項(xiàng)目八S7-1200PLC在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用——任務(wù)準(zhǔn)備項(xiàng)目描述

通過S7-1200PLC實(shí)現(xiàn)常見的運(yùn)動(dòng)控制，包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等。一、控制要求（1）實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制；（2）實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。二、硬件電路設(shè)計(jì)1.硬件選擇名稱型號(hào)步進(jìn)電機(jī)3S57Q-04079步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Kinco3M458PLCCPU1214CDC/DC/DC按鈕一佳LA38-11BN2.I/O地址分配根據(jù)控制要求列出所用的輸入/輸出點(diǎn)，并為其分配了相應(yīng)的地址，其中I/O分配表如下表所示。I/O分配表圖表輸入輸出原點(diǎn)開關(guān)SC1I0.0脈沖信號(hào)輸出Q0.0下限行程開關(guān)SC2I0.1方向信號(hào)輸出Q0.1上限行程開關(guān)SC3I0.2啟動(dòng)按鈕SB1I0.3停止按鈕SB2I0.4控制器使能Q0.4（備用）正向點(diǎn)動(dòng)按鈕I0.5反向點(diǎn)動(dòng)按鈕I0.6暫停按鈕I0.7復(fù)位按鈕I1.0回原點(diǎn)按鈕I1.13.電氣原理圖

根據(jù)I/O分配表和控制要求，設(shè)計(jì)電氣原理圖，如下圖所示。電氣原理圖知識(shí)點(diǎn)1運(yùn)動(dòng)控制基礎(chǔ)一、電氣運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制的動(dòng)力源電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能：電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制氣體和流體的壓力能：氣液運(yùn)動(dòng)控制燃料（煤、油等）化學(xué)能：熱機(jī)運(yùn)動(dòng)控制知識(shí)點(diǎn)1運(yùn)動(dòng)控制基礎(chǔ)二、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)組成包括：速度控制和點(diǎn)位控制2、運(yùn)動(dòng)控制的組成能實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)精確的位置、速度、加速度、轉(zhuǎn)矩或力等控制的計(jì)算機(jī)控制裝置。用來將運(yùn)動(dòng)控制器的控制信號(hào)（通常是速度或扭矩信號(hào)）轉(zhuǎn)換為更高功率的電流或電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或霍爾效應(yīng)設(shè)備等，用以反饋執(zhí)行器的實(shí)際位置到控制器，以實(shí)現(xiàn)和位置和速度的閉環(huán)控制。如液壓泵、氣缸、線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)或電機(jī)，可以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。用以將執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為期望的運(yùn)動(dòng)形式，它包括減速箱、軸、聯(lián)軸器、滾珠絲杠、軸承及軸承座、齒形帶等等。1、運(yùn)動(dòng)控制的功能運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)器或放大器反饋傳感器執(zhí)行器機(jī)械傳動(dòng)部件知識(shí)點(diǎn)1運(yùn)動(dòng)控制基礎(chǔ)三、選擇運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)動(dòng)控制器選擇注意事項(xiàng)：1、確定執(zhí)行電機(jī)類型：根據(jù)要開發(fā)生產(chǎn)設(shè)備的工作特點(diǎn)。2、確定電機(jī)軸數(shù)和工作模式：設(shè)備要求的電機(jī)數(shù)量；速度、力矩或位置模式3、確定位置檢測、反饋模式，選擇是否采用光電編碼器、光柵尺或磁柵尺。4、確定功能、精度等要求：包括輸入輸出信號(hào)數(shù)量。5、確定廠家品牌和型號(hào)：要考慮客戶需求。知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)一、步進(jìn)電機(jī)(steppingmotor)概念

步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī)，它是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機(jī)，是現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，應(yīng)用極為廣泛。

它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的，所以稱這種電機(jī)為“步進(jìn)”電機(jī)，常見幾種步進(jìn)電機(jī)外觀如圖所示。知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)二、步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理1、步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

步進(jìn)電機(jī)是由一組纏繞在電機(jī)固定部件--定子齒槽上的線圈驅(qū)動(dòng)的。

通常情況下，一根繞成圈狀的金屬絲叫做螺線管，而在電機(jī)中，纏繞在齒上的金屬絲則叫做繞組、線圈、或相。

步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子表面和定子靠近轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面均有細(xì)齒，定子繞組通電后產(chǎn)生磁場，在該磁場的作用下，轉(zhuǎn)子的齒就會(huì)旋轉(zhuǎn)一定角度與定子的齒對(duì)齊。

步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示。

知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)二、步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理2、步進(jìn)電機(jī)工作原理

步進(jìn)電機(jī)屬于一種感應(yīng)電機(jī)，但是基于電磁鐵原理，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵。其動(dòng)作原理是利用電子電路，分時(shí)供給電機(jī)各相定子繞組直流電源，產(chǎn)生脈動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子才能一步一步旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，是一種時(shí)序控制器。

知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)二、步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理2、步進(jìn)電機(jī)工作原理下圖是一只三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理圖。定子鐵心為凸極式，共有三對(duì)（六個(gè)）磁極，每兩個(gè)空間相對(duì)的磁極上繞有一相控制繞組。

當(dāng)A相控制繞組通電，其余兩相均不通電，電機(jī)內(nèi)建立以定子A相極為軸線的磁場。由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn)，使轉(zhuǎn)子齒1、3的軸線與定子A相極軸線對(duì)齊，如圖所示。知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)二、步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理2、步進(jìn)電機(jī)工作原理

若A相控制繞組斷電、B相控制繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子在反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用下，逆時(shí)針轉(zhuǎn)過30°，使轉(zhuǎn)子齒2、4的軸線與定子B相極軸線對(duì)齊，即轉(zhuǎn)子走了一步，如左圖（b）所示。知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)二、步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理2、步進(jìn)電機(jī)工作原理

若再斷開B相，使C相控制繞組通電，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向又轉(zhuǎn)過30°，使轉(zhuǎn)子齒1、3的軸線與定子C相極軸線對(duì)齊，如圖（c）所示。

如此按A—B—C—A的順序輪流通電，轉(zhuǎn)子就會(huì)一步一步地按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。其轉(zhuǎn)速取決于各相控制繞組通電與斷電的頻率，旋轉(zhuǎn)方向取決于控制繞組輪流通電的順序。若按A—C—B—A的順序通電，則電動(dòng)機(jī)按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)二、步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理2、步進(jìn)電機(jī)工作原理

上述通電方式稱為三相單三拍。“三相”是指三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；“單三拍”是指每次只有一相控制繞組通電；控制繞組每改變一次通電狀態(tài)稱為一拍，“三拍”是指改變?nèi)瓮姞顟B(tài)為一個(gè)循環(huán)。把每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。

如果把控制繞組的通電方式改為A→AB→B→BC→C→CA→A，即一相通電接著二相通電間隔地輪流進(jìn)行，完成一個(gè)循環(huán)需要經(jīng)過六次改變通電狀態(tài)，稱為三相單、雙六拍通電方式。當(dāng)A、B兩相繞組同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子齒的位置應(yīng)同時(shí)考慮到兩對(duì)定子極的作用，只有A相極和B相極對(duì)轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉力相平衡的中間位置，才是轉(zhuǎn)子的平衡位置。這樣，單、雙六拍通電方式下步距角減少一半。知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)三、步進(jìn)電機(jī)分類1、按結(jié)構(gòu)形式分類定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。結(jié)構(gòu)簡單、成本低、步距角小，可達(dá)1.2°、但動(dòng)態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可靠性難保證。轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能好、輸出力矩大，但這種電機(jī)精度差，步矩角較大。綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)，其定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子上均有多個(gè)小齒以提高步矩精度。其特點(diǎn)是輸出力矩大、動(dòng)態(tài)性能好，步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對(duì)較高。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)永磁式步進(jìn)電機(jī)混合式步進(jìn)電機(jī)知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)三、步進(jìn)電機(jī)分類2、按定子繞組分類繞組有二相，約占90%以上的市場份額，其原因是性價(jià)比高，配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后效果良好。該種電機(jī)的基本步距角為1.8°/步。繞組有三相。繞組有五相。二相步進(jìn)電機(jī)三相步進(jìn)電機(jī)五相步進(jìn)電機(jī)知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)三、步進(jìn)電機(jī)分類3、按機(jī)座號(hào)分類28步進(jìn)電機(jī)35步進(jìn)電機(jī)42步進(jìn)電機(jī)57步進(jìn)電機(jī)86步進(jìn)電機(jī)110步進(jìn)電機(jī)130步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)橫截面都是正方形（或者四邊倒角的正方形），

以邊長的長度尺寸（單位：毫米）作為步進(jìn)電機(jī)的分類，這個(gè)長度尺寸就是機(jī)座號(hào)系列。知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)三、步進(jìn)電機(jī)分類步進(jìn)電機(jī)型號(hào)解讀28BYJ48-5V28號(hào)機(jī)座額定電源電壓：DC5V四相八拍減速型，輸出軸有減速箱永磁式步進(jìn)電機(jī)型號(hào)：知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)四、步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)1、靜態(tài)技術(shù)參數(shù)（1）相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極N、S磁場的激磁線圈對(duì)數(shù)。常用m表示。（2）拍數(shù)：完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或電機(jī)每轉(zhuǎn)一個(gè)齒距所需脈沖數(shù)。以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)行方式即

A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。（3）步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度/（轉(zhuǎn)子齒數(shù)*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)四、步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)1、靜態(tài)技術(shù)參數(shù)（4）定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）。（5）靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電壓作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無關(guān)。

雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過分采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)四、步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)2、動(dòng)態(tài)技術(shù)參數(shù)（1）步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差百分比。（2）最大空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。（3）最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)四、步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)2、動(dòng)態(tài)技術(shù)參數(shù)（4）運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測試條件下測得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。（5）失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。（6）失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)五、步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)（1）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步距角的3-5%，且不會(huì)累積誤差。（2）步進(jìn)電機(jī)外表允許較高的溫度。（3）步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。（4）步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。

步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生失步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。知識(shí)點(diǎn)2步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)六、步進(jìn)電機(jī)的選擇（1）步距角的選擇：步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度（三相電機(jī)）等。

另外，還要確定定位精度和振動(dòng)方面的要求情況，判斷是否需細(xì)分，需多少細(xì)分。（2）靜力矩的選擇：步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩很難確定，往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。（3）電流的選擇：靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流。

知識(shí)點(diǎn)3伺服電機(jī)基礎(chǔ)一、伺服電機(jī)概念

伺服電機(jī)，又稱執(zhí)行電機(jī)，是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。它可以使控制速度、位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)可以分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。

伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。

知識(shí)點(diǎn)3伺服電機(jī)基礎(chǔ)二、伺服電機(jī)的分類和結(jié)構(gòu)伺服電機(jī)分類成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)不方便（換碳刷），易產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)環(huán)境有要求。目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到較大的功率。適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的位置控制應(yīng)用。直流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)有刷伺服電機(jī)無刷伺服電機(jī)同步伺服電機(jī)異步伺服電機(jī)

交流伺服電機(jī)和無刷直流伺服電機(jī)在功能上的區(qū)別：交流伺服相對(duì)較好一些，因?yàn)槭钦也刂?，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。直流伺服是梯形波，但直流伺服比較簡單，性價(jià)比較高。它的功率大，適合做高速長期運(yùn)行的應(yīng)用，比如主軸速度控制。知識(shí)點(diǎn)3伺服電機(jī)基礎(chǔ)二、伺服電機(jī)的分類和結(jié)構(gòu)

交流伺服電機(jī)也是由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。它的定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)相似，其定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個(gè)是控制繞組L，聯(lián)接控制信號(hào)電壓Uc。

交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動(dòng)機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動(dòng)機(jī)相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小這兩個(gè)特點(diǎn)。

知識(shí)點(diǎn)3伺服電機(jī)基礎(chǔ)三、伺服電機(jī)的工作原理

伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度，即伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)能發(fā)出多少個(gè)反饋脈沖（線數(shù)）。

伺服電機(jī)主要靠脈沖來定位，伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移。因?yàn)?，伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了對(duì)應(yīng)關(guān)系，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時(shí)又反饋回來多少脈沖，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm的精度。知識(shí)點(diǎn)3伺服電機(jī)基礎(chǔ)四、伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)比較（1）控制精度不同：伺服電機(jī)精度更高。（2）低頻特性不同：步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。（3）矩頻特性不同：

步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～1000RPM。

交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。知識(shí)點(diǎn)3伺服電機(jī)基礎(chǔ)四、伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)比較（4）過載能力不同：步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有較好的過載能力，為了克服負(fù)載慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。（5）運(yùn)行性能不同：步進(jìn)電機(jī)控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。

伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，不會(huì)出現(xiàn)像步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。（6）速度響應(yīng)性能不同：步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要幾百毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。

知識(shí)點(diǎn)3伺服電機(jī)基礎(chǔ)五、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

由于技術(shù)和其它原因，伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器往往必須由同一個(gè)制造商提供，即A公司的伺服電機(jī)只能用A公司的伺服驅(qū)動(dòng)器，不能和B公司的伺服驅(qū)動(dòng)器配合。而不像普通交流異步電動(dòng)機(jī)能和各個(gè)公司的變頻器隨意組合成交流變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

知識(shí)點(diǎn)3伺服電機(jī)基礎(chǔ)五、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器1、伺服驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)

交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)器主要有伺服控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、通訊接口單元、伺服電動(dòng)機(jī)及相應(yīng)的反饋檢測器件組成，其中伺服控制單元包括位置控制器、速度控制器、轉(zhuǎn)矩和電流控制器等等。知識(shí)點(diǎn)3伺服電機(jī)基礎(chǔ)五、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2、伺服驅(qū)動(dòng)器原理

伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為控制核心，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。

功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護(hù)電路,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。

謝

謝項(xiàng)目八S7-1200PLC在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用——任務(wù)2伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制

1.掌握伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的工作原理、主要參數(shù)及設(shè)置，了解它們的主要應(yīng)用；2.實(shí)現(xiàn)S7-1200PLC對(duì)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制。包括PLC對(duì)伺服電機(jī)的速度控制、正反轉(zhuǎn)控制、以及位置控制。一、任務(wù)目標(biāo)二、控制要求1.實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制；2.實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的位置、速度控制

按下啟動(dòng)按鈕后使能控制，按下停止按鈕后復(fù)位軸使能；按下點(diǎn)動(dòng)按鈕系統(tǒng)正向或反向點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行；按下故障復(fù)位I0.7按鈕，確認(rèn)報(bào)警，復(fù)位故障。能實(shí)現(xiàn)位置控制。三、硬件電路設(shè)計(jì)

1.硬件選擇名

稱型

號(hào)名

稱型

號(hào)伺服驅(qū)動(dòng)器SINAMICSV90PN按鈕LA38-11BN伺服電動(dòng)機(jī)SIMOTICSS-1FL63~SERVOMOTOR行程開關(guān)YBLX-2/121PLCCPU1214DC/DC/DC配件電機(jī)及編碼器電纜等三、硬件電路設(shè)計(jì)

1.硬件選擇1）伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器PLC通過控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器去間接控制伺服電機(jī)的運(yùn)行。

一般來說，每一臺(tái)伺服電機(jī)都配有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器。各個(gè)廠家不通用。V90伺服驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)三、硬件電路設(shè)計(jì)

1.硬件選擇（2）脈沖當(dāng)量

伺服系統(tǒng)中常用到脈沖當(dāng)量的概念，脈沖當(dāng)量是指伺服系統(tǒng)接收到控制器輸出的一個(gè)控制脈沖時(shí)，伺服系統(tǒng)裝置所產(chǎn)生的位移。如果是直線運(yùn)動(dòng)，位移是指移動(dòng)的距離；若是圓周運(yùn)動(dòng)，則是指轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。脈沖當(dāng)量是伺服控制系統(tǒng)中一個(gè)重要的參數(shù)，它直接影響到伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度和控制精度。在實(shí)際應(yīng)用中，脈沖當(dāng)量的設(shè)置需要根據(jù)具體設(shè)備的要求和控制精度的需求來確定。

三、硬件電路設(shè)計(jì)

1.硬件選擇（3）V90伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)

參數(shù)號(hào)說

明參數(shù)值舉例r0021電動(dòng)機(jī)速度的實(shí)際平滑值（r/min）1000P0922報(bào)文的選擇111P8920PN接口的站名稱V90_1P8921PN接口的IP地址192.168.0.1P8922PN接口的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)192.168.0.1P2611搜索參考點(diǎn)的速度（1000LU/min）200P29150激活反向擋塊選擇。0：不激活；1：激活；

1P29247負(fù)載每轉(zhuǎn)LU4000三、硬件電路設(shè)計(jì)

1.硬件選擇（4）V90伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)試軟件使用

三、硬件電路設(shè)計(jì)

1.硬件選擇（4）V90伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)試軟件使用

三、硬件電路設(shè)計(jì)

1.硬件選擇（4）V90伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)試軟件使用

三、硬件電路設(shè)計(jì)

1.硬件選擇（4）V90伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)試軟件使用

三、硬件電路設(shè)計(jì)

1.硬件選擇（4）V90