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解决方案:研究控制驱动器伺服电机驱动器简介

2020-10-19 14:01分类:伺服电机维修 阅读:

 

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研究控制驱动器伺服电机驱动器简介

前言:

工程师使用伺服电机来实现需要精确运动的应用,例如机器人技术,自动化和CNC制造。与RC 伺服电动机一样,Mechaduino是一种廉价的开源工业伺服电动机。

产品功能:

位置,扭矩,速度和自定义模块

设计要点:

坐标,速度,转矩环;与步进电机兼容的插件; I2C,串行输入;自定义/开源可以访问内部变量;透明的和用户定义的控制算法(商用电机通常缺少此算法); BDC电机的成本在1/10和1/100之间。尽管他们设计了优化的步进电机,但实际上它们只是50极无刷直流电机。它们可以像更传统的三相BDC电动机一样进行控制。

2)反馈传感器,通常是编码器。光学编码器是非常标准的,但是如果您需要高分辨率或绝对位置信息,价格将变得非常昂贵。像AMS这样的制造商提供低成本,高分辨率的磁性编码器。事实证明,尽管它们需要12位和14位分辨率(即分别为0.09和0.02度)伺服电机驱动器,但它们仍具有一定数量级的非线性!但是伺服电机驱动器,我们发现这种非线性非常重复,因此我们能够开发出一种校准程序,该程序包括比0.高1度的快速恢复分辨率。

3)驱动电路/电子功率以操作电机绕组。许多工业伺服系统使用离散的H桥。每个级都需要自己的H桥,该桥由至少4个分立的开关设备而不是8个(包括续流二极管)组成。这些驱动电路和大量操作使成本开始变得昂贵。人们希望找到一种能够提供电流反馈的单芯片集成解决方案,而我们只能在A4954双全桥PWM驱动器中找到。

4)控制电子设备。通常是微控制器或FPGA。在早期,我们认为Arduino的兼容性非常合适。我们选择使用SAMD21 ARM M0 +(Arduino的零兼容性)处理器来平衡成本和性能。我们的实验板原型系统验证了该处理器比执行必要算法的能力更合适

以下是整体框图:

设计一个八度音阶控制器(离散循环整形):

伺服电机应用示例:

精细的闭环定位3D打印机

精密光学仪器(激光,望远镜,相机万向架)

强制电阻控制机器人

电阻游戏控制器

可调整的机械阻抗:虚拟弹簧,质量,阻尼器

数控机床中两个轴之间的电气传输

远程操作

重力偏移(柜台上的机械臂,例如重力扭矩)

负载检测和表征

TP饮水机

可变负载(制动)

可变负载(发电机)

阀门控制(自动花园软管等)

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其他优势:

比步进电机(0.02度)更高分辨率

真正的闭环抗干扰性

低功耗:仅使用能量来抵抗干扰。反过来意味着更高的峰值扭矩

绝对位置控制(非增量)

无需在家开机

工业伺服电气工程由四个主要部分组成:

1)实际的电动机通常是无刷直流型。当您看到工业伺服电动机时,成本的很大一部分是电动机本身。它们通常是自定义的,或者至少具有有限的内置数量,这意味着$$$。瓦特瓦特,我想,尽管NEMA 17或NEMA 23步进电机的设计针对“步进”进行了优化,但其生产质量却是工业上使用的BDC电机的十分之一和一百分之一伺服,实际上只有一个50极无刷直流电动机。它们可以像更传统的三相BDC电机一样进行控制。这是计划。这是工作!

2)用于反馈的传感器,通常是编码器。光学编码器是非常标准的,但是如果您需要高分辨率和/或绝对位置信息,则价格可能会很高。我们对诸如AMS之类的供应商提供的廉价,高分辨率的磁性编码器感兴趣。事实证明,尽管它们声称具有12位和14位分辨率(分别为0.09和0.02度)深圳科士达ups电源,但它们在英语中还是有些非线性!但是,我们发现这种非线性非常可重复,并且我们能够开发出一种快速,独立的(电机)校准程序,该程序可以将分辨率恢复到0.高于1度(稍后再介绍)。这很重要设计工作值得您自己构建日志! )

3)驱动电路/电力电子组件激励电动机绕组。许多工业伺服系统使用离散H桥。每相都需要有自己的H桥(用于两相电动机...三相电动机中的每个半桥),该H桥至少由4个(如果不是8个)(...包括续流二极管)分立开关设备组成。投入栅极驱动电路,事情开始变得昂贵。我们希望找到一种可以提供电流反馈的单芯片集成解决方案,该解决方案可以在A4954双通道PWM驱动器中找到。

4)控制电子设备通常是微控制器或FPGA。在此之前,我们决定使用Arduino兼容性使固件尽可能方便。我们选择使用SAMD21 ARM M0 +(与Arduino零兼容)处理器来平衡成本和性能。我们的试验板原型系统验证处理器可以执行必要的算法...

工业伺服机电一体化电动机的特点:

此设计伺服电动机,位置,转矩施耐德软启动,速度和自定义模式,与RC 伺服系统一样,工业伺服系统也可以主动纠正外部干扰。与RC 伺服系统不同,工业伺服系统可以提供非常精确的运动,并且通常支持高级运动控制模式。运动控制模式行业伺服 Mechaduino 0.2。

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