运动控制与伺服驱动技术及应用

中国智能制造挑战赛

运动控制与伺服驱动技术及应用

第1章运动控制技术 第2章机器人运动控制算法 第3章S7-200PLC伺服运动控制 第4章SINAMICST-CPU与S120的运动控制 第5章运动控制综合实训2

第1章运动控制技术1.1运动控制技术的定义运动控制是通过机械传动装置对运动部件的位置、速度进行实时的控制管理，使运动部件按照预期的轨迹和规定的运动参数（如速度、加速度参数等）完成相应的动作。 3

第1章运动控制技术1.2运动控制系统的组成结构典型的现代运动控制系统的硬件主要由上位计算机、运动控制器、功率驱动装置、电动机、执行机构和传感器反馈检测装置等部分组成。1.2.1运动控制系统的基本构成4

第1章运动控制技术（1）人机界面：PC机/触摸屏/工控机；（2）运动控制器：专用运动控制器/开放式结构运动控制器；（3）驱动器：全数字式驱动器；（4）执行机构：步进电机/伺服电机/直线电机；（5）反馈机构：位置反馈元件（角度、位移）/速度反馈元件；（6）传动机构：齿型带/减速器/齿轮齿条/滚珠丝杠。5

第1章运动控制技术1.2.2运动控制系统的典型构成1.开环控制系统（OpenLoop）步进电机的开环运动控制系统：没有位置检测反馈装置，最大的特点是控制方便、结构简单、价格便宜。6伺服电机的开环运动控制系统：通过运动控制器输出脉冲类型信号给伺服驱动器，伺服驱动器工作于位置控制模式。

第1章运动控制技术1.2.2运动控制系统的典型构成2.闭环控制系统（CloseLoop）半闭环运动控制系统：位置反馈采用转角检测元件，直接安装在伺服电机端部。7全闭环运动控制系统：采用光栅等检测元件对被控单元进行位置检测，可以消除从电机到被控单元之间整个机械传动链中的传动误差，利用控制器实现双闭环（位置环与速度环）。

第1章运动控制技术1.2.3运动控制系统的反馈元件运动控制系统反馈元件的核心是传感器：1.霍尔传感器霍尔传感器的作用是产生电机换相信号。2.测速发电机测速发电机的作用是产生电机速度信号。3.旋转变压器旋转变压器的作用是产生电机位置信号。4.光电式位置检测元件旋转式光电编码器（检测电机位置、速度和换相信号）光栅尺（检测负载位置）反馈元件获取系统中的信息并向运动控制器反映系统状况。反馈原件在闭环控制系统中形成反馈回路，将指定的输出量反馈给运动控制器。控制器则根据反馈信息进行控制决策。8

第1章运动控制技术

1.2.3运动控制系统的反馈元件编码器的两种应用方式：安装在伺服电机端部，直接反馈电机的实际转速，可获得较高的定位精度。安装在运动控制系统负载端部，直接反馈实际位置，可以消除从电机到被控单元之间整个机械传动链中的传动误差，得到很高的静态定位精度。9

第1章运动控制技术

1.2.4运动控制系统的机械传动机构（1）齿型带：价格便宜、反应慢，控制带宽窄的场合（小于10Hz）；（2）齿轮减速器：间隙较大，摆线和外摆线齿轮减速相齿隙较小，但价格贵；（3）谐波齿轮减速箱：体积小、传动比大、齿隙小，但价格较贵，刚性不高（10Hz-30Hz）；（4）蜗杆减速器：应用场合有限，不适合低速时使用，润滑要求高、效率低；（5）齿轮齿条：传动行程长、反向间隙较大，非线性因素，易引起系统振荡，电机噪声；（6）滚珠丝杠：可以适合多种情形的传动，精度高、齿隙较小、可以达到较高的速度，对大行程的传动不合适，抗弯抗扭的刚性和惯量限制了电机选型和系统控制带宽。10

第1章运动控制技术1.3伺服控制系统伺服系统是运动控制的中枢神经和动力系统。伺服系统由伺服驱动器、电机、编码器构成。伺服驱动器是信号转换和信号放大的中枢。伺服电机是伺服系统的执行机构，小功率伺服系统中多用永磁式伺服电机。编码器实时记录位置信息并反馈信号，构成闭环控制。11

第1章运动控制技术伺服控制系统构成12

第1章运动控制技术伺服控制系统构成---控制器13

第1章运动控制技术伺服控制系统构成---驱动装置14