伺服、步进、变频三大控制要点详解

  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作比较，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、伺服系统的组成及分类

  组成：伺服系统是以位置和角度为控制量的控制管理系统的总称，与位置和角度相关联的速度、角速度、加速度、力等为控制量的系统也包含在伺服系统内。

  步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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。能够最终靠控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;同时可以经过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，进而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。

  现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。

  永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度;

  反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。

  混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。

  b.拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一 个齿距角所需脉冲数 。

  d. 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩(由磁场齿形的谐波以 及机械误差造成的)。

  e. 静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。

  d. 最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。

  e. 最大空载的运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。

  f. 运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性 。

  2. 静力矩的选择：静力矩选择的依据是电机工作的负载 ，一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内最好 。

  3. 电流的选择：由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流。

  4. 步进电机低速时可以正常运转,但若高于 一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。

  1. 控制精度不同五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°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 ，对于带标准2500线编码器的电机而言，其脉冲当量为360°/10000=0.036°，伺服电机精度要比步进马达高。

  2. 低频特性不同步进电机在低速时易出现低频振动现象。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。

  3. 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 。

  4. 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丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，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丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。

  5. 速度响应性能不同步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA 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

  6. 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，交流伺服电机为恒力矩输出。

  综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。

  变频器是能够简单、自由地改变交流电机转速的一种控制装置。改变交流电机转速的方法如下。变频器是通过改变交流电机电源频率实现调速的：

  1. 变流器(整流器)大量使用的是二极管桥整流器，如图1 所示，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。

  2. 平波回路在整流器整流后的直流电压中，含有电源6 倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压(电流)。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感，采用简单的平波回路。

  3. 逆变器同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6 个开关器件导通、关断就可以得到3 相交流输出。

  4. 制动回路异步电动机在再生制动区域使用时(转差率为负)，再生能量存于平波回路电容器中，使直流电压升高。一般说来，由机械系统(含电动机)惯量积累的能量比电容能储存的能量大，需要快速制动时，可用可逆变流器向电源反馈或设置制动回路(开关和电阻)把再生功率消耗掉，以免直流电路电压上升。

  变频器和交流电机构成的可调速传动称为变频器传动，其功能用途如下。其中可能互为关联，实际上无明确分类，此表仅作参考。

  关键字：编辑：什么鱼 引用地址：伺服、步进、变频三大控制要点详解上一篇：变频器一拖多电机同时启动的方法分享

  随着节能减排观念的普及， 变频 器被广泛应用在工业生产、民用设备等领域，就连家中的空调、冰箱等电器也贴有节能标签。但在这片席卷全球的“节能”风暴下，却隐藏着会影响到电能质量的谐波隐患，本文将就此为大家进行介绍并提供测量解决方法。 变频器的节能原理 变频器可将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电，通过控制输出电压的频率，实现对电机(或其他负载)的调速。这样就能根据拖动负载的大小来控制电机转速快慢，做到“物有所用”，达到节省能耗，保护电机的目的。 谐波产生的源头： 整流 电路与PWM调制电路 那么谐波隐患是如何生成的呢?这是由变频器的电路特性决定的。变频器内部主电路可分为三部分：整流电路、直流母线

  节能设备中的谐波隐患 /

  变频器的英文译名是VFD(Variable Frequency Drive)，这可能是现代科技由中文反向翻译为英文的为数不多实例之一。变频器是应用在变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件。 而为整个电机运动系统选择合适的变频器，已是让工程师一个头痛的问题。 总的来说，变频器的选用，应按照被控对象的类型、调速范围、静态速度精度、启动转矩等来考虑，使之在满足工艺和生产要求的同时，既好用，又经济。 一般性的经验是： l多大的电机就选择多大的变频器，有时也可大一个规格。 l大功率的变频器功率因数较低最好在变频器的进线端加装交流电抗器。这样一是提高功率因数

  伺服电机编码器在更换了相应的编码器以后，基本上都要进行相应的调零对位。伺服电机编码器调零对位一般设计到伺服电机编码器的拆除，在拆除伺服电机编码器时要对伺服电机编码器的安装位置进行记录，保证伺服电机的正常云运行。 伺服电机编码器调零的含义 1、伺服电机的控制原理是采用矢量控制方式来控制和驱动的，因此将编码器在电机轴上的安装角度称为零点。这里需要注意的一点是不同系列的伺服电机其安装的角度值不同。 2、伺服电机零点误差大，电机的无功电流也会增大，转矩不会随着电流增大而增大，因此电机会表现无力，也就是转矩不够，甚至出现电机无法运行的情况，一般情况下，不建议对伺服电机的编码的安装位置和角度进行调整。 3、伺服电机编

  ED3L双轴伺服驱动器 三大应用优势 精巧设计，高功率密度 采用全新的结构设计， 散热能力更强， 体积更小 ， 功率密度全面提升25% 。深度考虑用户使用需求，不同功率的驱动器高度、深度一致，并排紧贴安装时整体感和阵列感强，大幅减少安装空间。 便捷性应用 ED3L双轴伺服驱动器支持多模式切换，包括位置模式、速度模式、转矩模式，自由切换。基于用户使用习惯的端口设计，动力线缆、编码器线缆和单轴保持高度一致，便于电气工程师快速布局和调试设备。 便捷的ESView V4 可视化界面配置软件 ，各项调试步骤均有详细的配置向导，极致缩短调试周期。

  摘要 本设计详细介绍了基于单片机的三相步进电机控制系统。步进电机通过输入脉冲信号进行控制，即电机的总转动角度由输入脉冲总数决定，因此，单片机通过向步进电机发送控制信号就能实现对步进电机的控制。 单片机实现的步进电机控制系统具有成本低、使用灵活的特点，该系统采用80C51单片机作为主控芯片，来完成对步进电机转动及LED显示的控制。 本设计主要由单片机80C51，3相步进电机，7段数码管，及一些其他相关元件设计而成，分为按键选择工作状态模块、步进电机工作模块、LED二极管显示工作状态模块以及4位数码管显示步数模块。能够最终靠开关来控制系统的启/停工作，当系统运转时，用开关来控制方向，并使相应的指示灯亮起，同样由开关来选择工作模式

  电机控制管理系统设计分解 /

  系统在汽车仪表板生产线 引言 以前的伺服驱动系统多以直流系统为主，这是因为直流电机调速比较方便，本身的机械特性较硬，但直流电机由于有电刷换向，不适用于防爆场合，且结构复杂，维修不便。近年来由于电子技术飞速发展，交流调速技术日趋成熟，其调速性能可与直流系统相媲美，并正逐步取代直流电机调速。 我公司的原系统为CANN0N公司独立研制，以STD总线CPU为核心的单片机组成的直流伺服控制管理系统。该系统抗干扰能力差，软硬件资料不详， 维修困难， 且备件价格贵， 采购周期长， 经常造成停机。因此我们采用西门子S7—300PLC及位控模块FM357、 SIM0DRIVE611A伺服驱动模块、1FK6伺服电机构成的数控系统对原系统进行了改造。 1 系统

  多数无线MHz的蜂窝网络频段，但是数量不断增加的无线应用开始使用非许可的工业-科学-医学(ISM)频段，该频段范围在2400MHz到2500MHz和5725 到 5875 MHz。为了推进在这些更高ISM频段内的设计技术发展，Mini-Circuits公司开发出一种高性能有源混频器，可以让原始设备制造商(OEM)把目前的2450MHz频段工作频率上变频到5.7至5.8GHz频段。该公司的SIM-U63+型混频器基于低温协同烧结陶瓷( LTCC )技术、半导体技术和一种高度可制造电路设计技术这三种技术的结合。这种获得专利的技术结合使器件尺寸小、对静电放电(ESD)高度不敏

  器充分发挥LTCC技术的优势 /

  1引言 随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及电机控制技术和现场总线技术的发展，变频器向单元化、数字化、智能化和网络化方向发展。西门子公司6se70/6se71系列矢量型（vc）变频器和abb公司acs800/acc800系列直接转矩型（dtc）变频器都具备了单元化、数字化、智能化和网络化的特点，是目前高性能工程型变频器的代表。针对位能型负载的特点，6se70/6se71系列变频器和acs800/acc800系列变频器都设计了机械制动控制功能，也就是常说的抱闸控制功能，该控制功能的主要作用是：在传动单元停止或未通电时，可以通过机械制动将电机和被驱动设备锁停在零速状态，保证了位能型负载和传动单元及设备的安全。 2变频

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