伺服电机的工作原理图 伺服电机工作原理——伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器 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。 1、永磁交流伺服系统具有以下等优点： （1）电动机无电刷和换向器，工作可靠，维护和保养简单； （2）定子绕组散热快； (3)惯量小，易提高系统的快速性； （4）适应于高速大力矩工作状态； （5）相同功率 积和重量较小，广泛的应用于机床、机械设备、搬运 机构、印刷设备、装配机器人、加工机械、高速卷绕机、纺织机械等场合，满足 了传动领域的发展需求。 永磁交流伺服系统的驱动器经历了模拟式、模式混合式的发展后，目前已经 进入了全数字的 。全数字伺服 克服了模拟式伺服的分散性大、零 w w.91HMI. 漂、低可靠性等确定，还充分的发挥了数字 在 精度上的优势和 方法的 灵活，使伺服驱动器不仅结构相对比较简单，而且性能更的可靠。现在，高性能的伺服 系统，大多数采用永磁交流伺服系统这中间还包括永磁同步交流伺服电动机和全数字 交流永磁同步伺服驱动器两部分。伺服驱动器有两部分所组成：驱动器硬件和 算法。 算法是决定交流伺服系统性能好坏的关键技术之一，是国外交流伺服 技术 的主要部分，也是在技术 的 。 2、交流永磁伺服系统的基本结构 交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服 单元、功率驱动单元、通讯接口单 元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，其结构组成如图1所示。其中伺服 单元包括位置 器、速度 器、转矩和电流 器等等。我们的交流永 磁同步驱动器其集先进的 技术和 策略为一体，使其非常适用于高精度、 高性能要求的伺服驱动领域，还体现了强大的智能化、柔性化是传统的驱动系统 所不可比拟的。 目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为 ，其优 点是能轻松实现很复杂的 算法，事项数字化、网络化和智能化。功率器件普 遍采用以智能功率模块（IPM）为 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、欠压等故障检验测试保护电路,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。 图1交流永磁同步伺服驱动器结构 伺服驱动器大体能划分为功能比较 的功率板和 板两个模块。如图 2所示功率板（驱动板）是强电部，分这中间还包括两个单元，一是功率驱动单元IPM 用于电机的驱动，二是开关电源单元为总系统提供数字和模拟电源。 板是弱电部分，是电机的 也是伺服驱动器技术 算法的 运行载体。 板通过相应的算法输出PWM信号，作为驱动电路的驱动信号，来 改逆变器的输出功率，以达到 三相永磁式同步交流伺服电机的目的。 w w.91HMI. 3、功率驱动单元 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。功率驱动单元的整一个完整的过程可 以简单的说就是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。 逆变部分（DC-AC）采用采用的功率器件集驱动电路，保护电路和功率开关 于一体的智能功率模块(IPM)，主要拓扑结构是采用了三相桥式电路原理图见图 3，利用了脉宽调制技术即PWM(Pulse Width Modulation)通过改变功率晶体管 交替导通的时间来改变逆变器输出波形的频率,改变每半周期内晶体管的通断时 间比,也就是说通过改变脉冲宽度来改变逆变器输出电压副值的大小以达到调节 功率的目的。 w w.91HMI. 4、 单元 单元是整个交流伺服系统的 ,实现系统位置 、速度 、转矩 和电流 器。所采用的数字信号处理器(DSP)除具有快速的数据处理能力外， 还集成了丰富的用于电机 的专用集成电路，如A/D转换器、PWM发生器、定 时计数器电路、异步通讯电路、CAN总线收发器以及高速的可编程静态RAM和大 容量的程序存储器等。伺服驱动器通过采用磁场定向的 原理(FOC)和坐标 变换,实现矢量 (VC) ,同时结合正弦波脉宽调制(SPWM) 模式对电机进行 。永磁同步电动机的矢量 一般是通过检测或估计电机转子磁通的位置及 幅值来 定子电流或电压，这样，电机的转矩便只和磁通、电流有关，与直流 电机的 方法相似，可以得到很高的 性能。对于永磁同步电机，转子磁通 位置与转子机械位置相同，这样通过检验测试转子的实际位置就可以得知电机转子的 磁通位置，从而使永磁同步电机的矢量 比起异步电机的矢量 有所简化。 伺服驱动器 交流永磁伺服电机(PMSM)伺服驱动器在 交流永磁伺服 电机时,可分别工作在电流(转矩)、速度、位置 方式下。系统的 结构框 图如图4所示由于交流永磁伺服电机(PMSM)采用的是永久磁铁励磁,其磁场可 以视为是恒定;同时交流永磁伺服电机的电机转速就是同步转速,即其转差为零。 这些条件使得交流伺服驱动器在驱动交流永磁伺服电机时的数学模型的复杂程 度得以 的降低。从图4能够准确的看出,系统是基于测量电机的两相电流反馈和电 机位置。将测得的相电流结合位置 ,经坐标变化(从a,b,c 坐标系转换到 转子d ,q 坐标系),得到分量,分别进入各自得电流调节器。电流调节器的输出 w w.91HMI. 经过反向坐标变化(从d,q 坐标 ,c 坐标系),得到三相电压指令。 芯片通过这三相电压指令,经过反向、延时后,得到6路PWM波输出到功率 器件, 电机运行。系统在不同指令输入方式下,指令和反馈通过相应的 调 节器,得到下一级的 指令。在电流环中,d,q 轴的转矩电流分量是速度 调节器的输出或外部给定。而正常的情况下,磁通分量为零(=0)，但是当速度大 于限定值时,能够最终靠弱磁(0),得到更高的速度值。 图4系统 结构 从a，b，c坐标系转换到d，q坐标系有克拉克 （CLARKE）和帕克（PARK） 变换来是实现；从d，q坐标系转换到a，b，c坐标系是有克拉克和帕克的逆变 换来是实现的。以下是两个变换公式，克拉克变换（CLARKE）： w w.91HMI.
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