应用于精密机床和机器人的伺服电机有何特性
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饲机电机简单来说就是一台电动机,但是为何要叫成伺服电机呢?

“伺服”一词源于希腊语,是“奴隶”的意思,伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机,没有收到控制信号时,绝对不能转动,当收到信号时必须立即达到额定转速,而信号要求停止时,转速必须在极短时间内归0。

1978年, 德国rexroth公司的indramat分部在汉诺威贸易博览会上正式推出mac永磁交流伺服电动机和驱动系统,标志着新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。

交流伺服电机

但是早期的模拟系统在零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,不能完全满足运动控制的要求,直到新型dsp的应用,出现了数字控制系统之后,饲服机在精密机床、电梯、医疗设备、计算机外设、机器人等几乎所有行业具有广泛应用。

日本的精密机床

因为我国在精密机床和机器人两大方面落后日德的现状,高端伺服电机不能国产之殇,也是国人的心病之一。

伺服电机在功能和结构上与步进电机很相似,但是二者在性能上有非常大的差异。

步进电机结构图

伺服电机结构图

首先, 伺服电机与步进电机控制的精度不同

两相混合式步进电机步距角一般为 1.8°、0.9°,五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。而交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证,对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°,是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

vns699威尼斯城官网,第二, 伺服电机与步进电机的低频特性不同

步进电机在低速时易出现低频振动现象,步进电机的工作原理决定了低频振动现象对于机器的正常运转非常不利,步进电机存在固定的共振点,很多步进驱动器通过自动计算其振点,以调整控制算法来达到抑制其振的目的。

交流伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可弥补机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能,可检测出机械的共振点,便于系统调整。

伺服系统的振动抑制功能包含共振抑制及阻尼减振两个部分。

共振抑制

阻尼减振

第三,伺服电机与步进电机矩频特性不同

步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作转速一般在300~600rpm。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。

相同尺寸下的伺服电机与步进电机的速度力矩特性比较

第四,伺服电机与步进电机过载能力不同

步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以m2交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。

第五,伺服电机与步进电机运行性能不同

步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现失步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的失步或过冲的现象,控制性能更为可靠。

第六,伺服电机与步进电机速度响应性能不同

步进电机从静止加速到工作转速需要200~400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好,以鸣志400w交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速3000rpm仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。

在一些要求非常高的场合,必须采用性能远高于步进电机的伺服电机。我国虽然具有世界上最全的工业门类,但是大部分处于“豪放派”领域,对于高端产品的积累还有很大的差距。

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