交流伺服系统通用技术条件

本文档介绍中华人民共和国国家标准的交流伺服系统通用的技术条件，内容取自。交流伺服系统AC servosystem，以交流伺服电动机作为执行元件，使物体的位置/角度、速度、加速度或转矩等状态变量能够跟随输入控制信号目标值（或给定值）任意变化的自动控制系统。伺服系统由交流伺服驱动器（以下简称“驱动器”），交流伺服电动机（以下简称“电动机”）和传感三个部分组成。驱动器按其控制电路和软件的实现方式可分为模拟量控制、数字模拟混合控制和全数字化控制。伺服系统按其所用的电动机可分为：异步电动机伺服系统和永磁同步电动机伺服系统。

一．术语和定义

以下介绍一些术语：

Ø交流伺服驱动器  ACservo driver

接受控制指令，根据传感提供反馈信息，对转矩、速度、位置等进行闭环控制，并向电动机输送功率的电气装置。

Ø交流伺服电动机  ACserve motor

用于交流伺服系统的交流电动机。

Ø工作区  dutyzone

伺服系统的工作区由连续工作区和短视工作区组成。连续工作区是指在图1中处于“最大连续转矩”、“最高允许工作转速”和“额定转速”以内的工作条件限制的范围。在此区域内连续运行，电动机和驱动器都不会超过其最高允许温度。

短时工作区是指在图1中，处于峰值转矩以下，最大连续转矩以上的区域（图1中无阴影区域）。在该区域短时工作，电动机电流虽然大于最大连续电流，但电动机绕组在一定时间内不会被损坏，驱动器在一定时间内也能正常工作。

短时过流持续时间是由绕组的热时间常数决定的。

注1：额定功率P_N（W）、额定转速n_N（r/min）与最大连续转矩T_N（N·m）的关系为：P_{N =} 。

   注2：对于带油封、制动器等其他附件的电动机，应降额使用。

Ø位置控制 position control

以位置为被控量的控制模式。

Ø速度控制  speedcontrol

以速度为被控量的控制模式。

Ø转矩控制  torquecontrol

以转矩为被控量的控制模式。

Ø正反转速率差  differenceratio between CW and CCW speed

伺服系统在额定电压空载运行，不改变转速指令的量值，仅改变电动机的旋转方向，测量电动机的正、反两方向的转速率平均值n_ccw和n_cw，按式（1）计算正反转速率差K_n。

………………………（1）

    式中：

     —正反转速差率；

     —电动机顺时针旋转时的转速平均值，r/min；

     —电动机逆时针旋转时的转速平均值，r/min；

Ø转速调整率  speedregulation rate

伺服系统在额定转速条件下，仅电源电压变化，或仅环境温度变化，或仅负载变化，电动机的平均转速变化值与额定转速的百分比分别叫做电压变化的转速调整率、温度变化的转速调整率、负载变化的转速调整率。按式（2）计算转速调整率。

…………（2）

    式中：

    — 转速调整率；

    — 电动机的实际转速，r/min；

    — 电动机的额定转速，r/min；

Ø转矩服系统稳态运行时，对电动机施加恒定的负载，瞬时转矩的最大值为T_max，最小值为T_min，则转矩波动系数K_fT为

………………（3）

— 转矩波动系数；

— 瞬态转矩的最大值，N·m；

— 瞬态转矩的最小值，N·m；

Ø转速波动系数  speedripple coefficient

伺服系统稳态运行时，瞬时转速的最大值为n_max，最小值为n_min，则转速波动系数K_fn为：

………………（4）

—转速波动系数；

—瞬态转速的最大值，r/min；

—瞬态转速的最小值，r/min；

Ø调速比  speedratio

伺服系统满足规定的转速调整率和规定的转速波动时的最低空载转速N_min和额定转速n_N之比，用D表示。

………………（5）

— 调速比；

— 最低空载转速，r/min；

— 额定转速，r/min。

Ø频带宽度  bandwidth

伺服系统输入量为正弦波，随着正弦波信号的频率逐渐升高，对应的输出量的相位滞后逐渐增大同时幅值逐渐减小，相位滞后增大至90°时或者幅值减小至低频段幅值1/时的频率。

Ø静态刚度  staticstiffness

位置伺服系统处于空载零速工作状态，对电动机轴端正转方向或反转方向施加连续转矩T₀，测量出转角的偏移量，则静态刚度为：

………………（6）

式中：

— 静态刚度，N·m/(′)；

— 连续转矩，N·m；

— 转角的偏移量，(′)。

Ø惯量适应范围  loadinertia range

伺服系统在不影响自身稳定性和调速比的前提下所能带的惯量负载的范围（一般以电动机转子惯量的倍数表示）。

Ø动态位置跟踪误差  dynamicposition tracking error

伺服系统对输入信号的瞬态响应过程中，位置指令值与位置反馈值之差。

Ø稳态位置跟踪误差  steady-state position tracking error

伺服系统对输入信号的瞬态响应过程结束以后，稳态运行时位置指令值与位置反馈值之差。

Ø系统效率  systemefficiency

电动机的输出机械功率对驱动器的输入有功功率之比。

Ø电磁兼容性 electromagnetic compatibility；EMC

伺服系统在规定的电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。