汽车工况 模拟试验16法.doc

电控汽车维修需要掌握的模拟试验方法汽车工作状态模拟试验，是指人为地制造、模仿与汽车发生故障时相同或者相似的工作环境和条件，以使故障再现的试验。模拟试验法适合判断汽车在特定状态、环境或条件下才发生的故障，例如冷车时有故障而热车时没有故障，行驶时有故障而停车时没有故障等。 汽车维修中的工况模拟试验分为两类，一是人工模拟，二是通过专用仪器模拟。后一种试验采用传感器模拟测试仪代替传感器向电控单元（ECU）输送信号，然后用对比的方法判断电器元件品质的好坏，并且能够在发动机未转动的情况下对电控单元（ECU）进行动态响应数据分析。本文着重介绍人工模拟试验的方法和技巧。1.模拟电路虚接对于怀疑接触不良的电器或电路，可以在垂直方向和水平方向轻轻摇摆配线或插接器，或者轻轻拍打装有传感器的部件（但是不要用力拍打继电器），同时观察被检查元件和汽车的反应。如果振动某一元件时故障再现，说明故障与该元件的连接有关。此法适宜检查电器和电路的虚焊、松动、接触不良或者导线断裂等故障。2.模拟发动机爆震用木锤或扳手敲击发动机的汽缸体，同时观察爆震传感器是否有信号反馈。如果有，说明爆震传感器基本正常。3.模拟路面颠簸如果汽车在颠簸路面行驶时出现底盘异响，而且异响发生在前悬架附近，可能是上控制臂轴承磨损。若一时无法进行路试，可以将汽车升举，把手伸到发出噪声部位的上悬臂轴承处，用木锤重重地敲击橡胶轮胎若干次，检查该轴承是否出现了磨损和松动。4.模拟电器过热如果故障只在热车时出现，可以用电吹风、20W以下电烙铁或者类似的加热工具，局部加热可能发生故障的传感器等元器件，检查故障是否再现。若故障再现，说明故障确实是由电器过热引起的。注意：加热温度不可超过60，也不能直接加热微电脑的元件。5.模拟潮湿环境有些汽车故障只在雨天或者潮湿环境下产生，可以用水喷向汽车上空或者喷淋到散热器的前面，人为制造高湿度的环境。如果喷淋后故障再现，说明该部件在潮湿环境下确实会发生故障，应当更换该零件或者消除潮湿环境。注意：不能将水直接喷淋到电子元件或插接器上，以免积水或元件锈蚀。6.模拟怠速运转若怀疑怠速步进电机有问题，可以将发动机加速到3000r/min，然后拔下怠速电机导线侧插接器，再松开加速踏板，即人为制造发动机怠速运转。如果发动机能够自动调整到高怠速运转状态，说明怠速步进电机及其控制线路是正常的。7.模拟电气负载改变若怀疑故障是由于用电负荷过大引起的，可以接通汽车上所有的用电设备，包括雾灯、音响、加热器、雨刮器、空调鼓风机和冷凝器风扇等，人为制造全负荷用电状态，然后检查故障是否重现。如果故障再现，说明故障确实是由电气超负荷引起的，应当减小用电负荷。如果熔丝屡次被烧断，怀疑是局部电路短路引起的，可以采取减载模拟法，即逐一断开怀疑的各条支路，再用万用表测量电流值。如果总电流降为正常水平，说明故障就在断开的那条支路范围之内。8.模拟机械负荷增大基本方法是将换挡杆置于D位，踩住制动踏板，打开空调器，并将转向盘转到极限位置。例如，若汽车出现踩下制动踏板发动机就熄火的故障，应当检查或清洗怠速空气控制阀。为了检查清洗后的怠速空气控制阀的性能，可以启动发动机，暖机后打开空调器和大灯，并且大角度转动转向盘，模拟增大发动机的负荷，再观察发动机的转速。若发动机的转速略有升高，说明怠速空气控制阀基本正常。9.模拟混合气偏浓（发动机富燃状态）可供选择的模拟方法有：减空气堵住空气滤清器的进气口，或者拆下空气滤清器用手堵住节气门体的进气口，以减小空气主通道的进气面积，减少进气量，使混合气变浓。如果发动机怠速运转不再抖动，加速时不再“回火”，说明故障原因是混合气过稀。增燃料喷射化油器清洗剂。例如，为了判断氧传感器是否有故障，可以向进气管内喷射化油器清洗剂，人为加浓混合气，再观察氧传感器的信号电压是否有变化。如果氧传感器的信号电压几乎没有变化，说明氧传感器已经失效。又如，听到发动机有漏气的声音，可以用化油器清洗剂对着进气歧管接口、真空软管接头等可能漏气的部位喷射。若发动机的转速升高了，说明此处漏气，吸进的化油器清洗剂加浓了汽缸内的混合气，因而发动机的转速有所升高。若发动机出现难以启动，加速时熄火或“放炮”等故障，可以向进气管内喷入一些化油器清洗剂。如果加速不良的故障现象得到改善，或者发动机顺利启动了，化油器清洗剂烧完后又熄火，说明问题出在供油量不足、混合气太稀或者燃油没有进入汽缸。10.模拟混合气偏稀（发动机稀薄燃烧状态）拔下一根发动机的真空软管（例如连接在进气歧管上的曲轴箱强制通风管），以此模拟混合气偏稀，然后利用数字式万用表或者示波器检测氧传感器的反馈电压。如果此时氧传感器输出的信号电压在0.2V以下，表明氧传感器基本正常，能够正确反映汽缸中混合气的浓度；如果氧传感器信号电压不发生这种变化，则说明氧传感器有故障。11.模拟加喷燃油基本方法是拔出冷却液温度传感器的插接器。对于热发动机来说，拔下冷却液温度传感器和进气温度传感器的插接器，具有加喷燃油的补偿作用。因为这两个温度传感器都属于负温度系数电阻式传感器，拆下这两个传感器的插接器后，其电阻为，相当于发动机在低温状态下工作，电控单元（ECU）便自动指令喷油器增加喷油量，从而改变发动机的空燃比。例如一辆切诺基4.0L越野车，已经行驶4万km，出现加速时进气管“回火”的故障。首先进行自诊断，没有故障码。测试了进气歧管压力传感器、节气门位置传感器和燃油系统压力，都符合标准。研磨气门，无效。检查点火时刻和点火能量，也正常。剩下就是混合气过稀的问题了。除了节气门位置传感器和进气歧管压力传感器的影响外，还有冷却液温度传感器和进气温度传感器失常也可能引起混合气过稀。于是拔下冷却液温度传感器和进气温度传感器的插接器，模拟加喷燃油，让发动机运转，结果加速时进气管“回火”的故障消失了。拆下喷油器检查，果然发现各喷油器的喷油量不均匀。对喷油器进行清洗后，汽车的加速性能恢复正常。12.模拟磁场改变检测霍尔式点火信号发生器（电子点火器）时，可以采取以下两种模拟方法：一是用2节干电池（每节1.5V，共3V）串联，代替霍尔集成块，并且将干电池的负极断续搭铁，以此模拟向点火组件输入信号，如果火花塞会跳火，说明点火组件基本正常；二是用1块薄铁片（或者小的一字旋具）在霍尔信号发生器的气隙中插入、抽出数次，模拟霍尔元件的开关动作，如果火花塞会跳火，说明点火装置整体正常。注意：用干电池模拟点火信号检查电子点火器时，动作要迅速，连接干电池的持续时间一般不要超过5s，以免损坏电子点火器内的元件。又如检测车速传感器的性能，可以从汽车上拆下车速传感器，将电压表设置为交流挡，使两表笔跨接在车速传感器的端子之间，然后用一块磁铁接近传感器的前端，又迅速移开。若此时电压表上有脉冲电压显示，说明车速传感器正常，应当检查该传感器与ECM之间的导线连接状况；若没有脉冲电压显示，则应更换车速传感器。13.模拟发动机连续启动先将点火开关转到ON位（此时仪表盘上的各指示灯点亮），不启动发动机，但是电动燃油泵会转动，停留片刻后，将点火开关转到OFF位，然后再转到ON位，经历几秒钟，如此反复3次以上，再将点火开关转到ST位启动发动机。如果发动机能够顺利启动，说明燃油系统的“保持油压”恢复正常；如果发动机不能顺利启动，说明燃油系统的“保持油压”太低。14.模拟汽车行驶如果防抱死制动系统（ABS）发生间歇性故障，可以用模拟的方法对故障进行判断，其方法是：举升汽车，使4个车轮悬空；启动发动机；将换挡杆置于前进挡（D位），观察仪表盘上的ABS指示灯，如果该指示灯闪亮，说明后轮轮速传感器工作不良（指后轮驱动汽车）；如果此时ABS指示灯不亮，再转动左前轮，若ABS指示灯点亮，说明左前轮轮速传感器有故障；如果左前轮轮速传感器良好，再转动右前轮，若此时ABS指示灯点亮，说明右前轮轮速传感器有故障。采用这种模拟方法可以检验轮速传感器及其连接电路的状况。15.模拟汽车纵向加速丰田陆地巡洋舰（LAND CRUISER）吉普车装备了惯性压阻式负加速度传感器，可以采用下面的方法检测加速度传感器的性能：塞住汽车的4个车轮，先将汽车的前部升高76cm，观察ABS指示灯的信号；再放下汽车前部，升高汽车后部86cm，观察ABS指示灯的信号，若信号不正常，说明加速度传感器可能存在故障。16.模拟脉冲信号检测点火系统有无低压脉冲信号，可以用大头针刺破信号线，并且在此处连接1根导线，另将一节干电池（1.5V）的负极搭铁，然后接通点火开关，用连接的导线的另外一端不断地刮擦干电池的正极，若发现中央高压线产生了“噼啪”的高压火花，说明低压脉冲信号正常。总之，汽车工况模拟试验法具有重点突出、针对性强、操作方便等优点，特别适用于偶发性、疑难性故障的诊断，并且能够大大提高维修作伺服驱动产品精准与智能的突破 来源：机电论文 | 类别：技术 | 时间：2009-11-6 11:12:33 字体：大 中 小 0前言近几年，国内的工业自动化领域呈现出飞速发展的态势，国外的先进技术迅速得到引入和普及化地推广，其中作为驱动方面的重要代表产品的伺服已被广大用户所接受，在机器革新中起到了至关重要的作用。精准的驱动效果和智能化的运动控制通过伺服产品可以完美的实现机器的高效自动化，这两方面也成为伺服发展的重要指标。1伺服系统介绍伺服驱动技术是数控技术的重要组成部分。与数控装置相配合，伺服系统的静态和动态 特性直接影响机床的位移速度，定位精度和加工精度。现在，直流伺服系统被交流数字伺服系统所取代；伺服电机的位置，速度及电流环都实现了数字化；并采用了新的控制理论，实现了不受机械负荷变动影响的高速响应系统（图1）。图1 半闭环伺服控制其主要新发展的技术有： a前馈控制技术。过去的伺服系统，是把检测器信号与位置指令的差值乘以位置环增益作为速度指令。这种控制方式总是存在着跟踪滞后误差，这使得在加工拐角及圆弧时加工精度恶化。所谓前馈控制，就是在原来的控制系统上加上速度指令的控制方式，这样使伺服系统的跟踪滞后误差大大减小。 b机械静止摩擦的非线性控制技术。对于一些具有较大静止摩擦的数控机床，新型数字伺服系统具有补偿机床驱动系统静摩擦的非线性控制功能。 c伺服系统的位置环和速度环（包括电流环）均采用软件控制，如数字调解和矢量控制等。为适应不同类型的机床，不同精度和不同速度要术，预先调整加、减速性能。 d采用高分辨的位置检测装置。如高分辨率的脉冲编码器，内有微处理器组成的细分电路，使得分辨率大大提高，增量位置检测为10000 p/r（脉冲数/每转）以上；绝对位置检测为1000000 p/r以上。 e 补偿技术得到了发展和应用。现代数控系统都具有补偿功能，可以对伺服系统进行多种补偿，如丝杠螺距误差补偿，齿侧间隙补偿、轴向运动误差补偿、空间误差补偿和热变形补偿等。2新一代精准伺服产品所谓精准，是指通过伺服驱动后所达到执行效果和目标设定的一致程度高，控制精密性好。要达成这样的结果需要在执行装置（电机）和驱动装置（驱动器）上做到针对性地设计和制造。日本横河公司的DDM产品是具有这样特性的非常典型的产品。以下就3个方面对DD马达进行介绍图2 DD马达与伺服+减速机构架比较首先，间隙误差被消除。普通的传动机构由于有减速机、联轴器、齿轮、皮带或丝杠等中间环节，间隙误差是肯定无法避免的，尤其是对于长时间运转所造成的机械磨损更是无法补偿。DD马达恰恰能很好的解决以上的问题，由于DD直接驱动的安装方式（图2），误差被减为最少；而且它的伺服特性也可以随时修正误差，达到最理想的控制精度。其次，高解析度和高定位精度。DYNASERV DD马达选配的编码器分辨率很高，DM1B-045的解析度为655,360PPR（DM-A系列 达到4096000PPR），电器控制精度高，已经超过普通伺服的控制精度1个数量级。由于制作相当精密，最终的精度控制一般可以达到2秒以内。第三，高刚性，结构紧凑，使用效率高。DD 马达的刚性很强，与负载结合后特性很硬，对于其驱动器要求更高。最新型的DYNASERV驱动器可以提供在线增益调试和共振滤波。马达中空独特设计不但减轻了自身惯量，也给客户提供了更多的安装形式。组合后的机械结构会更加紧凑，使用效率比较其他方式最高。DD马达的相对转速比较低，额定转速基本在60rpm240rpm之间，但是这里的转速是最终在转台上的转速，相对比普通伺服+减速机的构架，在最终转速上也是非常有优势。在保持转速的同时DD马达保持了高的输出扭力，由于采用永磁定子，因此在额定转速内横河DD马达的扭力输出曲线能够保持平滑线性特性（图3）。图3 DD马达 转速-扭矩输出特性横河的GIII驱动器采用了I-PD控制方式，同样带宽的电流环，采用I-PD控制的GIII驱动器达到10Hz带宽的位置环，与传统的PID控制方式相比，减小了2.5倍的速度带宽。这个特点决定了马达的高刚性（位置带宽）。图4 横河GIII驱动器控制控制图在应用上，横河DDM产品也是处于最先进地位，涉及领域有不干胶印刷机行业、LCD生产线、DVD/CVD生产设备、IC检测设备、半导体制造设备、电子制造设备等产业机械的多个领域。不干胶商标印刷机采用平压式结构设计，主要完成工艺：送纸，印刷（二次套印），压凸，烫金，裁切或收卷，计数。印刷速度为60-180次/分钟。一次印刷测定值0.03，二次套印测定值0.035。（统计值）。DD马达主要用于驱动辊的拖动，由控制原理图5所视，1次印刷时单轴控制器图5 横河DD马达在不干胶印刷机的应用SPC007控制DD马达的行走长度和速度，印版上下印色；二次套印时，色标传感器扫描Mark点，通知SPC007以追Mark模式控制DD运动，印版上下套色。行走距离和速度的设定可由上位指拨开关或人机界面来完成。比较旧型机种，节省了人力，尤其针对套色问题，完全是由控制器来完成。避免了机械误差所造成经常作机械调整的工作，大大提高了工作效率。并且维护简单，设备安全性好。横河DD马达最大的行业应用是LCD、半导体关产业，图6是在划片机的应用，图7是在IC分拣机的应用，同样也用到了DD马达的高精度，高刚性以及直接连接结构简单，精度寿命长便于维护等特点，目前在国内有比较大的市场。图6 DD马达在划片机的应用图7 DD马达在IC分拣机的应用3新一代智能伺服产品智能化是指伺服产品可以做智能地驱动和控制。驱动器的驱动能力、控制效果、编程再开发性以及和上位控制系统信息通讯开放程度是衡量该驱动产品智能化的基本指标。从模拟式的可控硅驱动电路搭接的简易模块到现在全数字式的交流驱动器，短短十几年的时间驱动器的革新从未停下脚步。下面通过对以色列elmo驱动器的介绍让国内更多人熟悉世界上最先进的发展方向。Elmo的驱动器在设计上强调“主动”的观念，采用自主开发的芯片电路，使整个处理过程始终保持在平稳的过渡中。对比传统的RC“被动”的转换方式，启动和关断时电流冲击和损失将大大降低，可以实现非常低的EMI。Elmo所生产的各种驱动器（用MOSFET 还是 IGBT的驱动器），均可实现快速有效的功率转换，能耗损失不超过3%。在能量消耗方面Elmo公司提出了热能管理的观念，强调能耗低损失的同时，热能也可以得到有效的释放。其独有的陶瓷贴装的散热技术，可保证100%的热量导出。为了快速，强有力的融合马达和驱动器，Elmo公司推出了SimplIQ技术（图8），具有多种反馈选择编程能力，和标准的信号监测技术，优良的运动控制技术，简化了控制过程，使机器在理想状态下工作。Elmo驱动器拥有独特的高级位置控制功能包括点到点运动、PT（位置时间表）、PVT（位置速度时间）、ECAM（电子凸轮）、位置跟随脉冲输入、双回路、快速事件捕捉、快速输出比较OC、事件捕捉式中断、事件触发式编程等。同时在在高级滤波和增益预定模式下Elmo驱动器也是独特设计，包括非工作状态下的速度和电流增益设定、速度位置的PIP控制、自动整流调制、自动电机相位排序等。通讯方式支持RS-232、CANopen DS-301,DS-402。Elmo的控制器Maestro是一款基于网络的多轴运动控制器和监控器（图9），通过它配合Elmo自己的智能型驱动器使用，可以完成许多复杂的多轴运动控制。用Masetro和SimpleIQ驱动器所构建的运动控制网络是基于分布式运动控制网络构架。同时支持同步运动控制、顺序运动控制、多轴运动记录和分析工具、多轴应用开发系统。通过直接访问以太网完成各轴的调整、监控和通常的分析。图8 Elmo智能驱动器控制原理图9 基于网络的多轴运动控制器在航天、医疗、包装等产业机械，Elmo驱动器由于其自身特点，也得到了广泛的应用。图10 Elmo驱动器在印刷机的应用图10中两个Elmo驱动器辅助反馈相连结，从轴跟随主轴，完成ECAM功能，不需要控制器，就可以完成需要的运动控制。图11为绕线机的应用，其中一台跟随编码器，完成ECAM功能，另两台驱动器有一台作为主，另一台作为从，完成ECAM功能，因此在不需要控制器的情况下就可以完成绕线机的运动控制。图11 Elmo驱动器在绕线机的应用4结论精准的定位和智能控制今后还会向深入的方向发展，机电一体化的结构革命和驱动与控制的相互渗透在今后的几年中将成为主导市场的新的趋势。天津罗升企业有限公司也一直在致力于此发展方向，推进国内工业运动控制先进先进产品引入与推广，逐渐国内也将会有部分产品（电机驱动方面）接近国际的先进水平，在世界领域占有一席之地。参考文献1葛锁良，刘文慰。 基于模糊控制的交流伺服系统的设计.。东南大学学报（自然科学版） 2006年S1期。2李军红，陈潮填，唐忠平. 交流永磁同步电机伺服系统的变结构控制。 微特电机 2006年第一期 第32卷。3胡庆波，胡海兵，吕征宇. 基于交流永磁同步电机的全数字伺服控制系统，电源技术应用，2006年5月19日4Feng L L, Moyne J R，Tilbury D MPerformance Evaluation of Control Networks： Ethernet，Control Net，and Device NetJIEEE Control System Magazine，2006，21(1):66-835TM Jahnsm, WLSoong.Pulsating Torque Minimitation Techniques for Permanent Magnet AC Drives-A Review IEETransJ. on Industrial Electronics,2006,IE-43(2):321-3306Yokogawa Electric Corporation. Direct Driver Motor Intelligent Driver Technical Information作者简介:赵琦, 男,1981-,汉族 天津罗升企业有限公司 伺服产品处联系方式:赵琦:天津市空港物流加工区 天津罗升企业有限公司 西十道3号 300308联系电话022-24891997-2092 Email:zhao.qiacepillar伺服马达的原理和应用 来源：机电论文 | 类别：技术 | 时间：2009-11-6 13:32:03 字体：大 中 小 1:伺服马达内部包括了一个小型直流马达；一组变速齿轮组；一个反馈可调电位器；及一块电子控制板。其中，高速转动的直流马达提供了原始动力，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，伺服马达的输出扭力也愈大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低2、微行伺服马达的工作原理 一个微型伺服马达是一个典型闭环反馈系统减速齿轮组由马达驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动马达正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服马达精确定位的目的。3、如何控制伺服马达 标准的微型伺服马达有三条控制线，分别为：电源、地及控制。电源线与地线用于提供内部的直流马达及控制线路所需的能源，电压通常介于4V6V之间，该电源应尽可能与处理系统的电源隔离（因为伺服马达会产生噪音）。甚至小伺服马达在重负载时也会拉低放大器的电压，所以整个系统的电源供应的比例必须合理。 4、伺服马达的电源引线 电源引线有三条，如图中所示。伺服马达三条线中红色的线是控制线，接到控制芯片上。中间的是SERVO工作电源线，一般工作电源是5V。 第三条是地线5、伺服马达的运动速度 伺服马达的瞬时运动速度是由其内部的直流马达和变速齿轮组的配合决定的，在恒定的电压驱动下，其数值唯一。但其平均运动速度可通过分段停顿的控制方式来改变，例如，我们可把动作幅度为90o的转动细分为128个停顿点，通过控制每个停顿点的时间长短来实现0o90o变化的平均速度。对于多数伺服马达来说，速度的单位由“度数/秒”来决定。6、使用伺服马达的注意事项 除非你使用的是数码式的伺服马达，否则以上的伺服马达输出臂位置只是一个不准确的大约数。 普通的模拟微型伺服马达不是一个精确的定位器件，即使是使用同一品牌型号的微型伺服马达产品，他们之间的差别也是非常大的，在同一脉冲驱动时，不同的伺服马达存在#177;10o的偏差也是正常的。 正因上述的原因，不推荐使用小于1ms及大于2ms的脉冲作为驱动信号，实际上，伺服马达的最初设计表也只是在#177;45o的范围。而且，超出此范围时，脉冲宽度转动角度之间的线性关系也会变差。 要特别注意，绝不可加载让伺服马达输出位置超过#177;90o的脉冲信号，否则会损坏伺服马达的输出限位机构或齿轮组等机械部件。 由于伺服马达的输出位置角度与控制信号脉冲宽度没有明显统一的标准，而且其行程的总量对于不同的厂家来说也有很大差别，所以控制软件必须具备有依据不同伺服马达进行单独设置的功能。 步进电机和伺服电机有什么区别？ 来源：机电论文 | 类别：技术 | 时间：2009-11-6 13:33:41 字体：大 中 小 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)， 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和 加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。步进电机和交流伺服电机性能比较 步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的 出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动 机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6#176;、 1.8#176;，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 #176;、0.36#176;。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09#176;；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8#176;、0.9#176;、0.72#176;、0.36#176;、0.18#176;、0.09#176;、0.072#176;、0.036#176;，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四 倍频技术，其脉冲当量为360#176;/10000=0.036#176;。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉 冲当量为360#176;/131072=9.89秒。是步距角为1.8#176;的步进电机的脉冲当量的1/655。二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定 的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分 技术等。 交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。三、矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。四、过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可 用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期 间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。五、运行性能不同 步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问 题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性 能更为可靠。六、速度响应性能不同 步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA 400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。什么叫做伺服系统？ 来源：机电论文 | 类别：技术 | 时间：2009-11-6 13:35:07 字体：大 中 小 伺服驱动系统（Servo System）简称伺服系统，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，例如数控机床等。使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量（ 使用在机电系统中的伺服电机的转动惯量较大，为了能够和丝杠等机械部件直接相连。伺服电机有一种专门的小惯量电机，为了得到极高的响应速度。但这类电机的过载能力低，当使用在进给伺服系统中时，必须加减速装置。转动惯量反映了系统的加速度特性，在选择伺服电机时，系统的转动惯量不能大于电机转动惯量的3倍。）较大等特点，这类专用的电机称为伺服电机。当然，其基本工作原理和普通的交直流电机没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元，有时简称为伺服，一般其内部包括电流、速度和/或位置闭环。 伺服与伺服系统 来源：机电论文 | 类别：技术 | 时间：2009-11-6 13:43:20 字体：大 中 小 目录1.1 名词 1.2 定义1.3 伺服系统的组成 1.4 伺服系统的性能要求 1.5 伺服系统的种类 2. 交流永磁同步电机伺服系统 2.1 AC伺服系统1.1 名词“伺服”词源于希腊语“奴隶”的意思 。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动;讯号来到之后，转子立即转动;当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名伺服系统。 1.2 定义（1）伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标值(或给定值)的任意变化的自动控制系统。 （2）在自动控制系统中，使输出量能够以一定的准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为随动系统，亦称伺服系统。 伺服的主要任务是按控制命令的要求，对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力距、速度和位置控制得非常灵活方便。 1.3 伺服系统的组成伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它由位置检测部分、误差放大部分、执行部分及被控对象组成。 1.4 伺服系统的性能要求伺服系统必须具备可控性好，稳定性高和速应性强等基本性能。说明一下，可控性好是指讯号消失以后，能立即自行停转;稳定性高是指转速随转距的增加而均匀下降;速应性强是指反应快、灵敏、响态品质好。 1.5 伺服系统的种类通常根据伺服驱动机的种类来分类，有电气式、油压式或电气油压式三种。 伺服系统若按功能来分，则有计量伺服和功率伺服系统;模拟伺服和功率伺服系统;位置伺服和加速度伺服系统等。 电气式伺服系统根据电气信号可分为DC直流伺服系统和AC交流伺服系统二大类。AC交流伺服系统又有异步电机伺服系统和同步电机伺服系统两种。 这里只讨论电气式伺服系统中的一种交流永磁同步电机伺服系统。 2. 交流永磁同步电机伺服系统2.1 AC伺服系统电气伺服技术应用最广，主要原因是控制方便，灵活，容易获得驱动能源，没有公害污染，维护也比较容易。特别是随着电子技术和计算机软件技术的发展，它为电气伺服技术的发展提供了广阔的前景。 早在70年代，小惯量的伺服直流电动机已经实用化了。到了70年代末期交流伺服系统开始发展，逐步实用化，AC伺服电动机的应用越来越广,并且还有取代DC伺服系统的趋势成为电气伺服系统的主流。 永磁转子的同步伺服电动机由于永磁材料不断提高，价格不断下降，控制又比异步电机简单，容易实现高性能的缘故，所以永磁同步电机的AC伺服系统应用更为广泛。 目前，在交流同步伺服驱动系统中，普通应用的交流永磁同步伺服电动机有两大类。 一类称为无刷直流电动机，它要求将方波电流直入定子绕组（BLDCM） 另一类称为三相永磁同步电动机，它要求输入定子绕组的电源仍然是三相正弦波形。（PMSM） 无刷直流电动机(BLDCM)，用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极，将原直流电动机的电枢变为定子。有刷直流电动机是依靠机械换向器将直流电流转换为近似梯形波的交流电流供给电枢绕组，而无刷直流电动机(BLDCM)是将方波电流(实际上也是梯形波)直接输入定子。将有刷直流电动机的定子和转子颠倒一下，并采用永磁转子，就可以省去机械换向器和电刷，由此得名无刷直流电动机。 BLDCM定子每相感应电动势为梯形波，为了产生恒定的电磁转矩，要求功率逆变器向BLDCM定子输入三相对称方波电流，而SPWM、PM、SM定子每相感应电动势为近似正弦波，需要向SPWM、PM、SM定子输入三相对称正弦波电流。 永磁同步电机的磁场来自电动机的转子上的永久磁铁，永久磁铁的特性在很大程度上决定了电机的特性，目前采用的永磁材料主要有铁淦氧，铝镍钴，钕铁硼以及SmCO5 Sm2CO17. 在转子上安装永磁铁的方式有两种。一种是将成形永久磁铁装在转子表面，即所谓外装式；另一种是将形成永久磁铁埋入转子里面，即所谓内装式。永久磁铁的形状可分为扇形和矩形两种。 根据确定的转子结构所对应的每相励磁磁动势的分布不同，三相永磁同步电动机可分为两种类型：正弦波型和方波型永磁同步电机，前者每相励磁磁动势分布是正弦波状，后者每相励磁磁动势分布呈方波状，根据子路结构和永磁体形状的不同而不同。对于径向励磁结构，永磁体直接面向均匀气隙，如果采用系统永磁材料，由于稀土永磁的取向性好，可以方便的获得具有较好方波形状的气隙磁场。对于采用非均匀气隙或非均匀磁化方向长度的永磁体的径向励磁结构，气隙磁场波形可以实现正弦分布。 综上所述两类永磁AC同步伺服电动机的差异归纳如下:： 控制原理相似，给定指令信号加到AC伺服系统的输入端，电动机轴上位置反馈信号与给定位置相比较，根据比较结果控制伺服的运动，直至达到所要求的位置为止。PM、SM和BLDCM二类伺服系统构成的基本思路是一致的。 两种永磁无刷电动机比较而言，方波无刷直流电动机具有控制简单、成本低、检测装置简单、系统实现起来相对容易等优点。但是方波无刷直流电动机原理上存在固有缺陷，因电枢中电流和电枢磁势移动的不连续性而存在电磁脉动，而这种脉动在高速运转时产生噪声，在中低速又是平稳的力矩驱动的主要障碍。转矩脉动又使得电机速度控制特性恶化，从而限制了由其构成的方波无刷直流电动机伺服系统在高精度、高性能要求的伺服驱动场合下的应用（尤其是在低速直接驱动场合）。因此，对于一般性能的电伺服驱动控制系统，选用方波无刷直流电动机及相应的控制方式。而PM、SM伺服系统要求定子输入三相正弦波电流，可以获得更好的平稳性，具有更优越的低速伺服性能。因而广泛用于数控机床，工业机器人等高性能高精度的伺服驱动系统中。 3. 伺服系统的发展过程 伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程, 电气伺服系统根据所驱动电机类型分为直流(DC)伺服系统和交流(AC)伺服系统。交流伺服系统按其采用的驱动电机类型又可分为永磁同步(SM型)电动机交流伺服系统和感应式异步(IM型)电动机交流伺服系统。 由于直流伺服电动机存在机械结构复杂, 维修工作量大包括电刷、换向器等则成为直流伺服驱动技术发展的瓶颈。随着微处理技术、大功率电力电子技术的成熟和电机永磁材料的发展和成本降低, 交流伺服系统得到长足发展并将逐步取代直流伺服系统。 1990年以前，由于技术成本等原因，国内伺服电机以直流永磁有刷电机和步进电机为主，而且主要集中在机床和国防军工行业。1990年以后，进口永磁交流伺服电机系统逐步进入中国，此期间得益于稀土永磁材料的发展、电力电子及微电子技术日新月异的进步，交流伺服电机的驱动技术也很快从模拟式过渡到全数字式。由于交流伺服电机的驱动装置采用了先进全数字式驱动控制技术，硬件结构简单，参数调整方便，产品生产的一致性可靠性增加，同时可集成复杂的电机控制算法和智能化控制功能，如增益自动调整、网络通讯功能等，大大拓展了交流伺服电机的适用领域；另外随着各行业，如机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等，对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求不断提高，这些领域对交流伺服电机的需求将迅猛增长，交流伺服将逐步替代原有直流有刷伺服电机和步进电机。 正弦波交流伺服系统综合了伺服电动机、角速度和角位移传感器的最新成就，与采用新型电力电子器件、专用集成电路和专用控制算法的交流伺服驱动器相匹配，组成新型高性能机电一体化产品。使原有的直流伺服系统面临淘汰的危机，成为当今世界伺服驱动的主流及发展方向。正弦波交流伺服广泛使用于航空、航天、兵器、船舶、电子及核工业等领域，如自行火炮、卫星姿态控制、雷达驱动、机载吊舱定位系统、战车火控及火力系统、水下灭雷机器人等。 4.伺服电机的应用松下交流伺服电机(AC Servo) A4系列 1. 快速使用 电机运转必须的三根电缆：动力电缆；电机动力线，电机编码器线。 控制线接口X5： 伺服使能必须接的引脚：DC24V电源(7,41) 伺服使能SRV-ON(29) 控制信号：位置控制-（脉冲方向输入3，4，5，6） 速度控制-（模拟量输入14，15 0到10V） 扭矩控制-（模拟量输入 14,15） 其他辅助控制功能： 10点输入：伺服使能模式选择增益切换报警清除。 6点输出： 报警(ALM)准备(S-RDY)制动器释放(BRK-OFF)零速检测(ZSP)转矩控制TLC。定位完成或者速度到达它比步进系统就多了一个编码器反馈，构成了一个闭环系统，当然这个闭环仅仅是相对而言。伺服系统现在逐渐取代了步进系统，所以大家会逐渐熟来源：jdzj机电之家机电行业电子商务平台！大惯量伺服系统调试介绍 来源：机电论文 | 类别：技术 | 时间：2009-11-6 15:03:14 字体：大 中 小 对于调试过程可说是难点重重，因为客户机械整体的负载就非常的大，而且还要在加工的过程中在加工槽里注满水，使得负载惯量和负载质量更大，增加了伺服的控制难度。为了保证个脉冲的追踪误差，所以伺服控制器的增益必须维持在一个较高的水平，但是由于几乎不允许出现任何的振动，那么伺服控制系统的增益还不能够过大，也就是说在稳定的响应水平和稳定的控制平衡度之间寻找一个平衡点，这个平衡点的选取就是我们调试的关键。 由于该设备的运行速度不能超过我们调试软件估测负载惯量所需的运行速度200rpm，所以只能通过不断的试验，对参数进行设置，以找到最佳的增益参数，也就是将伺服参数中跟增益有关的2-00（位置控制增益），2-02（位置前馈增益），2-03（位置前馈增益平滑常量），2-04（速度控制增益），2-06（速度积分补偿），以及跟共振有关的2-25（共振抑制低通滤波），2-23（共振抑制Notch filter），2-24（共振抑制Notch filter衰减率）进行不断的试验设置和运行测试，2-00主要作用是保持位置环控制响应水平的，2-04主要作用是保持速度环控制响应水平的，这两个值是伺服响应的基础，而 2-02和2-06的主要作用就是减小位置控制误差和速度控制误差的，将这两个值调到很高的位置可以明显地减小追随误差。2-03作用就是可以大大的降低传动机构的运转振动。 刚刚开始调试时，很快就将伺服的响应水平调整到一个不使伺服电机运行有振动的最高的控制水平，这个增益水平上伺服电机的运行效果是是伺服系统在0.5rpm的速度下运行追随误差基本保持在2个脉冲范围内，但是在运行的某几个点的时候，会跳变到34个脉冲。这是慢走丝设备运行不允许的，必须通过调整伺服的增益来改善这样的运行效果，因为这样的追随误差的跳变是由于在某个运行点上伺服系统的负载情况发生改变，而由于伺服系统的响应又不够快，所以才会出现追随误差变大的情况。通过以上分析，需要实现的就是提高伺服系统的响应水平又不能使伺服电机运行过程中出现任何的振动。为了既不让电机振动，又提高增益水平，只有将2-03加大降低机构传动的振动，才能提高2-04和2-00从而提高伺服系统整体的增益水平位置较高的响应，同时，还不能把2-03的值调整地过高，因为它会影响位置追踪误差。 在增调整已经很理想的情况下，开始安装工件试切。在试切过程发现一个很异常的现象，即在x轴以0.3rpm速度进给时，y轴的追踪误差会有一个不断的跳变，当时y轴根本没有信号输入，是不应该有任何移动的。出现这样的情况只有两种可能，一是有信号干扰，二是发生了机械振动！通过判断是在x轴以一定速度移动时，y轴会有共振产生！利用我们调试软件ASDA_A_SW 找到共振频率，消除共振，调试完成。来源：jdzj机电之家机电行业电子商务平台！松下交流伺服电机（AC Servo）A4系列的应用 来源：机电论文 | 类别：技术 | 时间：2009-11-6 15:12:55 字体：大 中 小 松下交流伺服电机(AC Servo)A4系列的应用1.快速使用电机运转必须的三根电缆：动力电缆；电机动力线，电机编码器线。控制线接口X5：伺服使能必须接的引脚：DC24V电源(7,41)伺服使能SRV-ON(29)控制信号：位置控制-(脉冲方向输入3，4，5，6)速度控制-(模拟量输入14，15 0到10V)扭矩控制(模拟量输入14,15)其他辅助控制功能：10点输入：伺服使能模式选择增益切换报警清除。6点输出：报警(ALM)准备(S-RDY)制动器释放(BRK-OFF)零速检测(ZSP)转矩控制TLC。定位完成或者速度到达。它比步进系统就多了一个编码器反馈，构成了一个闭环系统，当然这个闭环仅仅是相对而言。伺服系统现在逐渐取代了步进系统，所以大家会逐渐熟悉。来源：jdzj机电之家机电行业电子商务平台！伺服中的自举电路问题探讨 来源：机电论文 | 类别：技术 | 时间：2009-11-6 15:14:49 字体：大 中 小 对于伺服的三相IGBT或PIM，IPM驱动级而言，是指功率桥臂高端和低端栅极驱动都需要1518V电源供给，一般低端三管共地供电，较容易理解，而高端三管的供电则需要与低端隔离，并各自隔离，因此高端供电必须隔离，产生高端隔离供电的方式大致有变压器隔离供电和自举隔离供电等两大类型，变压器隔离也很容易理解，但是也存在设计复杂和占板面较大等缺点。 因此在一些低端和紧凑型设计中，往往采用自举供电，其原理为在同一桥臂的低端管子饱和导通时，高端管子的隔离电源的地会被拉低到与直流母线地仅相差一个饱和压降的低压态，此时为低端栅极供电的1518V电压就可以通过“自举二极管”向高端隔离电源的储能“自举电容”充电，等低端管子截