伺服驱动器的工作原理是什么？
2024-11-19 阅读 9
更新于 2024年11月22日
主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路，IPM内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单地说就是AC-DC-AC的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。
伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达。伺服系统是一种能对试验装置的机械运动按预定要求进行自动控制的操作系统。伺服驱动系统的控制对象是机床坐标轴的位移和速度，其执行机构是伺服电机或步进电动机。对输入指令信号进行控制和功率放大的部分称为伺服放大器（亦称驱动器、伺服单元等），它是伺服驱动的核心。
苏州威迪特弯管机伺服驱动器内部通常采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，这种处理器可以实现比较复杂的控制算法，从而使伺服系统具有数字化、网络化和智能化的特点。功率器件则普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路。IPM内部集成了驱动电路，并具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，从而大大提高了系统的可靠性和安全性。在主回路中，伺服驱动器还加入了软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。
在工作过程中，伺服驱动器首先将输入的三相电或市电通过三相全桥整流电路进行整流，得到相应的直流电。然后，这个直流电再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动交流伺服电机。整个过程可以简单描述为AC-DC-AC的过程。整流单元（AC-DC）的主要拓扑电路是三相全桥不控整流电路，它负责将输入的交流电转换为直流电。而逆变单元（DC-AC）则负责将直流电转换为频率和电压可调的交流电，以驱动伺服电机。
伺服电机的内部转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在这个磁场的作用下转动。同时，电机自带的编码器会反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，然后调整转子转动的角度。这种闭环控制方式使得伺服系统具有很高的精度和稳定性。
伺服驱动器通常具有三种常见的控制方式：位置控制方式、转矩控制方式和速度控制方式。
位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度。有些伺服驱动器还可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以它一般应用于定位装置，如数控机床、印刷机械等。在这些应用中，伺服驱动器需要准确地控制机床坐标轴的位移和速度，以实现高精度的加工和定位。
转矩控制方式则是通过外部模拟量的输入或直接的地址赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。转矩控制方式主要应用在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如绕线装置或拉光纤设备。在这些应用中，伺服驱动器需要根据缠绕半径的变化随时更改转矩的设定，以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。
速度控制模式则是通过模拟量的输入或脉冲的频率来进行转动速度的控制。在有上位控制装置的外环PID控制时，速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。速度控制模式适用于需要精确控制转速的应用场景，如风力发电、电动汽车等领域。在这些应用中，伺服驱动器需要准确地控制电机的转速，以实现稳定的输出和高效的能量转换。
