直流伺服电机调速论文答辩

运动伺服一般都是三环控制系统，从内到外依次是电流环速度环位置环。    1、首先电流环：电流环的输入是速度环PID调节后的那个输出，我们称为“电流环给定”吧，然后呢就是电流环的这个给定和“电流环的反馈”值进行比较后的差值在电流环内做PID调节输出给电机，“电流环的输出”就是电机的每相的相电流，“电流环的反馈”不是编码器的反馈而是在驱动器内部安装在每相的霍尔元件（磁场感应变为电流电压信号）反馈给电流环的。 2、速度环：速度环的输入就是位置环PID调节后的输出以及位置设定的前馈值，我们称为“速度设定”，这个“速度设定”和“速度环反馈”值进行比较后的差值在速度环做PID调节（主要是比例增益和积分处理）后输出就是上面讲到的“电流环的给定”。速度环的反馈来自于编码器的反馈后的值经过“速度运算器”得到的。 3、位置环：位置环的输入就是外部的脉冲（通常情况下，直接写数据到驱动器地址的伺服例外），外部的脉冲经过平滑滤波处理和电子齿轮计算后作为“位置环的设定”，设定和来自编码器反馈的脉冲信号经过偏差计数器的计算后的数值在经过位置环的PID调节（比例增益调节，无积分微分环节）后输出和位置给定的前馈信号的合值就构成了上面讲的速度环的给定。位置环的反馈也来自于编码器。 编码器安装于伺服电机尾部，它和电流环没有任何联系，他采样来自于电机的转动而不是电机电流，和电流环的输入、输出、反馈没有任何联系。而电流环是在驱动器内部形成的，即使没有电机，只要在每相上安装模拟负载（例如电灯泡）电流环就能形成反馈工作。     谈谈PID各自对差值调节对系统的影响： 1、单独的P（比例）就是将差值进行成比例的运算，它的显著特点就是有差调节，有差的意义就是调节过程结束后，被调量不可能与设定值准确相等，它们之间一定有残差，残差具体值您可以通过比例关系计算出。。。增加比例将会有效减小残差并增加系统响应，但容易导致系统激烈震荡甚至不稳定。。。

直流伺服电机的调速是要通过配套的伺服驱动器来进行控制和调速，电机只是个执行部件，运动控制是由伺服驱动器（也称伺服放大器）以及上位控制（器）机来命令和驱动的。至于原理不是几句话能讲清楚的，请你还是查看相关的资料。

一、加减速时间加速时间就是输出频率从 0 上升到最大频率所需时间，减速时间是指从最大频率下降到 0 所需时间。通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压。 加速时间设定要求：将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流失速而引起变频器跳闸；减速时间设定要点是：防止平滑电路电压过大，不使再生过压失速而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来，但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间，通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警；然后将加减速设定时间逐渐缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作几次，便可确定出最佳加减速时间。 二、 转矩提升 又叫转矩补偿，是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低，而把低频率范围 f/V 增大的方法。设定为自动时，可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩，使电动机加速顺利进行。如采用手动补偿时，根据负载特性，尤其是负载的起动特性，通过试验可选出较佳曲线。对于变转矩负载，如选择不当会出现低速时的输出电压过高，而浪费电能的现象，甚至还会出现电动机带负载起动时电流大，而转速上不去的现象。 三、电子热过载保护 本功能为保护电动机过热而设置，它是变频器内 CPU 根据运转电流值和频率计算出电动机的温升，从而进行过热保护。本功能只适用于 “ 一拖一 ” 场合，而在 “ 一拖多 ” 时，则应在各台电动机上加装热继电器。 电子热保护设定值 (%)=[ 电动机额定电流 (A)/ 变频器额定输出电流 (A)]×100% 。 四、频率限制 即变频器输出频率的上、下限幅值。频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出故障，而引起输出频率的过高或过低，以防损坏设备的一种保护功能。在应用中按实际情况设定即可。此功能还可作限速使用，如有的皮带输送机，由于输送物料不太多，为减少机械和皮带的磨损，可采用变频器驱动，并将变频器上限频率设定为某一频率值，这样就可使皮带输送机运行在一个固定、较低的工作速度上。 五、偏置频率 有的又叫偏差频率或频率偏差设定。其用途是当频率由外部模拟信号 ( 电压或电流 ) 进行设定时，可用此功能调整频率设定信号最低时输出频率的高低，如图 1 。有的变频器当频率设定信号为 0% 时，偏差值可作用在 0 ～ fmax 范围内，有的变频器 ( 如明电舍、三垦 ) 还可对偏置极性进行设定。如在调试中当频率设定信号为 0% 时，变频器输出频率不为 0Hz ，而为 xHz ，则此时将偏置频率设定为负的 xHz 即可使变频器输出频率为 0Hz 。 六、 频率设定信号增益 此功能仅在用外部模拟信号设定频率时才有效。它是用来弥补外部设定信号电压与变频器内电压 (+10v) 的不一致问题；同时方便模拟设定信号电压的选择，设定时，当模拟输入信号为最大时 ( 如 10v 、 5v 或 20mA) ，求出可输出 f/V 图形的频率百分数并以此为参数进行设定即可；如外部设定信号为 0 ～ 5v 时，若变频器输出频率为 0 ～ 50Hz ，则将增益信号设定为 200% 即可。 七、转矩限制 可分为驱动转矩限制和制动转矩限制两种。它是根据变频器输出电压和电流值，经 CPU 进行转矩计算，其可对加减速和恒速运行时的冲击负载恢复特性有显著改善。转矩限制功能可实现自动加速和减速控制。假设加减速时间小于负载惯量时间时，也能保证电动机按照转矩设定值自动加速和减速。 驱动转矩功能提供了强大的起动转矩，在稳态运转时，转矩功能将控制电动机转差，而将电动机转矩限制在最大设定值内，当负载转矩突然增大时，甚至在加速时间设定过短时，也不会引起变频器跳闸。在加速时间设定过短时，电动机转矩也不会超过最大设定值。驱动转矩大对起动有利，以设置为 80 ～ 100% 较妥。 制动转矩设定数值越小，其制动力越大，适合急加减速的场合，如制动转矩设定数值设置过大会出现过压报警现象。如制动转矩设定为 0% ，可使加到主电容器的再生总量接近于 0 ，从而使电动机在减速时，不使用制动电阻也能减速至停转而不会跳闸。但在有的负载上，如制动转矩设定为 0% 时，减速时会出现短暂空转现象，造成变频器反复起动，电流大幅度波动，严重时会使变频器跳闸，应引起注意。 八、加减速模式选择 又叫加减速曲线选择。一般变频器有线性、非线性和 S 三种曲线，通常大多选择线性曲线；非线性曲线适用于变转矩负载，如风机等； S 曲线适用于恒转矩负载，其加减速变化较为缓慢。设定时可根据负载转矩特性，选择相应曲线，但也有例外，笔者在调试一台锅炉引风机的变频器时，先将加减速曲线选择非线性曲线，一起动运转变频器就跳闸，调整改变许多参数无效果，后改为 S 曲线后就正常了。究其原因是：起动前引风机由于烟道烟气流动而自行转动，且反转而成为负向负载，这样选取了 S 曲线，使刚起动时的频率上升速度较慢，从而避免了变频器跳闸的发生，当然这是针对没有起动直流制动功能的变频器所采用的方法。 九、转矩矢量控制 矢量控制是基于理论上认为：异步电动机与直流电动机具有相同的转矩产生机理。矢量控制方式就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流，分别进行控制，同时将两者合成后的定子电流输出给电动机。因此，从原理上可得到与直流电动机相同的控制性能。采用转矩矢量控制功能，电动机在各种运行条件下都能输出最大转矩，尤其是电动机在低速运行区域。 现在的变频器几乎都采用无反馈矢量控制，由于变频器能根据负载电流大小和相位进行转差补偿，使电动机具有很硬的力学特性，对于多数场合已能满足要求，不需在变频器的外部设置速度反馈电路。这一功能的设定，可根据实际情况在有效和无效中选择一项即可。 与之有关的功能是转差补偿控制，其作用是为补偿由负载波动而引起的速度偏差，可加上对应于负载电流的转差频率。这一功能主要用于定位控制。 十、节能控制 风机、水泵都属于减转矩负载，即随着转速的下降，负载转矩与转速的平方成比例减小，而具有节能控制功能的变频器设计有专用 V/f 模式，这种模式可改善电动机和变频器的效率，其可根据负载电流自动降低变频器输出电压，从而达到节能目的，可根据具体情况设置为有效或无效。 要说明的是，九、十这两个参数是很先进的，但有一些用户在设备改造中，根本无法启用这两个参数，即启用后变频器跳闸频繁，停用后一切正常。究其原因有： (1) 原用电动机参数与变频器要求配用的电动机参数相差太大。 (2) 对设定参数功能了解不够，如节能控制功能只能用于 V/f 控制方式中，不能用于矢量控制方式中。 (3) 启用了矢量控制方式，但没有进行电动机参数的手动设定和自动读取工作，或读取方法不当。

如果伺服电机是交流电机，就是变频调速的；如果伺服电机是直流电机，就是直流调压调速的；所有伺服都可以看成“PLC+电机调速电路+编码器”。 伺服速度梯形图上的启动、加速、匀速、减速、停车指令都是PLC计数器器完成并输出的； 这些运行指令到达调速电路，调速电路实施对伺服电机的启动、加速、匀速、减速、停车； 位置环就是PLC的一个计数器，用户给定的指令脉冲数作为被减数，编码器反馈的脉冲作为减计数脉冲，计数器的输出数与比较电路的给定比较，输出各种运行指令。

伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移。位移的速度是由脉冲频率的大小决定的，使用改变脉冲频率就可以改变直流伺服电机的速度。

直流伺服电机具有良好的启动、制动和调速特性，可很方便的在宽范围内实现平滑无极调速，故多采用在对伺服电机的调速性能要求较高的生产设备中。直流伺服电机的结构主要包括三大部分：1）定子：定子磁极磁场由定子的磁极产生。根据产生磁场的方式，直流伺服电机可分为永磁式和他激式。永磁式磁极由永磁材料制成，他激式磁极由冲压硅钢片叠压而成，外绕线圈通以直流电流便产生恒定磁场。（2）转子：又称为电枢，由硅钢片叠压而成，表面嵌有线圈，通以直流电时，在定子磁场作用下产生带动负载旋转的电磁转矩。（3）电刷和换向片：为使所产生的电磁转矩保持恒定方向，转子能沿固定方向均匀的连续旋转，电刷与外加直流电源相接，换向片与电枢导体相接。直流伺服电机的工作原理与一般直流电动机的工作原理市完全相同。他激直流电机转子上的载流导体（即电枢绕组）在定子磁场中受到电磁转矩的作用，使电机转子旋转。由直流电机的基本原理分析得到：n=(u-iara)/ke式中：n——电枢的转速，r/minu——电枢电压ia——电机电枢电流ra——电枢电阻ke——电势系数（ke=ce＆）由上式可知，调节电机的转速有三种方法：（1）改变电枢电压u。调速范围较大，直流伺服电机常用此方法调速。（2）变磁通量＆（即改变ke的值）。改变激磁回路的电阻rf以改变激磁电流if。可以打到改变磁通量的目的；调磁调速因其调速范围较小常常作为调速的辅助方法，而主要的调速方法是调压调速。若采用调压与调磁两种方法互相配合，可以获得很宽的调速范围，又可充分利用电机的容量。（3）在电枢回路中串联调节电阻rt，此时有n=〔u-ia(ra+rt)〕/ke由上式可知，在电枢回路中串联电阻的办法，转速只能调低，而且电阻上的铜耗较大，这种办法并不经济。

加减速曲线靠伺服单元控制。。。

调速方法一是调节电枢电压，二是调节励磁电流 直流电机的调速方法的优缺点： 1、在全磁场状态，调电枢电压，适合应用在零至基速以下范围内调速。不能达到电机的最高转速。 2、在电枢全电压状态，调激磁电压，适合应用在基速以上，弱磁升速。 不...