Penjelasan rinci tentang tiga titik kontrol utama servo, stepper, dan konversi frekuensi!

Bagian kontrol gerak periferal robot industri terutama mencakup tiga bagian: kontrol servo, kontrol stepper, dan kontrol konversi frekuensi. Mari kita jawab poin-poin kontrol ini satu per satu.
kontrol servo
1, Prinsip kerja motor servo AC
Rotor di dalam motor servo adalah magnet permanen, dan listrik tiga fase U/V/W yang dikendalikan oleh penggerak membentuk medan elektromagnetik. Rotor berputar di bawah pengaruh medan magnet ini. Pada saat yang sama, encoder internal motor memberikan umpan balik sinyal kepada pengemudi, dan pengemudi membandingkan nilai umpan balik dengan nilai target untuk menyesuaikan sudut putaran rotor. Keakuratan motor servo ditentukan oleh keakuratan encoder (jumlah baris).
2, Komposisi dan klasifikasi sistem servo
Komposisi:
Sistem servo adalah istilah umum untuk sistem kendali yang menggunakan posisi dan sudut sebagai variabel kendali. Sistem yang berkaitan dengan posisi dan sudut, seperti kecepatan, kecepatan sudut, percepatan, dan gaya, juga termasuk dalam sistem servo.
Klasifikasi:
1. Diklasifikasikan berdasarkan struktur kontrol: loop terbuka dan loop tertutup.
2. Diklasifikasikan berdasarkan komponen penggerak:
A. Sistem servo motor stepper.
B. Sistem servo motor DC.
C. Sistem servo motor AC.
3, Karakteristik motor servo (AC)
1 Akurasi pemosisian tinggi, motor servo biasa dapat mencapai 00,036 derajat
2 Waktu respons yang cepat.
3 Kontrolnya nyaman dan fleksibel, dan sistem kontrolnya mudah diterapkan.
4 Ada banyak model yang tersedia, dan tipe yang berbeda dapat dipilih sesuai dengan lingkungan aplikasi yang berbeda.
5 Menyediakan kontrol loop tertutup penuh, yang dapat memantau status operasi secara tepat waktu dan membuat penyesuaian dan perubahan yang sesuai.
4, struktur sistem servo

5, Langkah pemilihan untuk kontrol servo
1. Menentukan spesifikasi mekanik, beban, kekakuan, dan parameter lainnya.
2. Konfirmasikan parameter tindakan, seperti kecepatan gerakan, pukulan, waktu akselerasi dan deselerasi, siklus, akurasi, dll.
3. Pilih inersia motor, inersia beban, inersia konversi sumbu motor, dan inersia rotor.
4. Pilih kecepatan putaran motor.
5. Pilih torsi pengenal motor. Torsi beban, torsi akselerasi dan deselerasi, torsi maksimum sesaat, dan torsi aktual.
6. Pilih resolusi posisi mekanis motor.
7. Pilih model motor berdasarkan hal di atas.
6, Penerapan kontrol servo

Kontrol langkah
1, Prinsip kerja motor stepper
Motor stepper adalah aktuator yang mengubah pulsa listrik menjadi perpindahan sudut. Ketika penggerak stepper menerima sinyal pulsa, ia menggerakkan motor stepper untuk memutar sudut tetap (disebut "sudut langkah") ke arah yang ditentukan, dan putarannya berjalan selangkah demi selangkah pada sudut tetap. Perpindahan sudut dapat dikontrol dengan mengontrol jumlah pulsa untuk mencapai posisi yang akurat; Pada saat yang sama, kecepatan dan percepatan putaran motor dapat dikontrol dengan mengendalikan frekuensi pulsa, sehingga mencapai tujuan pengaturan kecepatan. Motor stepper dapat digunakan sebagai jenis motor khusus untuk keperluan pengendalian, dan banyak digunakan dalam berbagai kontrol loop terbuka karena karakteristiknya yang tidak terakumulasi kesalahan (akurasi 100%).

2, Klasifikasi motor stepper
Motor stepper yang umum digunakan sekarang termasuk motor stepper reaktif (VR), motor stepper magnet permanen (PM), motor stepper hybrid (HB), dan motor stepper satu fasa.
Motor stepper magnet permanen umumnya dua fase, dengan torsi dan volume kecil, dan sudut langkah umumnya 7,5 derajat atau 15 derajat;
Motor stepper reaktif umumnya tiga fasa dan dapat mencapai keluaran torsi tinggi. Sudut stepper umumnya 1,5 derajat, namun kebisingan dan getaran keduanya signifikan. Rangkaian magnet rotor motor stepper reaktif terbuat dari bahan magnet lunak, dan terdapat belitan eksitasi multifasa pada stator, yang menghasilkan torsi dengan memanfaatkan perubahan konduktivitas magnet.
Motor stepper hibrida mengacu pada kombinasi keunggulan magnet permanen dan motor reaktif. Ini dibagi menjadi dua fase dan lima fase: sudut langkah kedua fase umumnya 1,8 derajat, sedangkan sudut langkah lima fase umumnya 00,72 derajat. Motor stepper jenis ini paling banyak digunakan.
3, sistem motor stepper

1. Terminologi indikator statis motor stepper
A. Nomor fase: Jumlah pasangan kumparan eksitasi yang menghasilkan medan magnet N dan S yang berbeda. Umumnya diwakili oleh mb Jumlah ketukan: Jumlah pulsa atau keadaan konduktif yang diperlukan untuk menyelesaikan perubahan periodik dalam medan magnet diwakili oleh n, atau mengacu pada jumlah pulsa yang diperlukan agar motor dapat berputar melalui sudut jarak gigi.
C. Sudut langkah: sesuai dengan sinyal pulsa, sudut putaran rotor motor digeser θ Mewakili.
D. Torsi pemosisian: Torsi penguncian rotor motor itu sendiri saat motor tidak dihidupkan (disebabkan oleh harmonik pada bentuk gigi medan magnet dan kesalahan mekanis).
e. Torsi statis: Torsi penguncian poros motor ketika motor tidak berputar di bawah aksi listrik statis terukur.
2. Indikator dinamis dan terminologi motor stepper
A. Akurasi sudut langkah: Kesalahan antara nilai aktual dan nilai teoritis sudut langkah untuk setiap putaran motor stepper.
B. Step loss: Jumlah langkah yang diambil oleh motor selama pengoperasian, yang tidak sama dengan jumlah langkah teoritis. Ini disebut langkah kalah.
C. Sudut misalignment: Sudut di mana sumbu gigi rotor diimbangi dari sumbu gigi stator.
D. Frekuensi start maksimum tanpa beban: Frekuensi maksimum dimana motor dapat start secara langsung tanpa beban pada bentuk penggerak, tegangan, dan arus pengenal tertentu.
e. Frekuensi operasi tanpa beban maksimum: Frekuensi kecepatan maksimum motor tanpa beban pada bentuk penggerak, tegangan, dan arus pengenal tertentu.
F. Karakteristik frekuensi torsi pengoperasian: Kurva hubungan antara torsi keluaran dan frekuensi yang diukur oleh motor selama pengoperasian dalam kondisi pengujian tertentu disebut karakteristik frekuensi torsi pengoperasian.
4, pemilihan motor stepper
1. Pemilihan sudut langkah: Sudut langkah motor bergantung pada persyaratan akurasi beban.
2. Pemilihan torsi statis: Pemilihan torsi statis didasarkan pada beban kerja motor. Umumnya, torsi statis harus berada dalam 2-3 kali beban gesekan.
3. Pemilihan arus: Karena parameter arus yang berbeda, karakteristik pengoperasian sangat bervariasi. Arus motor dapat ditentukan berdasarkan kurva karakteristik frekuensi torsi.

5, Beberapa karakteristik motor stepper
1. Keakuratan motor stepper umum adalah 3-5% dari sudut langkah dan tidak terakumulasi.
Suhu maksimum yang diperbolehkan pada permukaan motor stepper umumnya diatas 130 derajat Celcius.
Torsi motor stepper akan berkurang seiring bertambahnya kecepatan.
4. Motor stepper dapat beroperasi secara normal pada kecepatan rendah, namun jika melebihi kecepatan tertentu tidak dapat hidup dan disertai dengan suara siulan.
5. Motor stepper harus digunakan dalam situasi kecepatan rendah - kecepatannya tidak boleh melebihi 1000 putaran per menit.

VI Perbandingan performa dua jenis motor
1. Akurasi kontrol yang berbeda
Sudut langkah motor stepper hybrid lima fasa umumnya {{0}},72 derajat dan 0,36 derajat. Keakuratan kendali motor servo AC dijamin oleh rotary encoder di ujung belakang poros motor. Untuk motor dengan encoder garis 2500 standar, ekuivalen pulsanya adalah 360 derajat /10000=0.036 derajat , dan akurasi motor servo lebih tinggi dibandingkan motor stepper.
2. Karakteristik frekuensi rendah yang berbeda
Motor stepper rentan terhadap getaran frekuensi rendah pada kecepatan rendah. Motor servo AC berjalan sangat lancar, dan tidak ada getaran bahkan pada kecepatan rendah.

3. Kemampuan kelebihan beban yang berbeda
Motor stepper umumnya tidak memiliki kapasitas beban berlebih. Motor servo AC memiliki kapasitas beban berlebih yang kuat.
4. Kinerja operasional yang berbeda
Pengendalian motor stepper adalah pengendalian loop terbuka. Jika frekuensi start terlalu tinggi atau beban terlalu besar, akan mudah menyebabkan hilangnya langkah atau penyumbatan rotor. Jika kecepatan terlalu tinggi saat berhenti, mudah menyebabkan overshoot. Sistem penggerak servo AC adalah kontrol loop tertutup, dan pengemudi dapat langsung mengambil sampel sinyal umpan balik dari encoder motor. Struktur internal putaran posisi dan kecepatan umumnya tidak menyebabkan kehilangan langkah atau melampaui batas motor stepper, dan kinerja kontrol lebih andal.
5. Kinerja respons kecepatan yang berbeda
Motor stepper memerlukan waktu 200-400 milidetik untuk berakselerasi dari kecepatan diam ke kecepatan kerja (biasanya beberapa ratus putaran per menit). Performa akselerasi sistem servo AC bagus. Mengambil motor servo AC Panasonic MSMA 400W sebagai contoh, hanya diperlukan beberapa milidetik untuk berakselerasi dari kecepatan statis ke kecepatan terukur 3000RPM, dan dapat digunakan dalam situasi kontrol yang memerlukan start-stop cepat.
6. Karakteristik frekuensi torsi yang berbeda
Torsi keluaran motor stepper berkurang seiring bertambahnya kecepatan dan menurun tajam pada kecepatan lebih tinggi. Motor servo AC menghasilkan torsi konstan.
Singkatnya, sistem servo AC mengungguli motor stepper dalam banyak aspek kinerja. Namun dalam beberapa situasi permintaan rendah, motor stepper sering digunakan sebagai motor eksekutif. Oleh karena itu, dalam proses desain sistem kendali, beberapa faktor seperti persyaratan pengendalian dan biaya harus dipertimbangkan secara komprehensif, dan motor kendali yang sesuai harus dipilih.

Kontrol frekuensi variabel
1, Pengantar General Motors
Motor AC sangkar tupai tiga fase adalah jenis motor induksi yang paling umum, dan struktur serta karakteristiknya adalah sebagai berikut:

感应电机的构造示意图

Diagram skema konstruksi motor

2, Prinsip dan komposisi konverter frekuensi
Konverter frekuensi adalah perangkat kontrol yang dapat dengan mudah dan bebas mengubah kecepatan motor AC. Cara mengubah kecepatan motor AC adalah sebagai berikut.
Konverter frekuensi mencapai pengaturan kecepatan dengan mengubah frekuensi catu daya motor AC:

变频器的构成如下:

1. Konverter (penyearah)
Penyearah jembatan dioda banyak digunakan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, yang mengubah catu daya frekuensi daya menjadi catu daya DC. Dua set inverter transistor juga dapat digunakan untuk membentuk inverter reversibel, yang dapat melakukan operasi regeneratif karena arah dayanya yang dapat dibalik.
2. Rangkaian gelombang datar
Pada tegangan DC penyearah yang disearahkan, terdapat tegangan pulsasi sebesar 6 kali frekuensi catu daya, dan arus pulsasi yang dihasilkan oleh inverter juga menyebabkan perubahan tegangan DC. Untuk menekan fluktuasi tegangan, digunakan induktor dan kapasitor untuk menyerap tegangan (arus) yang berdenyut. Ketika kapasitas perangkat kecil, jika ada margin pada komponen yang terdiri dari catu daya dan rangkaian utama, induktansi dapat dihilangkan dan rangkaian gelombang datar sederhana dapat digunakan.
3. Pembalik
Tidak seperti penyearah, inverter mengubah daya DC menjadi daya AC pada frekuensi yang diperlukan, sehingga enam perangkat switching dapat bekerja dan mati selama waktu yang telah ditentukan, sehingga menghasilkan keluaran AC 3-fasa.
4. Sirkuit pengereman
Ketika motor asinkron digunakan di area pengereman regeneratif (dengan laju slip negatif), energi regeneratif disimpan dalam kapasitor rangkaian gelombang datar, menyebabkan tegangan DC meningkat. Secara umum, energi yang terakumulasi oleh inersia suatu sistem mekanis (termasuk motor listrik) lebih besar daripada energi yang disimpan oleh kapasitor. Ketika pengereman cepat diperlukan, inverter reversibel dapat digunakan untuk memberikan umpan balik ke catu daya atau mengatur sirkuit pengereman (sakelar dan resistor) untuk mengonsumsi daya regeneratif, untuk mencegah kenaikan tegangan rangkaian DC.
3, Maksud dan tujuan penerapan konverter frekuensi
Penggerak kecepatan variabel yang terdiri dari konverter frekuensi dan motor AC disebut penggerak konverter frekuensi, dan tujuan fungsionalnya adalah sebagai berikut. Mungkin ada korelasi timbal balik di antara mereka, namun sebenarnya tidak ada klasifikasi yang jelas. Tabel ini hanya untuk referensi.