伺服传动主要会涉及到哪些产品部件

1 post / 0 new
selina
selina的头像
伺服传动主要会涉及到哪些产品部件

在使用伺服技术时就必然会涉及到这样一些类型的产品部件:

动力源:
为伺服系统的运行提供所需的动力供给。

动力转换装置:
其作用是根据应用工艺,将输入侧的标准动力给定,经调节后转换成所需的驱动输出,为执行机构驱动机械负载提供相应的可变动力源。

PicSource:IndraDrive MI | Rexroth

传动执行机构:
将上述可变动力转换为物体运动所需的机械动力,并传递到目标对象的机械负载上,从而最终驱动其完成各种复杂的运行动作。

PicSource:IMS-A | Rexroth

运控反馈元件:
为了能够让运控性能更加接近设备工艺所需要达到的应用指标,伺服系统需要借助反馈装置即时获取应用对象的位置、速度...等运动状态,并将其与预设目标值进行实时比对,然后依据偏差的大小快速调节其动力响应输出。

不过,考虑到实际应用中不同类型伺服系统在动力选择上的差异,如:液压、气动或变频...等等,它们所涉及到的产品自然也会有很大的不同。

PicSource:VTEM Motion Terminal | Festo

气动和液压

尽管气动和液压伺服在当今的自动化运控市场并不十分常见,但在很多行业应用场合中它们还是具备极强的不可替代性。因此有必要在这里先简单提一提。

气动和液压伺服都是以流体压力作为动力驱动和控制负载运行的,因此二者在产品形态和系统架构上有着不少相似之处。

PicSource:CytroPac

首先,能够为气动或液压系统提供流体压缩动力的,自然就是泵站,也就是空压机和液压站。它们通过内部的电机驱动叶轮旋转,压缩流体管路的气体或液压油,然后借助特定的压力调节装置,在系统回路(气路或油路)中产生稳定的流体压缩动力。

PicSource:VTEM Motion Terminal | Festo

但此时管路中的压缩动力是不能直接用来控制负载运动的,原因在于其输出的方向和大小并未根据应用需求进行过调节和控制,这就需要在流体回路中使用各种阀。例如:用节流阀可以手动实现最基本的速度调节;通过带有控制输入的比例方向阀或比例压力阀,能够对输出速度或压力进行动态调节;而如果要做到比较精准的位置控制,就需要用到伺服比例阀,并结合特定的位置反馈装置。

PicSource:PARKER HANNIFIN

如果说各类阀的作用是将泵站的输出经调节转换成应用所需的可变流体动力,那么气缸或液压缸就是基于这些流体压缩动力最终驱动和控制负载运动的执行机构。无论是气缸还是液压缸,其原理都是通过流体压缩后产生的压力驱动其内部推杆产生活塞式运动,因此这些缸的输出都是在有限行程范围内的往复直线运动,并能够在其末端产生一定的推力或拉力。

PicSource:MPA positioning sensor | SICK

上面说的这些其实都仅仅是气动和液压技术在动力传动环节的产品,而要能够将其称之为伺服并用于实现精准的运动控制,反馈装置则是必不可少的。在气动和液压伺服系统中,通常会使用专门的气缸或油缸位置传感器(例如:缸体内置的霍尔元件...等),而设备控制系统则会基于传感器的反馈与设定的应用参数,通过对各类阀的开闭动作进行实时调节,调整缸体内流体的压力和方向,以最终实现对负载运行姿态的控制。

变频伺服

必须承认,由于技术日趋成熟,以及总体成本和技术门槛不断降低,变频伺服已经在大量应用中取代了包括上述气动和液压在内的其他类型的伺服技术,逐渐成为工业运控领域的绝对主力。

变频伺服,顾名思义,它是以可变频交流电为动力的伺服技术。而我们知道,以我们目前掌握的电力驱动技术来说,这种可变频率的交流电基本上必须通过直流电逆变生成的,因此,变频伺服系统所使用的动力通常是来自稳定的直流电源,可以是电池组,也可以是能够将交流电转换为直流电的整流装置。

有了稳定的直流电源,要产生可变频率的交流电输出,就需要使用变频驱动器(俗称“伺服驱动器”)作为中间的动力转换装置。在伺服系统中使用的变频伺服驱动器与一般的工业变频器在工作原理上并没有太大的差别,不过由于其所面对的设备应用在运行精度和动态性能方面有着更为严苛的要求,因此往往会表现出更加激进的控制特性(如:较高的频响带宽),与此同时,集成运控反馈端口也就成为了伺服驱动器的标配。

在变频伺服系统中,将可变频交流电转换为机械动力的传动执行部件通常是各类电机,这个也是和一般的变频传动技术类似的。但为了能够在更宽的速度范围内(尤其是低速)获得优质的动态响应特性,变频伺服通常会使用集成运动反馈的永磁同步电机。

此外,为了能够简化设备系统的传动环节、提升综合传动效率和控制性能,除了有普通旋转电机以外,变频伺服的传动执行部件还经常会有一些不同类型的动力输出形式,如:旋转直接驱动电机、直线电机、直线电动缸...等等。

在将旋转伺服电机的输出动力传递到最终运动负载的过程中,运控系统系统往往还需要使用到各种伺服级别的机械传动组件,如:联轴器、减速机、同步带、丝杠...等等,这一点也是有必要提醒大家注意的。

同样,变频伺服也需要使用反馈装置,也就是编码器,这是所有伺服运控系统都必备的。如果是旋转伺服电机,一般就是其轴末端的反馈编码器;若是直线电机,则是直线编码器和光栅尺;有时,伺服系统还可能会在某个负载工位上使用不止一个编码器反馈,以减少因中间传动环节引起的测量误差,从而进一步提升系统反馈精度。

当然,在使用伺服传动技术时,除了上面提到的这些高性能驱动和反馈装置,往往还需要有包括:控制器、输入输出 I/O 模组、传感器、软件、网络、安全、连接器、线缆...等在内的各类产品和技术组件。不难看出,这几乎已经是一套完整的设备控制系统了。

另外,随着工业设备的智能化程度越来越高,其机电系统也正在变得越来越庞大、复杂,各类部件之间各种功能和结构上的集成与融合也就是很自然的发展趋势,于是我们看到了市面上不断涌现出来的各式各样的机电一体化产品,如:集成驱动电机、电驱传输轨道、集成减速机电机...等等。

这就是为什么我一直说,掌握伺服运控技术,将会在很大程度上促进工厂自动化方面技术能力的提升。

本文来源:伺服传动主要会涉及到哪些产品部件

点击这里,获取更多电机控制设计信息