直流伺服电机的速度和位置控制原理是什么？

直流伺服电机的速度和位置控制原理是什么？

运动伺服一般都是三环控制系统，从内到外依次是电流环、速度环和位置环。

1、首先电流环：电流环的输入是速度环PID调节后的输出，我们称为“电流环给定”，然后就是电流环的这个给定和“电流环的反馈”值进行比较，两者的差值在电流环内做PID调节，然后输出给电机，“电流环的输出”就是电机的每相的相电流。“电流环的反馈”不是编码器的反馈，而是在驱动器内部安装在每相的霍尔元件（磁场感应变为电流电压信号）反馈给电流环的。

2、速度环：速度环的输入就是位置环PID调节后的输出或者位置设定的前馈值，我们称为“速度设定”，这个“速度设定”和“速度环反馈”值进行比较，两者的差值在速度环做PID调节（主要是比例增益和积分处理）后的输出就是上面讲到的“电流环的给定”。速度环的反馈来自于编码器的反馈值再经过“速度运算器”得到的。3、位置环：位置环的输入就是外部的脉冲（通常情况下，直接写数据到驱动器地址的伺服例外），外部的脉冲经过平滑滤波处理和电子齿轮计算后作为“位置环的设定”，设定和来自编码器反馈的脉冲信号经过偏差计数器计算，算出的数值再经过位置环的PID调节（比例增益调节，无积分微分环节）后输出，该输出和位置给定的前馈信号的合值就构成了上面讲的速度环的给定。位置环的反馈也来自于编码器。

编码器安装于伺服电机尾部，它和电流环没有任何联系，它采样来自于电机的转动而不是电机电流，和电流环的输入、输出、反馈都没有任何联系。而电流环是在驱动器内部形成的，即使没有电机，只要在每相上安装模拟负载（例如电灯泡）电流环就能形成反馈工作。

PID各自对差值调节对系统的影响：

1、单独的P（比例）就是将差值进行成比例的运算，它的显著特点就是有差调节。有差的含义就是调节过程结束后，被调量不可能与设定值准确相等，它们之间一定有残差。增加比例将会有效的减小残差并增加系统响应，但容易导致系统激烈震荡甚至不稳定。

电机伺服系统离不开对转子位置（或磁场）的检测和初始定位。只有检测到初始转子实际位置后，控制系统才能正常工作。如果不能精确计算出初始转子的位置，电机的起动转矩减弱，出现很大震动，且电机有暂时反向旋转的可能。

准确可靠的转子初始位置检测装置（如旋转编码器）是伺服系统正常启动的必要条件。系统第一次上电时，若检测到起动命令，首先检测U、V、W的电平状态，判断转子位于哪一区间，查表可获得转子磁极的位置，根据U，V，W 相的电平高低的组合就可知道转子的区间范围。0-60° 60°-120° 120°-180° 180°-240° 240°-320° 320°-360°U 1 1 1 0 0 0-----V 0 0 1 1 1 0-----W 1 0 0 0 1 1可以利用定时器/计数器配合光电编码器的输出脉冲信号来测量电机的转速。具体的测速方法有M法、T法和M/T法3种。M/T法的计数值M1和M2，都随着转速的变化而变化，高速时，相当于M法测速，低速时，M2=1，自动进入T法测速，因此M/T法的适用范围大于前两种，是目前应用广泛的一种测速方法。工作中，在固定的T时间内对光电编码器的脉冲计数，在第一个光电编码器上升沿定时器开始定时，同时开始记录光电编码器和时钟脉冲数，定时器定时T时间到，对光电编码器的脉冲停止计数，而在下一个光电编码器的上升沿到来时刻，时钟脉冲才停止记录。采用M/T法既具有M法测速的高速优点，又具有T法测速的低速的优点。

伺服电机中的刚度参数和速度环闭环？怎么互相影响的，本质关系是什么？

对于多数伺服而言，刚度往往是多个闭环参数配合电机/系统特性的综合作用结果，与闭环增益、内部指令滤波时间常数等有着直接联系。

也有些伺服系统将刚度抽象出来，作为系统调整的目标参数，比如kollmogen的某些伺服型号，既有传统的PID参数设置模式，也有刚度、频响等设置模式。

它是一个自动调整后系统自动提供出的一个值，但人为也可以改动。关键是它自动调整后，它会提供一个速度闭环的带宽。另，既然刚度是自动调整后系统自动提供出的一个值，人为也可以改动，那么该厂家的伺服算法模型应该不是传统的PID，至少也是经过转化的，否则没有直接的可供用户改动的刚度参数。

Parker Compax3控制器就采用了刚度、阻尼作为调整量，其中刚度、阻尼的具体公式与P、I甚至负载惯量比、电机常数有关。之所以这样让客户直接调整刚度、阻尼，估计是基于其物理意义比P、I、D明确的因素。

伺服电机的大惯量、中惯量、小惯量是什么意思？

伺服电机的大惯量、中惯量、小惯量就是惯性的大、中、小，各有各的用途，小惯量的高速往复性好，大惯量的本身惯量大，机床上用好点。伺服电机需要惯量匹配，日系列10倍与电机惯量左右（不同品牌有差异），欧系的20左右。一般来说欧系的惯量都小，因为他们电机做的是细长的。

我选的一款伺服电机的功率，扭矩，惯量都比额定负载的大1倍多左右，这时用PLC来控制伺服实现定位控制，对定位精度，响应速度有什么影响？

可以用，就是有点浪费，但是如果负载惯量比电机惯量大的话则不能大太多，根据系统大小区别对待。

伺服的惯量大于负载的，当然没有什么问题，这样定位精度才高，响应才快。

伺服电机的刚性有什么作用？伺服电机刚性过大，刚性不足，惯量过大，惯量不足，具体表现是怎样的？还有就是位置回路增益，速度回路增益，速度回路积分常数 是什么意思？分别对刚性调节起什么作用？

机械学上一般叫刚度，而非刚性，是指单位形变下所能承载的力。刚度好，意即以某精度动作时，负荷能力大并且同样稳定。也可以理解为伺服电机抵抗（克服）负载惯性的能力，刚性越高负载越稳定，但是这和负载与电机之间的连接方式有关。刚性类似于调大增益，调大可以增快响应，但伺服里边设置的速度环积分又是可以单独调整的，和刚性没有直接关联。伺服刚性应与设备整体刚度相匹配。

比如工作台上没有加工件，此时伺服的加速阶跃响应曲线上升沿很陡；当加上满负荷后，阶跃响应曲线仍然很陡并接近空载的曲线，说明伺服的刚度调整的很好；如果满负荷时曲线斜率变小变缓，甚至不能满足工艺要求，说明伺服刚性差，可能是参数设置要调整，也可能是选型设计有问题。

在力学中，有“刚度”和“柔度”两个物理量与他们对应，刚度是指物体发生单位形变时所需的力的大小；柔度则指物体在单位力下所发生的形变大小；电机刚性就是电机轴抵抗外界力矩干扰的能力，也就是通常所讲的过载能力。

伺服系统的位置环刚性分为动刚度和静刚度：静刚度指静力矩条件下，负载力与伺服系统被动产生的角位移的比值；动刚度指在指定频率的交变负载条件下，交变负载力矩幅值与伺服系统被动产生的交变角位移幅值的比，一般动刚度低于静刚度。

刚性的调整可以在伺服控制器里进行调节，现场遇到的问题：电机负载一个垂直方向的力，当电机停下来后电机的扭矩会一直不停的纠正，导致电机在静态下会产生振动，后通过修改电机静态刚性后OK。

伺服电机的机械刚度跟它的响应速度有关，原则上刚性越高其响应速度也越高，但是调高了很容易产生机械共振，所以一般伺服放大器参数里都有手动调整响应频率的选项，要根据机械的共振点来调整，，一般在105HZ左右就可以了。

刚性过大的时候，会出现来回震荡，无法停下来的现象。一般来说，当把刚性参数慢慢加大的时候，会出现异响，这个时候就已经大了。其实就是轴的速度环定位能力太强，导致它冲过头，然后自己再纠正，无法停止。一般任何移动都会出现，甚至是外力都可以让电机震荡。

刚性弱（不足或低）则相反，伺服电机响应变慢，反应迟缓滞后，丢步严重（就是会移位），跑起来有飘的感觉，跑的不平稳，共振频率低，容易产生大的电机震动，这是因为无力让电机停下，导致冲过头。当然这是在速度较高的情况下，但是刚性软最终是能停下来的，就是高速停止的时候，会左右晃几次然后停下。刚性低的话好比是将伺服电机的联轴器改成扭转弹簧然后再输出，结果就是：伺服已经转到位了，但是由于负载作用，弹簧的变形使得输出端未达到伺服转动的角度，总是迟钝一点才来到，感觉就是明明已经给了指令它还不走，明明指令停了还要多走一段，但是不等于定位不准，如果轴与轴参数相当恰当，不会影响几何精度，有时可能还会高于高刚度。

伺服电机刚性参数的高低取决于机床的性质以及加工工艺。

机床病态情况下刚性低会出现各种破坏加工精度的情况，比如加工园成了椭圆的，锐角变成了钝角等等。刚性低不一定是坏事。另外伺服电机刚性降低是退磁了，维修是无法解决的。

速度环是用来控制电机转速的，位置环是用来控制伺服电机的位置的，都是一种控制算法。

有关电机转子的问题：刚性转子、柔性转子以及它们各自的特点？

根据转子动力学，从平衡的观点出发，转子可分为刚性转子和（柔）挠性转子。

刚性转子的定义有多种，一般来说，凡是工作转速远低于转子的一阶弯曲临界转速的转子视为刚性转子；而把工作转速接近或超过转子的一阶弯曲临界转速的转子视为挠性转子。通俗的说，刚性转子通常是指工作时转子的弯曲变形很小，可以忽略不计的转子，如规定转子的变形占转子与支承总变形的10%以下的转子称刚性转子。另一种更确切的定义为：工作转速在弯曲型临界转速（严格说在80%临界转速）以下的转子为刚性转子。

在国际标准化协会（ISO）“平衡术语国际标准”中，从平衡的角度定义刚性转子是：可以在一个或任意选定的两个校正平面上，以低于转子工作转速的任意转速进行平衡校正，且校正之后，在最高工作转速及低于工作转速的任意转速和接近实际的工作条件下（即在零至工作转速整个转速范围内），其不平衡量均不明显地超过所规定的平衡要求“的转子（即其不平衡量不会大大超过平衡公差）。而除此之外的转子都归为挠性转子。

通常我们所说的刚性转子是指刚度相当大，转子在不平衡离心惯性力的作用下所产生的动挠度很小，以致在转子工作和平衡的过程中可以忽略不计。挠性转子由于在运转及平衡时将产生挠曲变形，其情况要复杂得多

饲服电机转动惯量与刚性的问题

设备上用了两套富士的400W的饲服电机，现在有一台一上电就会感觉到轻微的震动，感觉好象是没有定好位。如果用手去触摸一下，或者给电机轴一点旋转力它就会正常，不再发出那种轻微震动的声音。询问厂家技术人员，他们说是由于把刚性设置的太高，可是降低刚性以后仍然出现这种问题。

而另一套同样的电机却没有这样的问题。而且出问题的电机反而是负载比较小的一套。而且空载的时候也出现这样的问题，感觉和刚性设置没什么关系吧？，饲服电机的刚性和转动惯量设置对电机到底有什么影响？

技术人员的回答属于“标准答案”，听到这样的现象，肯定是这样的答案。不过，空载也出问题，有点不对劲，应该不只是刚性的问题。不能肯定是否和刚性无关，一般来说，即使有点别的问题，把刚性降低也可以减轻这种震动的。比如把刚性降到最小值，它应该就不会震了。

另外负载小的话也可能是由于阻尼小，而阻尼小当然更容易震荡。

Fanuc 伺服电机刚性值在那里调整？

当数字伺服刚性设定不合适时，伺服系统的动态性能将变差，严重时甚至会使系统产生振荡与超调，这时必须进行参数的调整。停止时发生振荡。伺服系统停止时可能发生的振荡有高频振荡与低频振荡两种，对于停止时的振荡，调整步骤：

伺服驱动器，通过调节三环PID控制伺服电机，噪音比较大，但电机并没有震动，载波频率是10KHZ，电流采样速度是0.1us一次。

噪音的原因：因为没有做输入脉冲滤波，所以才有那个噪音。

电机启动不起来而且噪声大振动大是什么原因

1、 脱开载荷

2、 用手盘动，确认灵活、无异常

3、 空载启动实验

4、 检查负载情况

先看看是不是动平衡出了问题，这是电流声音，其次看电机轴承，最后是驱动器参数，多数是轴承松懈或坏。

电动机运行有异常噪音的原因及处理：

1、当定子与转子相擦时，会产生刺耳的“嚓嚓”碰擦声，这多是轴承有故障引起的。应检查轴承，损坏者更新。如果轴承未坏，而发现轴承走内圈或外圈，可镶套或更换轴承与端盖。

2、电动机缺相运行，吼声特别大。可断电再合闸，看是否能再正常起动，如果不能起动，可能有一相熔丝断路。开关及接触器触头一相未接通也会发生缺相。

3、轴承严重缺油时，从轴承室能听到“咝咝”声。应清洗轴承，加新油。

4、风叶碰壳或有杂物，发出撞击声。应校正风叶，清除风叶周围的杂物。

5、笼型转子导条断裂或绕线转子绕组接头断开时，有时高时低的“嗡嗡”声，转速也变慢，电流增大，应检查处理。另外有些电动机转子和定子的长度配合不好，如定子长度比转子长度长得太多，或端盖轴承孔磨损过大，转子产生轴向窜动，也会产生“嗡嗡”的声音。

6、定子绕组首末端接线错误，有低沉的吼声，转速也下降，应检查叫正。

电机噪声很大，是什么原因？如何处理？

原因1：电机内轴承间隙大 处理：更换轴承。

原因2：转子扫堂 处理：重新修理定子、转子。

原因3：磁钢松动 处理方法：重新粘结磁钢。

原因4：电机机体偏转 处理：重新调整机体。

原因5：电机转向器表层氧化、烧蚀、油污凹凸不平、换向片松动 。

处理：清洗换向器或焊牢换向片。

原因6：碳刷松动、碳刷架不正 处理：调整。

电机有噪声大，什么原因？怎么解决？

依据电机噪声发生的分歧方法，大致可把其噪声分为三大类：①电磁噪声；②机械噪声；③空气动力噪声。电磁噪声首要是由气隙磁场效果于定子铁芯的径向重量所发生的。它经过磁轭向别传播，使定子铁芯发生振动变形。其次是气隙磁场的切向重量，它与电磁转矩相反，使铁芯齿部分变形振动。当径向电磁力波与定子的固有频率接近时，就会惹起共振，使振动与噪声大大加强，甚至危及电机的使用寿命。根据电磁噪声的成因，我们可采用下列办法降低电磁噪声。

⑴尽量采用正弦绕组，削减谐波成份；⑵选择恰当的气隙磁密，不该太高，但过低又会影响资料的应用率；⑶选择适宜的槽共同，防止呈现低次力波；⑷采用转子斜槽，斜一个定子槽距；⑸定、转子磁路对称平均，迭压严密；⑹定、转子加工与装配，应留意它们的圆度与同轴度；⑺留意避开它们的共振频率。

新买的电，就是电机很减速机连在一起的那种 SEW的，主要是靠 PLC和变频器控制，使用的转速很低，大约在25赫兹左右，感觉噪音很大，机械上的主动链轮和被动链轮的角度没有问题，电机底座固定的也很牢固，散热风扇和防护罩没有刮擦，爆闸也是松开的，但是一运转起来噪音非常的大 就好像小区里面变压器发出的声音

那就是变频器驱动电机所特有的电磁噪音（吱吱的），没有办法消除掉，但可以减少一点，就是修改变频器参数：把那个载波频率加大一点，噪音就会小一点的。但是加大变频器的载波频率，会导致变频器发热。

25赫兹左右低频原本很烦人，刮擦一般音频较高，底座固定的也很牢固要看什么底座，金属板声音会比较大，负载大声音会更大，用螺丝刀顶住耳朵仔细听听音源来自什么地方，要是安装没有什么问题，电机声音大往往是轴承不良，新的应该不至于，可能原本就是这样的，运行正常就行。

另外就是控制问题。

伺服电机运转时有异响和发热是什么原因

异响是电机的负载过重，电机的转矩小于负载所需转矩，而电机的堵转转矩大于负载所需转矩。发热就是电机的电流过大（一般发热很正常），若是很烫，或者堵转时间过长很容易烧毁电机（电机退磁）。直白说就是小马拉大车很费力，为了拉动小马就更加的费劲拉车，所以会发热（增加电流），拉车很费劲（异响）。

异响是因为伺服电机轴承坏了，发热是电流大，实质是伺服电机为了克服电机轴震动而产生的异常大电流，估计电机坏了，需尽快处理，不然故障会扩大。

西门子伺服电机会嗡嗡响是什么问题？

伺服电机出现这种问题有多种原因，一是伺服电机编码器零位不准，也就是编码器零位漂移，二是驱动器刚性不足或参数有问题，三是伺服电机动力线接的可能有问题呀，伺服电机的动力线是不能搞错的，可调换几次看看。四是编码器安装问题或编码器自身有问题，需要认真检查，有同样的伺服电机和驱动器最好相互调换一下试试看。伺服电机有问题，最好找专业人士检修。系统与驱动器故障，电机本身故障；驱动器与实际进给系统的匹配未达到最佳值而引起的，通常只要通过驱动器的速度环增益与积分时间的调节即可进行消除，具体方法为：1）根据驱动模块及电动机规格，对驱动器的调节器板的S2进行正确的电流调节器设定。2）将速度调节器的积分时间Tn调节电位器（在驱动器正面），逆时针调至极限（Tn≈39ms）。3）将速度调节器的比例Kp调节电位器（在驱动器正面），调整至中间位置（Kp≈7~10）。4）在以上调整后，即可以消除伺服电动机的尖叫声，但此时动态特性较差，还须进行下一步调整。5）顺时针慢慢旋转积分时间Tn调节电位器，减小积分时间，直到电动机出现振荡声。6）逆时针稍稍旋转积分时间Tn调节电位器，使电动机振荡声恰好消除。7）保留以上位置，并作好记录。本机床经以上调整后，尖叫声即消除，机床恢复正常工作。

电机扫堂是什么原因？

电机扫堂就是电机的转子与定子绕组里的硅钢片发生摩擦，一般是轴承坏了，还有可能是轴承走外缘，端盖的轴承位置松动。也有可能是转子走内缘，转子上的轴承位置坏了。最小的一种可能是转子弯曲造成的。

轴承磨损或者是轴承座松动会造成的转子偏心。

电机轴上支承圈磨损严重、转子铁心位移，或因其他原因使定子铁心位移，造成电机锥形转子与定子间隙太小发生扫膛。电机严禁“扫膛”，当发生扫膛后，应拆下支承圈进行更换，调整定子转子锥面之间的间隙使之均匀，或送修。

锥形电机制动原理

锥形电机属于特种电机，又名自制动异步电动机。结构形式有旁磁式，杠杆式，锥形转子式三种，我只说最后一种的制动原理吧。锥形转子电动机定子内腔和转子外形都成锥形，其锥形制动环镶嵌于风扇制动轮上，静制动环镶在后端盖上，定子通电后，产生旋转磁场，同时产生轴向磁拉力，使转子轴向移动并压缩弹簧，使风扇制动轮上的锥形环与静制动环离开，转子开始转动，定子断电后，轴向磁拉力消失，转子在弹簧的作用下，连同风扇制动轮一起复位，使动静制动环接触，产生摩擦力矩，迫使电动机立即停转。一般此种电动机没有单相的。

交流伺服电机在运行中会出现抖动的现象，问题需怎样解决？

E-1E：指检查不到遥控套准的实际值。

E-2E：指不能传送正常值。

E-3E：指不能检查当前所选单元的状态。

E-4E：指伺服电机当前的运行状态不能被确认。

E-5E：指伺服电机位置电位计不在调整的范围内。

抖动是不正常的吧，可能是由于导轨不顺畅，或者电源不足。

把功率调一下，调小点。

伺服电机抖动

伺服电机为珠海运控的，当上方连杆没装上时，一切看起来正常；一旦连杆装上以后，电机就自己左右摇摆，参数设置半天也没整好。注：未接有减速器

这个现象说明两个问题：1、负载惯量远大于电机本身惯量2、两部分连接的刚度较低，使负载产生了谐振在这种情况下，系统只能调的很软，也就是刚性要调低，反应速度要减慢。具体的方法是关闭积分，同时降低位置环增益。如要解决也需针对这两个问题下手1、推荐增加一个减速机，这样负载折算到电机的惯量就大大降低，日本伺服通常要求负载/电机惯量比小于5:12、负载与减速机的连接要牢固，增加刚度。以上两个措施要同时使用才好，如果负载本身刚度低就没办法了。在这个情况下，即使电机不震动了，快速启停时负载也会震动。

怎样解决伺服电机在定位点突然停止引起负载的抖动问题呢？

可以试一下用有加减速脉冲输出指令来做突然停止引起负载的抖动是转动惯性与减速力矩矛盾的体现，能想办法减轻但不能彻底消除。最有效的办法是到定位点之前给一段时间逐渐减速。

这个要从2方面来解决。根本的，伺服的性能与现场调试；PLC发脉冲。

用PLC发送脉冲控制伺服电机，当没有发送脉冲时，有时电机有微小的抖动。

伺服参数要调整好，主要是：惯量大小，刚性，有的还需要调整位置比例，积分，微分

用程序步进电机速启动时，会有抖动声无法启动，用伺服电机能解决这种问题？

跟程序关系不大，应是电机转动惯量不够导致，建议换大点的步进或者伺服，伺服可以过载。

伺服电机快速有抖动什么原因

1、伺服配线：

a．使用标准动力电缆，编码器电缆，控制电缆，电缆有无破损；

b．检查控制线附近是否存在干扰源，是否与附近的大电流动力电缆互相平行或相隔太近；

c．检查接地端子电位是否有发生变动，切实保证接地良好。

2、伺服参数：

a．伺服增益设置太大，建议用手动或自动方式重新调整伺服参数；

b．确认速度反馈滤波器时间常数的设置，初始值为0，可尝试增大设置值；

c．电子齿轮比设置太大，建议恢复到出厂设置；

d．伺服系统和机械系统的共振，尝试调整陷波滤波器频率以及幅值。

3、机械系统：

a．连接电机轴和设备系统的联轴器发生偏移，安装螺钉未拧紧；

b．滑轮或齿轮的咬合不良也会导致负载转矩变动，尝试空载运行，如果空载运行时正常则检查机械系统的结合部分是否有异常；

c．确认负载惯量，力矩以及转速是否过大，尝试空载运行，如果空载运行正常，则减轻负载或更换更大容量的驱动器和电机。

引起伺服电机振动的原因是什么？

机械结构不顺畅，机械结构松动。驱动器的刚性参数调的太高，引起共振。伺服功率不够。还有可能是伺服控制的参数调节有点问题，比如位置增益，速度增益等配合不好

1.是伺服电机的编码器故障反馈量不对（或选型不对）。

2.伺服驱动控制器有干扰信号。驱动板有尘造成临界短路状态。

3.电机本身绕阻出现了问题

编辑：黄飞