指定伺服系统时要考虑的九件事

封面故事:本教程将帮助您选择伺服系统，该系统将在所选应用程序的最佳水平上执行。确保这些领域得到解决。

通过杰瑞·泰森和迈克尔·米勒 2016年2月16日

在为特定应用选择合适的伺服系统时，需要考虑许多事情。看看这九个方面的最佳结果。

1.电机尺寸的选择

启动电机时最重要的三个标准是:

速度
转矩
转子惯性。

前两个是非常明显的，通常是使用各种制造商提供的“尺寸”程序来计算的。在这些程序中，您可以在应用程序中输入动作类型，软件将根据负载和传动类型(齿轮箱，皮带，齿条和小齿轮，滚珠丝杠等)计算扭矩和速度要求。

惯性不那么直观，但同样重要。由于大多数联轴器及其连接的机械传动都有一定的顺应性，因此与电机的转子惯性相比，负载的反射惯性不能太大，这一点至关重要。

随着这个比率的上升，调优变得越来越困难。随着调谐算法变得越来越先进，微处理器变得越来越快，允许的比率也越来越高，但传统的10:1负载-电机惯性比始终是一个安全的选择。

2.负载的连接

电机是否应该直接耦合?也有一类伺服，允许负载直接安装到电机的转子上。由于这种最小的顺应性和低加减速率，惯性比超过100:1是可能的。制造商提供的尺寸调整软件是操作这些设计标准的最佳场所，以确保系统的惯量在适当的范围内。

3.再生能源处理

在许多应用中的另一个考虑因素是伺服系统处理由电机和负载产生的再生能量的能力。这导致伺服系统的放大器部分。当电机的转矩在一个方向上施加，而转子在相反的方向上移动时，电机将再生能量返回到放大器。这是因为电动机和发电机的基本设计是相同的。

向电机的绕组施加能量将产生磁场，该磁场将使转子及其永磁体旋转。同样，当电机转子转动时，永磁体将感应能量进入绕组。这种可再生的能量以多种方式由驱动器处理。一些较小的驱动器将使用总线电容来吸收这种能量，而较大的驱动器有一个内部电阻，通过该电阻，能量作为热量消散。制造商的定浆软件通常会报告再生能源处理的需求。

4.有源线路再生

较大的系统有转换器，可以允许能量返回到为系统供电的电源线。在选择伺服系统时，在设计电机和负载之间的允许惯性不匹配时，驱动器可以处理的再生功率量是另一个需要考虑的问题。

当处理过多的再生能量应用时，通常将功率电阻连接到放大器外部。这些应用通常是垂直的，重力是一个因素，当快速减速大惯性载荷。除了再生能力，放大器显然需要能够为电机提供合适的电压和电流，以达到所需的速度和转矩。确定电机和放大器的功率要求只是开始。(小标题)

5.控制系统要求

接下来，需要处理控制端的需求。让我们从马达开始。根据定义，伺服系统总是有一个反馈装置。今天，它通常是一个高分辨率编码器或解析器。对于反馈装置来说，重要的是要有适当的分辨率来匹配所需的定位公差的可重复性和精度。放大器还必须与来自电机上反馈装置的信号类型兼容。

6.定位分辨率

编码器传统上使用两个通道上的脉冲序列将位置、速度和方向信息传输回放大器。然而，由于这些编码器的分辨率提高了，一些制造商现在使用串行编码器，以高速率发送这些信息的数据包，而不是脉冲序列。这些串行编码器可以传输更高分辨率的信号，这些信号明显更不受噪声影响，也可以提供其他类型的信息。这些附加信息可以包括电机温度，甚至电机零件号。

在伺服系统中，电机和放大器由同一制造商提供，反馈装置识别电机到放大器的能力使其能够自动设置最佳性能和电机保护的内部参数。

7.通信连接

一旦有一个匹配的电机和放大器，具有所需应用的必要分辨率的功率和反馈装置，是时候考虑放大器和运动控制器之间的命令信号。对于单轴应用，通常将控制器内置于或连接到放大器的一侧。其中一些应用程序集成到一个大型控制系统中。可编程逻辑控制器(PLC)或可编程自动化控制器(PAC)可能负责控制整个单元或线路，并通过数字输入/输出(I/O)或通信协议(如以太网/IP或ModbusTCP/IP)与单运动轴通信。

8.控制界面选择

在多轴应用程序中，控制器通常是分开的。传统上，控制器提供的命令信号是+10 V信号，代表扭矩或速度命令。今天，大多数制造商提供基于网络的解决方案。这些基于网络的解决方案需要更少的布线，处理更高分辨率的反馈，并从放大器收集更多的诊断信息。有许多可用的运动网络，每个都有其优点和缺点。

9.运动控制网络选择

许多较新的网络基于以太网硬件，并利用其不断提高的速度和不断降低的成本。然而，仅仅因为放大器上有一个RJ-45连接器，并不意味着它与相关的控制器或网络的其余部分兼容。在这些网络上运行的协议定义了兼容性。EtherCat、Mechatrolink III和Powerlink是少数适合运动控制的基于以太网的高速确定性网络。基于网络的伺服系统通常提供其他具有通用工业协议的以太网端口，如Modbus TCP/IP和以太网/IP，用于向监控网络报告诊断和生产信息。

杰瑞·泰森是安川美国公司东南区域运动工程师。他在运动控制行业有26年的经验，并在安川工作了25年。他拥有佐治亚理工学院学士学位。迈克尔•米勒是安川美国公司的区域运动工程经理，他在那里工作了17年。他拥有凯特林大学的学士学位。埃里克·r·艾斯勒主编，石油与天然气工程，eeissler@cfemedia.com。

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