为半闭环系统;
把安装在工作台上的检测元件组成的伺服系统称为闭环系统。
由于丝杠和工作台之间传动误差的存在,半闭环伺服系统的精度要比闭环伺服系统的精度低一些。
比较环节的作用是将指令信号和反馈信号进行比较,两者的差值作为伺服系统的跟随误差,经驱动电路,控制执行元件带动工作台继续移动,直到跟随误差为零。
根据进入比较环节信号的形式以及反馈检测方式,闭环(半闭环)系统可分为脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统和幅值比较伺服系统3种。
由于比较环节输出的信号比较微弱,不足以驱动执行元件,故需对其进行放大,驱动电路正是为此而设置的。
执行元件的作用是根据控制信号,即来自比较环节的跟随误差信号,将表示位移量的电信号转化为机械位移。
常用的执行元件有直流宽调速电动机、交流电动机等。
执行元件是伺服系统中必不可少的一部分,驱动电路是随执行元件的不同而不同的。
3.伺服系统组成
3
3.1反馈装置
3.1.1水平位移传感器
✧光栅位移传感器
光栅传感器由光源、透镜、主光栅(标尺光栅)、指示光栅和光电元件构成。
光源和透镜组成照明系统,光线经过透镜后成平行光投向光栅。
主光栅与指示光栅在平行光照射下,形成莫尔条纹。
✧感应同步器
感应同步器由两个印刷电路绕组构成,类似于变压器的初、次级绕组,又称平面变压器。
相对位移会引起两个绕组间的互感量变化,因此可以测量位移。
✧磁栅式位移传感器
在用软磁材料制成的铁芯上绕有两个绕组,一个为励磁绕组,另一个为拾磁绕组,将高频励磁电流通入励磁绕组时,当磁头靠近磁尺时在拾磁线圈中会产生感应电压。
3.1.2角位移传感器
✧旋转变压器
旋转变压器一般做成两极电机的形式。
在定子上有激磁绕组和辅助绕组,它们的轴线相互成90°
。
在转子上有两个输出绕组——正弦输出绕组和余弦输出绕组,这两个绕组的轴线也互成90°
,一般将其中一个绕组(如Z1、Z2)短接。
✧光电编码器
绝对值编码器
四位光电码盘上,有四圈数字码道,在圆周范围内编码数为24=16个。
每个数位都对应有一个光电器件及放大、整形电路。
码盘转到不同位置,光电元件接受光信号,并转成相应的电信号,经放大整形后,成为相应数字信号。
分辨率为360°
/2n。
增量编码器
一般只有三个码道,不直接输出编码。
外码道——产生计数脉冲的增量码道;
内码道——辨向码道,其辨向方法与光栅的辨向原理相同。
中间码道——开有一个窄缝,用于产生定位或零位信号。
3.1.3速度加速度传感器
✧直流测速发电机
测速发电机的结构有多种,但原理基本相同。
如图所示为永磁式测速发电机原理电路图。
恒定磁通由定子产生,当转子在磁场中旋转时,电枢绕组中即产生交变的电势,经换向器和电刷转换成正比的直流电势。
✧光电式速度传感器
物体以速度V通过光电池的遮挡板时,光电池输出电压信号,经微分电路形成两个脉冲输出,测出两脉冲之间的时间间隔△t,则可测得速度为
✧加速度传感器
电阻应变式加速度计结构原理如下图所示。
它由重块、悬臂梁、应变片和阻尼液体等构成。
当有加速度时,重块受力,悬臂梁弯曲,按梁上固定的应变片之变形便可测出力的大小,在已知质量的情况下即可计算出被测加速度。
压电加速度传感器结构原理如右图所示。
使用时,传感器固定在被测物体上,感受该物体的振动,惯性质量块产生惯性力,使压电元件产生变形。
压电元件产生的变形和由此产生的电荷与加速度成正比。
3.2功率驱动装置
3.3执行装置
3.3.1电压式
✧交流伺服电机
伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。
伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)
✧直流伺服电机
✧步进电机
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。
在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;
同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。
✧电磁铁
电磁铁—由线圈与衔铁两部分组成,结构简单。
由于是单向驱动,故需用弹簧复位,用于实现两固点之间的快速驱动,如各种电磁开关。
3.3.2液压式
✧液压缸
✧液压马达
3.3.3气压式
✧气压缸
✧气压马达
3.4执行装置
4.伺服系统产品
4.1西门子伺服产品
4.2AB伺服产品
4.2.1伺服驱动器
✧Kinetix3组合伺服驱动器
技术参数
通讯连接
Ultra1500单轴伺服驱动器
系统参数
Kinetix2000低功率多轴伺服驱动器
Kinetix6000多轴伺服驱动器
Kinetix6000M集成的驱动器电机系统
4.2.2伺服电机
✧旋转电机
F-Series铁氧体磁体伺服电机
Bulletin1398F-Series™伺服电机适用于要求平滑移动大型负载的应用项目。
这些中等惯量电机提供紧凑型设计和高惯量匹配功能。
它们使用带有5000线选件的光电2000线增量编码器,以便通过我们的Ultra™系列伺服驱动器实现卓越的低速性能。
电机安装了可选的电机轴密封,满足IEC标准的IP65要求。
HPK-Series大功率伺服电机
BulletinHPK-Series™大功率异步电机将大功率与精确定位功能相结合。
这些电机采用针对伺服控制优化并结合有高分辨率反馈的绕组,来提供应用项目所需的精度。
它们基于经过验证的感应电机技术而构建,可在苛刻的应用项目中提供高可靠性和耐用性。
MP-Series高性能伺服电机
我们的MP-Series™伺服电机可满足特定环境的要求。
BulletinMPL低惯量电机、BulletinMPM中等惯量电机、BulletinMPF食品级电机以及BulletinMPS不锈钢电机具有高性能,且专为满足您的独特应用项目需求而开发。
RDD-SeriesDirectDrive伺服电机
BulletinRDD-Series™伺服电机可与负载直接相连,无需变速箱、同步齿行带、皮带轮及其他机械部件。
结果是能源消耗降低,稳定时间缩短,负载的总体控制更佳。
TL-Series紧凑型伺服电机
我们的BulletinTLYTL-Series™伺服电机是面向需要低惯量、高性能伺服电机的机器设计者的重要解决方案。
230V电机体积小巧,功率较高,具有出色的定子设计和高转矩密度。
这些电机包括高分辨率绝对式编码器和2000线增量编码器。
直线电机
LDC-Series和LDL-Series直线电机
BulletinLDC-Series™和LDL-Series™直线伺服电机以超高速提供精确的直线定位。
DirectDrive™直线电机直接连接到需要移动的负载。
此直接连接具备出色的伺服响应性,从而缩短任何移动的稳定时间。
LDL-Series是无铁设计,适合需要非常平滑的运动(如扫描或打印)的应用项目。
LDC-Series是强力密度铁芯设计,适用于较小、较便宜的电机。
MP-Series与TL-Series电动缸
BulletinMPARMP-Series™和TLARTL-Series™电动缸针对一系列直线运动控制应用项目提供动态、精确的响应。
这些缸使用RSLogix™5000软件(20或更早版本),以精确的定位、速度或力来进行伸展和收缩。
工业标准的安装件和端部执行器附加件有助于简化组装,并缩短机械设计工程、接线和调试时间。
MP-Series重载型电动缸
BulletinMPAI
MP-Series™重载型电动缸是紧凑、轻型、出力大的执行器,可以取代液压解决方案,且比液压解决方案经济实用。
入手即装的电动缸节省能源,可帮助提供机器灵活性,包括精确的多点定位。
MP-Series集成直线运动平台
BulletinMPASMP-Series™集成直线运动平台可支持重载,并可承受力矩负载。
这些执行器对于清洁环境中的高精度应用非常理想。
它们是采用滚珠丝杠和直线电机技术设计的。
MP-Series集成多轴平台
BulletinMPMAMP-Series™集成多轴平台作为执行器,提供了一种开箱即用的解决方案,可实现精确的二维定位和速度。
由于设计十分灵活,您可在上面或下面放置平台,并将其与RSLogix™5000软件(20或更早版本)集成,从而实现快速、轻松的调试。
集成直线推进器
BulletinLDAT集成直线推进器提供了开箱即用的高速、载荷直线运动控制功能,并能够推、拉或携带负载。
它们是可靠的线性执行机构,具有较高速度和加速度以及峰值推力并采用直接驱动技术,可帮助最大限度地提高性能和可靠性。
4.2.3编码器
✧绝对式编码器
多匝磁绝对式编码器
Bulletin842A多匝磁编码器是25位的绝对多匝轴编码器。
每匝最多可提供8192个脉冲,或最多提供8192圈。
它使用名为同步串行接口(SSI)的技术仅通过5条线便可提供24位分辨率。
842A编码器的同步串行接口输出可通过多种不同方式相接。
DeviceNet多匝磁绝对式编码器
Bulletin842DDeviceNet™多匝磁编码器是26位的绝对多匝轴编码器,它直接连接至DeviceNet。
此网络功能使您无需使用专用输入卡。
它使用五针微型快速分离器连接至DeviceNet干线。
通过单个网络连接,最多可将63个842DDeviceNet编码器与一个PLC或其他逻辑系统相接。
正弦/余弦绝对式编码器
Bulletin842HR正弦/余弦编码器是15位串口编码器,用于要求对位置控制的绝对值反馈以及对转速控制的高分辨率增量式反馈的高性能数字式伺服驱动器系统。
此编码器将通信、速度调节和位置控制都集成到一个设备中。
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