定义报告

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（1）伺服系统：一个自动控制系统，该系统可以根据输入数量（或给定值）的任意变化来实现对象的位置，方向，状态等的输出。

（2）在自动控制系统中，可以以一定程度的准确性响应控制信号的系统称为后续系统，也称为伺服系统。

伺服的主要任务是根据控制命令的要求扩大，转换和控制功率，以便驱动器设备通过驱动器设备输出的扭矩，速度和位置输出非常灵活且方便。

1.3伺服系统的分类和组成

根据系统结构，可以将伺服系统分为开环系统，闭环伺服系统，半密闭环系统和复合控制系统。

带有反馈的闭环自动控制系统由位置检测部件，偏差放大零件，执行零件和受控对象组成。

1.4伺服系统的性能要求

伺服系统必须具有基本的属性，例如良好的可控性，高稳定性和强大的适应性。要解释，良好的可控性意味着信号在消失后可以立即停止；高稳定性意味着随着速度的增加，扭矩均匀下降。强大的适应性意味着反应是快速，敏感和良好的共鸣。

1.5类型的伺服系统

通常根据伺服驱动机的类型进行分类，包括电气，液压或电气液压。

如果伺服系统根据其功能进行分配，则有计量伺服和电源伺服系统。模拟伺服和电源伺服系统；位置伺服和加速伺服系统等。

电气伺服系统可以分为两类：根据电信号DC DC伺服系统和AC AC伺服系统。 AC AC伺服系统有两种类型：异步电机伺服系统和同步电机伺服系统。

可变频率差和类似的广播

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伺服和频率转换之间的一个重要区别是：频率转换可以没有编码器，而伺服器必须具有电子换向的编码器。

1。两者之间的共同点是什么

交流伺服技术本身是频率转换技术的参考和应用。基于直流电动机的伺服控制，通过频率转换PWM方法来模仿直流电动机的控制方法。也就是说，AC伺服电动机必须具有频率转换链接：频率转换是首先纠正50和60Hz，将交流电源的功率频率交替到DC功率，然后通过各种晶体管（IGBT，IGCT等）调整倒置频率，以控制门。波形与频率的脉动电流相似，并且与正余弦脉动电流相似。由于频率是可调的，因此可以调整AC电机的速度（n = 60f/p，n速度，f频率，p杆对数）。

2。谈论频转换器

简单的逆变器只能调整交流电机的速度。目前，它可以打开或关闭。这取决于控制方法和逆变器。从传统意义上讲，这是V/F控制方法。已经通过数学模型建立了许多频率转换，将交流电机的定子磁场的UVW3相转换为两个可以控制运动速度和扭矩的电流组件。可以执行扭矩控制的最著名的品牌逆变器使用此方法来控制扭矩。 UVW的每个阶段的输出必须配备霍尔效应电流检测装置，在采样和反馈后，它形成了闭环的负反馈电流环路PID调节； ABB的频率转换还提出了与此方法不同的直接扭矩控制技术。有关详细信息，请参阅相关信息。这可以控制电动机的速度和电动机的扭矩。速度控制精度优于V/F控制，并且也可以添加编码器反馈。添加时，控制精度和响应特征要好得多。

3。谈论服务

驱动程序：在开发频率转换技术的前提下，当前的环，速度环和驾驶员内部的位置环（逆变器没有此环）比一般的频率转换更精确地进行控制技术和算法操作。它的功能也比传统伺服器更强大。要点是可以执行精确的位置控制。速度和位置通过上部控制器发送的脉冲序列来控制（当然，某些伺服器会整合控制单元或直接设置参数，例如通过总线通信中的驾驶员中的位置和速度）。驾驶员内部的算法，更快，更准确的计算和更好的性能电子设备使其比逆变器更好。

在电动机方面：伺服电动机的材料，结构和处理技术要比逆变器驱动的交流电动机（通用交流电动机或各种逆变器电动机，例如恒定扭矩和恒定功率）高得多。也就是说，当驾驶员输出以非常快速的电流，电压和频率输出电源时，伺服电动机可以根据电源的变化产生响应移动变化，其响应特性和过载电阻远高于倒置机驱动的交流电动机。电动机的严重差异也是两者性能差异的基础。也就是说，这并不是说逆变器无法输出这么快的功率信号，而是电动机本身无法响应，因此在设置频率转换的内部算法时，进行了相应的过载设置以保护电动机。当然，即使未设置逆变器的输出能力，某些具有出色性能的逆变器也可以直接驱动[1]伺服电机。

4。谈论交流电动机

交流电动机通常分为同步和异步电动机

1。AC同步电动机：转子由永久磁铁材料组成。因此，旋转后，随着电动机定子的旋转磁场的变化，转子也会在响应频率的速度上变化，转子速度=定子速度，因此称为“同步”。

2。AC异步电动机：转子由感应线圈和材料组成。旋转后，定子会产生一个旋转的磁场。磁场切开转子的感应线圈，转子线圈产生感应电流，转子产生感应磁场。感应磁场遵循转子转子旋转磁场的变化，但是转子的磁场的变化总是小于定子的变化。一旦它等于磁场，切割了转子的感应线圈，并且转子线圈中没有诱导电流，转子磁场消失，转子摊位和定子会产生速度差，并恢复诱导电流。因此，在AC异步电动机中有一个密钥参数，该参数是转子和定子之间的速度差的比率。

3。对应于AC同步和异步电动机，有相应的同步逆变器和异步逆变器。该伺服电机还具有交流同步伺服和AC异步伺服器。当然，AC异步逆变器在变频器中很常见，而伺服器在AC同步伺服器中很常见。

伺服系统广播

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3.1交流伺服系统

电气伺服技术是最广泛使用的，主要原因是它易于控制和灵活，易于获得驾驶能量，没有污染且相对易于维护。特别是随着电子技术和计算机软件技术的开发，它为开发电气伺服技术提供了广泛的前景。

早在1970年代，带有小惯性的伺服DC电动机就变得实用了。到1970年代后期，AC伺服系统开始开发并逐渐实用。 AC伺服电动机的应用变得越来越广泛，替换直流伺服系统的趋势成为电气伺服系统的主流。由于永久磁铁转子同步伺服电动机不断增加，因此永久磁铁材料的价格继续下降，并且控制比异步电动机更简单，并且易于实现高性能，因此，永久磁铁同步电动机的交流伺服系统被更广泛地使用。

在AC同步伺服驱动系统中，有两类AC永久磁铁同步伺服电机用于普通应用中。

一种无刷直流电动机，需要将方波电流直接插入定子绕组（BLDCM）

另一种类型称为三相永久磁铁同步电动机，它要求定子绕组的电源输入保持三相正弦波形。 （PM·SM）

无刷直流电动机（BLDCM）用配备有永久磁铁的转子代替了拉丝直流电动机的定子电线杆，并将原始直流电动机的电枢转动到定子。拉丝直流电动机依靠机械换向器将直流电流转换为大约梯形波的交流电流以提供电枢绕组，而无刷的直流电动机（BLDCMS）将方波电流（实际上是梯形波）直接输入到定子中。通过将拉丝直流电动机的定子和转子颠倒并使用永久磁铁转子，可以消除机械换向器和刷子，从而获得无刷直流电动机的名称。 BLDCM定子每个阶段的诱导电动力是梯形波。为了产生恒定的电磁扭矩，需要逆变器将三对称的方波电流输入BLDCM定子，而SPWM，PM和SM定子的每个阶段的电动电力是近似正弦波和三对称的Sine Wave电流，需要输入Spwm，PM，Smtator，Smsator。

永久磁铁同步电动机的磁场来自电动机转子上的永久磁铁。永久磁体的特性在很大程度上决定了电动机的特性。使用的永久磁铁材料主要包括二氧化碳，铝镍钴，幼型铁硼和SMCO5 SM2CO17。

在转子上安装永久磁铁的方法有两种。一种是将形成的永久磁铁安装在转子表面，即所谓的外部类型。另一个是将形成的永久磁铁埋入转子，即所谓的内部类型。永久磁体的形状可以分为扇形和矩形。

根据与确定的转子结构相对应的每个相的激发磁化力的不同分布，三相磁铁同步电动机可以分为两种类型：正弦波类型和方波型永久磁铁同步电动机。前者是每个相的激发磁化力的正弦波类型分布，后者是每个相激发磁光力的平方波类型分布，该分布根据子电路结构和永久磁体的形状而变化。对于径向激发结构，永久磁铁直接面对均匀的气隙。如果使用了系统的永久磁铁材料，则由于稀土永久磁铁的良好方向，可以轻松获得具有良好方波形的气隙磁场。对于使用非均匀气隙或永久磁化方向长度的径向激发结构，气隙磁场波形可以实现正弦分布。

为了总结两种类型的永久磁铁AC同步伺服电机之间的差异，以下总结：

控制原理相似。当给定的命令信号添加到AC伺服系统的输入端时，将电动机轴上的位置反馈信号与给定位置进行比较，并根据比较结果控制伺服运动，直到达到所需的位置为止。 PM，SM和BLDCM II类伺服系统组成的基本思想是一致的。

与两个永久磁铁无刷电动机相比，无刷刷直流电动机具有简单控制，低成本，简单检测设备和相对容易的系统实现的优点。但是，无刷直流电动机原理中存在固有的缺陷。电磁脉动发生是由于电枢中电流和电枢磁性电势的不连续性而发生的。这种脉动在高速操作过程中会产生噪音，这是稳定扭矩以中速和低速驱动的主要障碍。扭矩搏动会恶化电动机速度控制特性，从而限制了在高精度和高性能要求（尤其是在低速直接驱动场景中），在伺服驱动器场合使用了无刷直流电动机伺服系统。因此，对于一般性能电气伺服驱动控制系统，选择了无刷的直流电动机和相应的控制方法。 PM和SM伺服系统要求定子输入三相正弦波电流，这可以实现更好的稳定性和更好的低速伺服性能。因此，它被广泛用于高性能和高精度伺服驱动系统，例如CNC机器和工业机器人。

3.2伺服系统的开发过程

伺服系统的开发已经完成了从液压到电气的过程。根据电动机驱动的类型，将电气伺服系统分为DC（DC）伺服系统和AC（AC）伺服系统。 AC伺服系统可以根据所用的驱动电动机的类型，可将AC伺服系统分为永久磁铁同步（SM型）电动机AC伺服系统和感应异步（IM型）电动机AC伺服系统。

由于直流伺服电机具有复杂的电机结构，因此在DC伺服驱动技术的开发中，电动刷，换向器等大型维护工作负载已成为瓶颈。随着微处理技术和高功率电子技术的成熟度以及AC永久磁铁电机材料的开发和应用，运动效率的提高和制造成本的降低，AC伺服系统取得了长足的进步，并将逐渐替换DC Servo Systems。

由于技术和成本原因，在1990年之前，国内伺服电机主要是无直流的，直流电的磁铁刷电机和步进电动机，主要集中在机械工具以及国防和军事行业中。 1990年后，进口的永久磁铁AC伺服电动机系统逐渐进入中国。在此期间，由于稀土永久磁铁材料的开发以及电力电子和微电子技术的快速进步，AC伺服电机的驱动技术迅速从模拟转变为完全数字。由于AC伺服电动机的驱动设备采用了先进的全数字驱动控制技术，因此硬件结构很简单，参数调整很方便，产品生产的一致性和可靠性被提高，复杂的电机控制算法和智能控制功能可以集成，例如自动增益调整，网络通信功能等，大大扩展了适用的AC Servo Motors Motors Motors Motors Motors Motors；此外，凭借各种行业，例如机床，打印设备，包装设备，纺织设备，激光处理设备，机器人，自动生产线等，过程准确性，处理效率和工作可靠性得到了不断提高。这些田地中对交流伺服电机的需求将迅速增长，AC伺服器将逐渐取代原始的直流伺服电动机和步进电动机。

正弦波交流伺服系统集成了伺服电动机，角速度和角位移传感器的最新成就，并与使用新的电力电子，特殊的集成电路和特殊控制算法的AC伺服驱动器匹配以形成新的高表现性机械产品。这使得原始的DC伺服系统面临着消除的危机，并已成为当今世界上伺服驱动器的主流和发展方向。正弦波交流伺服器广泛用于航空，航空航天，武器，船只，电子和核行业的领域，例如自行炮兵，卫星姿态控制，雷达驱动器，雷达驱动器，机载POD定位系统，坦克火力控制和火力控制系统，火力控制和火力的燃油式杀伤力机器人等，等等。

3.3伺服电动机的应用

松下AC伺服电机（AC Servo）A4系列

1。快速使用

电机运行所需的三根电缆：电源电缆；电机电源电缆，电动机编码器电缆。

控制线接口X5：

必须连接到伺服启用的引脚：DC24V电源（7,41）伺服启用SRV-ON（29）

控制信号：位置控制-----（脉冲方向输入3、4、5、6）

速度控制-----（模拟输入14，15 0至±10V）

扭矩控制------（模拟输入14，15）

其他辅助控制功能：

10点输入：①伺服启用②模式选择③增益开关④警报清除

6点输出：①警报（ALM）②制备（S-RDY）③制动释放（BRK-OFF）④零速度检测（ZSP）⑤扭矩控制TLC。 ⑥定位完成或达到速度

它的编码器反馈要比踏脚系统多，而形成封闭环系统，当然，此闭环只是相对的。伺服系统逐渐取代了踏脚系统，因此每个人都会逐渐熟悉它。

原因分析广播

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三相AC伺服电动机被广泛使用，但是在长期操作后，将发生各种断层。及时判断伺服电动机故障的原因[2]并进行相应的治疗方法。这是防止故障扩展并确保设备正常操作的重要任务。

1。电源后，电动机无法旋转，但是没有异常的噪音，没有异味或烟雾。

1。故障原因：①电源未打开（至少两个阶段未打开）； ②熔断器被吹动（至少两个阶段被吹了）； ③过电流继电器的调整太小； ④控制设备的接线不正确。

2。故障排除：①检查电路开关，保险丝和接线盒中是否有断点以及维修； ②检查保险丝模型和保险丝原因，然后更换保险丝； ③调整继电器设置值以与电动机合作； ④纠正接线。

2。电源后，会有嗡嗡作响的声音。

1。故障原因：①转子绕组折断（一个相被打破）或电源在一个阶段丢失； ②绕线导线连接不正确，或者内部绕组逆转； ③电路的接触点松动，接触电阻很大； ④电动机负载太大或转子卡住； ⑤电源电压太低； ⑥小型电动机组装得太紧，或者轴承中的油脂太硬； ⑦轴承被卡住了。

2。故障排除：①找出断点并修复； ②检查绕组的极性；确定绕组的末端是否正确； ③拧紧松散的接线螺钉，使用万用表确定是否虚假连接每个接头，然后修复； ④减少负载或检测并消除机械故障，⑤检查指定的表面连接方法是否连接了；电压下降是否太大，由于电力导体太薄，对其进行了校正，⑥重新组装以使其灵活；更换合格的油脂； ⑦修理轴承。

3。很难启动电动机。当电动机评估时，电动机速度远低于额定速度。

1。故障原因：①电源电压太低； ②电动机通过表面连接方法误导了电动机； ③转子打开焊接或破裂； ④转子的局部线圈被错误连接和逆转； ③修复电动机绕组时添加的弯数； ⑤电动机超载。

2。故障排除：①估算电源电压并尝试改进； ②更正连接方法； ③检查开口和断点并修复； ④检查错误的连接并纠正它； ⑤恢复正确的回合数； ⑥减少负载。

4。电动机的无负载电流不平衡，三相相位差很大。

1。故障原因：①绕组在头部和尾部连接不正确； ②电源电压不平衡； ③绕组有故障，例如转弯和反向线圈连接之间的短路。

2。故障排除：①检查和正确； ②测量电源电压并试图消除失衡； ③消除缠绕失败。

5。电动机运行时存在异常噪音。

1。失败原因：①磨损或异物，例如油中的沙子颗粒； ②转子芯松动； ③缺少轴承油； ④电源电压太高或不平衡。

2。故障排除：①更换轴承或清洁轴承； ②修理转子芯； ③充电； ④检查并调整电源电压。

6。在操作过程中，电动机振动很大。

1。失败的原因：①由于磨损轴承之间的差距很大； ②不均匀的气隙； ③转子不平衡； the轴的弯曲； ⑤耦合（皮带轮）的同轴性太低。

2。故障排除：①维修轴承并在必要时更换； ②调整气隙以使其甚至使其均匀； ③校准转子动态平衡； ④校准轴； ⑤重新校准以使其遵守法规。

7。轴承过热。

1。失败的原因：①油脂过多或太少； ②油质较差的含有杂质； ③轴承和日记帽或端盖之间的不当拟合（太松或太紧）； ④轴承的内孔是偏心的，并且摩擦在轴上； ⑤电动机的端盖或轴承盖不是平坦的； ⑥电动机和负载之间的耦合未得到校正，或者皮带太紧； ⑦轴承间隙太大或太小； ⑧电机轴弯曲。

2。故障排除：①按规定添加油脂（卷的1/3-2/3）； ②更换清洁油脂； ③如果您太松了，则可以使用粘合剂修复它，拧紧汽车，磨牙或端盖的内孔以使其合适； ④修理轴承盖并消除摩擦点； ⑤重新组装； ⑥重新校准并调整皮带张力； ⑦取代新轴承； ⑧校准电动机轴或更换转子。

8。电动机过热甚至烟熏。

1。故障原因：①电源电压太高； ②电源电压太低，电动机以额定负载运行，过多的电流会产生绕组的热量。 ③在修复和拆除绕组时，热拆卸方法是不适当的，燃烧了核心。 ④电动机超负荷或经常启动； ⑤电动机缺失，两个阶段运行； ⑥恢复后，不足以浸入缠绕； ⑦运动表面高，或阻塞通风管；

2。故障排除：①降低电源电压（例如调整电源变压器水龙头）； ②增加电源电压或更换厚的电源导体； ③修理铁芯并消除断层； ④减少负载；根据指定的次数开始控制启动； ⑤还原三相操作； ⑥使用二级油漆浸入和真空涂料浸入技术； ⑦清洁电动机，提高环境温度并采取冷却措施

开发趋势广播

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从伺服系统的三个主要组成部分的开发来看：伺服电机，编码器和驱动器，AC伺服电动机仍然是主流。电动机本身将发展为高性能和高功率密度。在相同的功率输出下，电动机本身的尺寸将越来越小。例如，小于1.5kW以下的小型AC伺服电动机的体积现在仅约为原始三相感应电动机的1/10。这主要是由于电动机制造技术本身的不断改进。例如，使用高性能磁性材料，在定子分割过程中使用集中式绕组的高密度绕组以及使用定子层压过程的使用过程。磁路的连续优化设计和热分析技术的应用也不断提高电动机的冷却性能。 [3]

同时，由于各个行业的特殊需求，伺服电机还将从一般的FA行业转移到差异化和定向设计的道路。例如，无维护，无尘，防爆炸，无扭矩的无脉冲超高或超低额定速度微型化，电动机直接配备了制动器，还原器，还原器，钢螺钉，螺钉，扭矩，扭矩温度传感器，编码器，甚至在一个积分式伺服功能式驱动器组件中。

实际上，除了传统的FA行业，尤其​​是在家用电器，汽车电子，纺织品，航空电子产品，机械和其他行业中，各种DC无刷伺服电机也已被广泛使用且广泛使用。从传统意义上讲，带有换向器的DC伺服电机将被这样的无刷伺服电机所取代。特别是在小功率的应用范围内，它具有不可替代的优势，例如低成本，少量，高可靠性（通常没有光电编码器的反馈）和干电池电源。因此，实际使用次数将非常相当大。

对于反馈编码器组件，它们的开发主要在于微型，低成本，高分辨率，高可靠性，网络，高响应，节省接线，绝对价值编码和其他方向。从结构上讲，为了降低成本，主流日本伺服电机中使用的编码器已经从积分变为单独。为了提高单独的编码器的可靠性，已经根据安装方法进行了改进，以及已溶解在电动机中的后轴承支撑座椅的集成设计。由于采用了正弦波插值技术，从210到224-228/Revolution，该决议得到了极大的改进。这对于提高伺服电动机低速控制并减少低速搏动的稳定性非常有帮助。但是，它没有直接影响提高位置控制的准确性。当然，还有类似于音高补偿的软件补偿，这可以改善单个转弯的物理分辨率，从而实际上提高了定位控制的准确性。这可以有效地使用索引转盘机器人控制。正是由于插值技术的应用，旋转编码器将在恶劣的环境中广泛用于高精度伺服控制中。已经在伺服电动机上使用了224/分辨率旋转编码器。编码器串行通信避免线系统方法只能限于小于10m。随着高分辨率，高精度和伺服控制高反应的需求的增加，编码器的通信频率的增加也将是一个主要方向。

最后，对于伺服驱动器控制器而言，他们的开发方向将在IT行业技术的开发帮助下具有更令人耳目一新的感觉。看看当今的手机摄像机等。不难想象可以从中学到很多功能并将其移植到伺服驱动器控制器上。

一些国内公司使用WiFi无线通信技术来编写伺服控制参数，以调整操作监控和其他方面。 USB通信技术，触摸屏显示控制技术现已使用。为了进行下一代伺服驱动器的研究和开发，许多公司都在考虑采用下一代手机中使用的CPU和实时操作系统技术。每个人都知道傻瓜相机技术，这也可以拍摄外行的精美照片。我相信，下一代伺服驱动程序肯定会具有这一单击的自我调整功能，并且伺服应用程序将变得越来越受欢迎。因为调整和调试非常方便。如果客户真的无法处理，则制造商的售后服务人员可以通过WiFi远程控制诊断和解决方案。

从交流电动机本身的矢量控制技术的角度来看，它变得越来越完美和流行。从实时操作系统的角度来看，它只是一个需要实时响应处理的功能模块。由于控制器的多功能和智能要求，大量信号处理，满足控制需求的各种数学模型的建立和操作以及在实时操作系统的统一计划和管理下，将正确且可靠地运行各种功能模块，例如网络通信。

因此，下一代伺服驱动器控制器将是各种现代控制技术的结晶，而不是传统意义上的功率放大器。