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MOOG穆格伺服驅(qū)動(dòng)器工作原理及有關(guān)參數(shù)

MOOG穆格公司成立于五十多年前，最初從事飛機(jī)等部件的設(shè)計(jì)及供應(yīng)。如今，本公司的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于民用機(jī)座艙、發(fā)電風(fēng)機(jī)、一級(jí)方程式汽車、醫(yī)用輸液系統(tǒng)等眾多的市場(chǎng)和應(yīng)用領(lǐng)域，有效提高相關(guān)產(chǎn)品的性能。該公司歷史起源于公司創(chuàng)建者威廉 C 穆格，他是一位發(fā)明家、企業(yè)家，也是一位遠(yuǎn)見卓識(shí)者。1951年，比爾穆格研制成功電液伺服閥，這種裝置可把微弱的電脈沖轉(zhuǎn)換為精確而有力的運(yùn)動(dòng)。1951年7月，比爾穆格、阿特兄弟倆和盧蓋耶在紐約州東奧羅拉租借了已廢棄的 Proner 機(jī)場(chǎng)的一角，成立了穆格制閥公司(MOOG Valve Company)。

穆格MOOG公司是全球設(shè)計(jì)，制造和精密運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品和系統(tǒng)集成商。穆格的高性能系統(tǒng)的控制各類飛機(jī)，衛(wèi)星和航天器，運(yùn)載火箭，工業(yè)機(jī)械，風(fēng)能，海洋應(yīng)用和醫(yī)療設(shè)備。

美國(guó)穆格MOOG產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于世界各國(guó)的不同行業(yè)，包括鋼鐵、航空仿真及測(cè)試、汽車測(cè)試與仿真、能源領(lǐng)域、工業(yè)機(jī)械、數(shù)字化虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)等行業(yè)，成為深受用戶信賴的品牌。

穆格MOOG伺服驅(qū)動(dòng)器（servo drives）又稱為“伺服控制器"、“伺服放大器"，是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，是傳動(dòng)技術(shù)的產(chǎn)品。

伺服驅(qū)動(dòng)器是現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人及數(shù)控加工中心等自動(dòng)化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于控制交流永磁同步電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)于整個(gè)伺服控制系統(tǒng)，特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用 [1]  。

在伺服驅(qū)動(dòng)器速度閉環(huán)中，電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)速度測(cè)量精度對(duì)于改善速度環(huán)的轉(zhuǎn)速控制動(dòng)靜態(tài)特性至關(guān)重要。為尋求測(cè)量精度與系統(tǒng)成本的平衡，一般采用增量式光電編碼器作為測(cè)速傳感器，與其對(duì)應(yīng)的常用測(cè)速方法為M/T測(cè)速法。M/T測(cè)速法雖然具有一定的測(cè)量精度和較寬的測(cè)量范圍，但這種方法有其固有的缺陷，主要包括：1）測(cè)速周期內(nèi)必須檢測(cè)到至少一個(gè)完整的碼盤脈沖，限制了低可測(cè)轉(zhuǎn)速；2）用于測(cè)速的2個(gè)控制系統(tǒng)定時(shí)器開關(guān)難以嚴(yán)格保持同步，在速度變化較大的測(cè)量場(chǎng)合中無法保證測(cè)速精度。因此應(yīng)用該測(cè)速法的傳統(tǒng)速度環(huán)設(shè)計(jì)方案難以提高伺服驅(qū)動(dòng)器速度跟隨與控制性

工作原理

主流的伺服驅(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(cè)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。功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過程可以簡(jiǎn)單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元（AC-DC）主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐贰?/p>

隨著伺服系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用，伺服驅(qū)動(dòng)器使用、伺服驅(qū)動(dòng)器調(diào)試、伺服驅(qū)動(dòng)器維修都是伺服驅(qū)動(dòng)器在當(dāng)今比較重要的技術(shù)課題，越來越多工控技術(shù)服務(wù)商對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了技術(shù)深層次研究。

伺服驅(qū)動(dòng)器是現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人及數(shù)控加工中心等自動(dòng)化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于控制交流永磁同步電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)于整個(gè)伺服控制系統(tǒng)，特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用。

基本要求

伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求

1、調(diào)速范圍寬

2、定位精度高

3、有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性

4、快速響應(yīng)，無超調(diào)

為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)，要求加、減加速度足夠大，縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間，減小輪廓過渡誤差。

5、低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強(qiáng)

一般來說，伺服驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)分鐘甚至半小時(shí)內(nèi)1.5倍以上的過載能力，在短時(shí)間內(nèi)可以過載4～6倍而不損壞。

6、可靠性高

要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。

對(duì)電機(jī)的要求

1、從低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。

2、電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4～6倍而不損壞。

3、為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。

4、電機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。

有關(guān)參數(shù)

位置比例增益

1、設(shè)定位置環(huán)調(diào)節(jié)器的比例增益；

2、設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大，相同頻率指令脈沖條件下，位置滯后量越小。但數(shù)值太大可能會(huì)引起振蕩或超調(diào)；

3、參數(shù)數(shù)值由具體的伺服系統(tǒng)型號(hào)和負(fù)載情況確定。

位置前饋增益

1、設(shè)定位置環(huán)的前饋增益；

2、設(shè)定值越大時(shí)，表示在任何頻率的指令脈沖下，位置滯后量越小；

3、位置環(huán)的前饋增益大，控制系統(tǒng)的高速響應(yīng)特性提高，但會(huì)使系統(tǒng)的位置不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生振蕩；

4、不需要很高的響應(yīng)特性時(shí)，本參數(shù)通常設(shè)為0表示范圍：0~100%。

速度比例增益

1、設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的比例增益；

2、設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)和負(fù)載值情況確定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大；

3、在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定較大的值。

速度積分時(shí)間常數(shù)

1、設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)；

2、設(shè)置值越小，積分速度越快。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)和負(fù)載情況確定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大；

3、在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定較小的值。

速度反饋濾波因子

1、設(shè)定速度反饋低通濾波器特性；

2、數(shù)值越大，截止頻率越低，電機(jī)產(chǎn)生的噪音越小。如果負(fù)載慣量很大，可以適當(dāng)減小設(shè)定值。數(shù)值太大，造成響應(yīng)變慢，可能會(huì)引起振蕩；

3、數(shù)值越小，截止頻率越高，速度反饋響應(yīng)越快。如果需要較高的速度響應(yīng)，可以適當(dāng)減小設(shè)定值。

最大輸出轉(zhuǎn)矩設(shè)置

1、設(shè)置伺服電機(jī)的內(nèi)部轉(zhuǎn)矩限制值；

2、設(shè)置值是額定轉(zhuǎn)矩的百分比；

3、任何時(shí)候，這個(gè)限制都有效定位完成范圍；

4、設(shè)定位置控制方式下定位完成脈沖范圍；

5、本參數(shù)提供了位置控制方式下驅(qū)動(dòng)器判斷是否完成定位的依據(jù)，當(dāng)位置偏差計(jì)數(shù)器內(nèi)的剩余脈沖數(shù)小于或等于本參數(shù)設(shè)定值時(shí)，驅(qū)動(dòng)器認(rèn)為定位已完成，到位開關(guān)信號(hào)為 ON，否則為OFF；

6、在位置控制方式時(shí)，輸出位置定位完成信號(hào)，加減速時(shí)間常數(shù)；

7、設(shè)置值是表示電機(jī)從0~2000r/min的加速時(shí)間或從2000~0r/min的減速時(shí)間；

8、加減速特性是線性的到達(dá)速度范圍；

9、設(shè)置到達(dá)速度；

10、在非位置控制方式下，如果電機(jī)速度超過本設(shè)定值，則速度到達(dá)開關(guān)信號(hào)為ON，否則為OFF；

11、在位置控制方式下，不用此參數(shù)；

12、與旋轉(zhuǎn)方向無關(guān)。

應(yīng)用領(lǐng)域編輯 語音

伺服驅(qū)動(dòng)器廣泛應(yīng)用于注塑機(jī)領(lǐng)域、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域等。

控制器特點(diǎn)編輯 語音

調(diào)速比1：5000

轉(zhuǎn)數(shù)比0.3：1500

有位置控制

有零速鎖定

過載能力200[%]―300[%]

起動(dòng)力矩大

轉(zhuǎn)速不受負(fù)載影響

三閉環(huán)控制

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一、氣動(dòng)品牌:寶德BURKERT，德國(guó)FESTO日本CKD喜開理 日本小金井KOGANEI 日本SMC 韓國(guó)TKC YPC TPC 意大利UNIVER 英國(guó)諾冠NORGREN意大利康茂勝，美國(guó)紐蔓蒂克，美國(guó)ROss，中國(guó)臺(tái)灣亞德客，中國(guó)臺(tái)灣金器(這些氣動(dòng)的主要做電磁閥又分為很多小種，節(jié)流閥，減壓閥，單向閥，油霧器，過濾器，接頭，開關(guān)，氣管等)美國(guó)ASCO(主要閥門類)寶德BURKERT 主要做BURKERT電磁閥，BURKERT比例閥，BURKERT角座閥，BURKERT調(diào)節(jié)閥，BURKERT隔膜閥，BURKERT先導(dǎo)閥，BURKERT閥島，BURKERT流量開關(guān)，BURKERT傳感器，BURKERT電導(dǎo)率，BURKERT變送器，BURKERT控制器，BURKERT定位器等

二、液壓品牌:日本不二越NACHI，日本太陽鐵工，美國(guó)VICKERS威格士，美國(guó)派克PARHER，德國(guó)哈威HAWE，日本豐興T0YOOKI，日本DAIKIN大金，意大利ATOS阿托斯，德國(guó)力士樂REXROTH，，這些是液壓產(chǎn)品主要做，電磁閥，電磁換向閥，比例閥，溢流閥，放大器，液壓泵，齒輪泵，柱塞泵，葉片泵，伺服閥等可以作為參考。美國(guó)M0OG只做伺服閥

三、工控產(chǎn)品:德國(guó)易福門IFH，德國(guó)PILZ皮爾磁，日本SUNX神視，德國(guó)圖爾克TURCK，日本基恩士，德國(guó)P+F倍加福，德國(guó)菲尼克斯，德國(guó)SICK施克，德國(guó)西門子，日本歐姆龍，德國(guó)賀德客，德國(guó)巴魯夫，(主要做傳感器，開關(guān)，安全柵，繼電器類)德國(guó)赫斯蔓主要做交換機(jī)四:儀器儀表類:德國(guó)EH 羅斯斯蒙特，主要做變送器，流量計(jì)，壓力傳感器等。