永磁同步交流伺服电机驱动选型速成指导

导语：

本文旨在为设备制造商相关人员，如项目经理、机械设计师、电气工程师和软件运动控制工程师，提供步进电机和伺服电机（指永磁同步交流伺服电机）的应用知识，包括其特点、优缺点介绍，以及选用方法及周边配套设施的选配和主要应用经验。

概述：

步进和伺服电机的各自特点、优缺点介绍

1.1 两种电机在点位控制或调速应用的介绍

步进和伺服电机会分别用于精确定位场合，并且都可以用于调速应用。步进电机会因效率低，一般不做为动力用；而且存在一定的转矩脉动，不推荐用于转矩控制。相反，伺服系统则可以进行转矩控制，有时可考虑取代变频驱动作为动力。

电机选型及应用经验

2.1 电机驱动选型方法

设备制造商在选择时，可以参考以下几个方面：使用环境所需防护等级、运行噪音指标与温升指标；确定机械规格，即负载、刚性等参数；确认动作参数：转速、行程、高加速度、高减速度时间周期以及精度要求；计算负载惯量并选择合适的惯量匹配方案；计算所需转矩并选择能够满足需求力的励磁系统。此外，还需要考虑最高允许工作温度范围，以及是否需要特殊保护功能如过热保护或锁定保护。

2.2 应用经验总结

合理装配联接，以确保最大限度地发挥出设备性能。

注意到驱动器与電機之间散热问题，并采取相应措施以保持正常运作。

通过正确配置驱動器输出信号，实现高效能输出。

保证良好的电子连接质量，避免出现误操作引起的问题。

设计合理的运动曲线，以提高整体效率。

驱动器与上位系统接口设置说明

3.1 控制信号接线图注释：

脉冲方向信号端原理图：首先要满足驱动器信号输入条件，然后考虑上位系统输出类型，如差分型或NPN/PNP型输出。在实际操作中，要确保形成完整回路，这意味着至少有一个限流 resistor 在每个回路中。如果不是5V，则需要添加限制 resistor 来限定输入当前流通能力。但是，不同类型输出不能共享同一根 wire 或者共用的 resistor，因为这会导致无法形成完整开关状态，从而影响性能。

3.2 软件规划运动曲线：

确定轴运动策略，如梯形加减速策略，其对应于图二中的示例解析。软件工程师应该根据具体任务需求来规划每个轴上的运动策略，使得整个过程既高效又准确。这包括初速度设定，加减速时间设定以及换向时间等关键参数，同时还要注意上述提到的脉冲频率限制以保证兼容性。

特殊情况处理建议：

如果上位系统不是标准化的PLC或者控制卡，那么还需要特别注意以下几项事项：

控制信号必须符合说明书规定，而非仅仅是简单地发送出去，因为不同品牌或模型间可能存在不同的要求。

输出幅度也必须达到最低要求，如果直接从MCU发送的话可能不足以触发打开/关闭，从而影响稳定性，所以通常需要放大功能增加送出能力至10毫安以上才能稳固地启动/停止模拟命令给下游部件。

时序也非常重要，它们决定了何时开始哪段逻辑，这些都是由硬件元件定义出的规则，比如说，在某些情况下，你可能不得不预留额外的一微秒来保证安全启动，而有些其他情况你却无需这个延迟。在没有详细手册的情况下，这很难完全知道这些细节，因此经常检查手册是个好习惯。而对于一些较小功率（400W及以下）但具有较高精度需求（例如直径60MM以下）的步进Motor来说，当他们被请求达到推荐最高运转数20RPM时，他们应当具备30到150毫秒之间加减速度; 对于尺寸86MM及以上更大的类似产品当它们被请求达到相同目标即10RPM时，他们应当具备80到200毫秒之内完成加减速度; 而对于750W~2000W功率级别的大型伺服Motor，当它们被请求达到30RPM极限时，它们应当具备40到300毫秒之内完成加减速度; 这些数据表明了我们如何通过调整起始翻滚数值v_01, 最终翻滚数值v_02, 加刹车时间t_01 和最终目标翻滚数值S 的关系来获得最佳结果。

文章结束：

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