| 驱动器技术信息 |
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| 1、驱动器的概念是什么？哪些情况下电机需要配驱动器使用？ |
| 驱动器原本是为电机提供动力源的电子设备。无刷电机不能直接连接电源来工作，必须有专门的驱动电路。有刷电机虽然可以直接由电源启动，但没有驱动电路也难以实现各种精确调节和控制功能。
因此，在伺服系统中，驱动器不可或缺。
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驱动和控制密不可分，必须有一个控制器向驱动器发送信号或指令，实现对电机行为的调控。
驱动和控制同属电子产品，因此尽量合二为一是为设计目标。目前已经产品化的伺服驱动器，均集成有部分控制功能，俗称“驱控一体”。 |
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| 2、简要介绍一下驱动器的接口？ |
| 市面上各种驱动器虽然形态功能各异，但它们的端口都可分类如下：
电源输入：一是驱动电路工作所需的电源，通常还会经驱动器改变电压后，输出为编码器、霍尔传感器等外设供电；另有驱动电机所需的相对大功率电源。部分驱动器为二者共用一个电源，这种设计的安全性相对较低。
反馈接入：接入各种反馈器件，例如编码器、霍尔传感器提供的反馈信号，一般也包括输出给它们的电源，通常是+5V DC。 |
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通讯接口：伺服驱动器一般至少有一个通讯接口、支持一种通讯模式，用于和上位控制器联机。具体接口形态由所支持的通讯功能确定。
I/O端口：即输入/输出端口。输入端用以接收各种模拟或数字输入信号，比如模拟电压、脉冲信号、限位开关信号等；输出端可输出故障信号、对接上位机输入端等。
电机端口：输出功率较大的电能来控制电机。 |
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| 3、驱动器都能控制电机的哪些参数和行为？ |
| 电机控制一共针对三个物理量：旋转电机的转速、转角和转矩，对应直线电机就是速度、位移和推力。这在伺服控制中分别称为调速、定位和力控。
调速是最基本的控制。仅调速并不算伺服控制，至少还要包括定位。调速是通过改变给电机加载的等效电压来实现——伺服电机的转速和电压成正比。称之为“等效电压”，是因为绝大多数驱动器目前都是PWM（脉宽调制）输出，它避免了直接降压对电机功率的重大影响。 |
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定位则是以调速为基础加上了时间积分。当然，在驱动器自主控制的定位运动中，还包括了对正负加速度的计算和控制。 力控是通过对输出到电机的电流的限制，从而控制了输出转矩或推力的大小。
电流由负载大小决定，不能像电压一样主动调节。这和汽车油耗主要由载货量所决定同理。恒定负载在恒定速度下，所需电流大小是固定的，电流值的改变一定对应着速度变化。 |
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| 4、驱动器常见支持的控制信号有哪些？ |
| 伺服控制首先需要确立目标值，它由控制信号给定。控制信号分模拟和数字两种。模拟信号通常由I/O口输入，数字信号则通过总线传送。
模拟信号：最常见的是模拟电压和PWM信号。它们对调速、定位和力控都适用，但实际应用以调速和力控为主。模拟电压的波动因素较多，例如导线电阻引起的压降等，所以其稳定性不如PWM。脉冲+方向这种步进电机的经典控制信号，在直流伺服控制中也归类于模拟量控制。与步进电机一样，脉冲频率和个数，分别对应着电机的目标速度和位置。
数字信号：
随着总线技术的不断发展，伺服控制的网络化也在快速推进，目前已是主流。除开无可替代的多轴联动支持能力，在单轴控制上也有诸多优势： |
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1、控制精度高：无需担心控制信号受干扰和“零漂”，也不用考虑信号A/D（数模）转换的精度等问题；
2、响应速度快：高速总线让目标值和实际值的快速对比成为可能，上位机和电机驱动器的同步周期可达500μs甚至更短；
3、控制界面优化：数据交互简单易行，图形界面实时显示各种控制参数和实际值是为标配；
4、成本优势：高精度的A/D转换成本高，数字信号处理得益于通讯技术高速发展，成本不断被拉低。
总线控制方式正在淘汰传统的模拟信号控制。总线控制的详情请参阅问题6。 |
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| 5、哪些指标可以体现驱动器的性能？ |
| 全面评估一款驱动器的性能并非易事，它的说明书普遍长达数十页，即使认真通读，缺乏横向对比时也难有结论。可以通过如下几个指标，快速判断其性能（适用性）：
需注意性能不等同于功能，功能丰富并不一定性能优良。具体的控制方案，往往只需要用到很少的功能，因此功能丰富是否属于驱动器优点，暂无一致性观点。
整机效率：效率低意味着发热大。性能优良的驱动器，效率通常不低于95%。 |
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PWM频率：适合驱动空心杯电机的PWM频率建议不低于40kHz。频率过低会导致电机发热严重甚至震动、无法达到额定工作点。并非专为空心杯电机设计的一些驱动器，其PWM频率往往较低；
控制环路带宽：目前的伺服驱动器基本都采用电流、速度和位置三个环路的PID控制。控制环路带宽，尤其是电流环，对控制的响应速度和精度密切相关，其带宽频率最低要求1kHz，建议5kHz以上。 |
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| 6、驱动器常用通讯方式的特点各是什么？ |
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如今，总线控制已成为驱动器标配功能。总线通讯方式的选择，需根据应用的需求来确定。
总线控制蓬勃发展至今，几种协议渐成主流。具体到微型直流伺服系统这个细分领域内，CANopen和EtherCAT最为常用。
USB通讯一般用于调试，在网络化的主从控制中基本上没有用到。RS232则属明日黄花，但因先前应用广泛、协议简单，所以时至今日，尤其在单轴控制中仍有市场。 |
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| 协议类型 |
最高速率bit/s |
最多节点数 |
可靠性 |
最远传输距离 |
成本 |
| RS232/485 |
20k |
<10 |
低 |
<15m |
低 |
| CANopen |
1M |
≤127 |
高 |
≤1km |
中 |
| EtherCAT |
>100Mbit/s |
>65,000 |
高 |
站间距100m |
高 |
最高速率和传输距离不可同时取最大值。例如CANopen在1M波特率下，距离一般要求在25m以内。一般地，CANopen对于微型伺服系统已足够使用。 |
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| 7、驱动器对电机的控制模式有哪些，应如何选用合适的控制模式？ |
| 控制模式又称为驱动器的工作模式，各模式有不同的字母组合简称，如下：
| 代码或组合 |
对应单词 |
说明 |
| x |
x=P：Position |
定位 |
| x=V：Velocity |
调速 |
| x=T：Torque |
力控 |
| AxC |
Analog x Control |
模拟信号控制，x=P/V或T |
| Px |
Profile |
驱动器规划控制，x=P/V或T |
| CSx |
Cyclic Synchronous |
周期性同步控制，x=P/V或T |
举例：APC表示模拟信号定位控制，CST表示扭矩或推力的周期同步控制。
输入电压、PWM等模拟信号实施调速、定位、力控时，分别应选用AVC、APC和ATC模式。 |
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单轴控制或RS232这样的慢速总线下，应选用PP、PV这类，由驱动器规划运动曲线的工作方式，设定好最高速度和正负加速度之后，运动的中间过程完全由驱动器控制。
多轴联动或CANopen、EtherCAT这类高速总线下，优先考虑周期同步模式的CSV、CSP和CST。其中CSP为最常用。
周期同步模式下，驱动器作为从站，需要由PLC等主站执行控制：
主站周期性下发目标值、从站同步反馈实际值和执行情况。然后主站根据各从站的反馈，来确定下一个周期的目标值并下发。EtherCAT环境下的一个周期可短至0.5ms。
此外，还有在寻零过程中专用的寻零模式（homing），一些驱动器还支持各种开环控制模式，例如纯功放模式、无传感驱动模式等等。
各种工作模式可在运动控制过程中自由切换。 |
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| 8、如何选择最合适的驱动器？ |
| 首先确定所驱动电机的功率和系统的电源电压，保证所选驱动器在合适电压和输出功率（重点考虑确定电压后的输出电流）范围内。
如果需要力控，考虑到电流测量的精度，驱动器的最大持续输出电流，最好能在电机额定电流的1/3~1/2之间。
然后确定所选驱动器支持所需的工作模式，例如支持指定的模拟信号、具备所需的总线通讯接口。关于工作模式和通讯接口，请参阅问题7和问题6。 |
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同时还需考虑驱动器与上位机的匹配问题。例如部分上位机启用了“白名单”机制，未经认证的从站无法入网。
接下来评估驱动器性能，请首先参阅问题5，然后阅读相关说明书，重点了解各种保护功能是否完备。
再其次是了解驱动器的易用性并评估供方的技术服务能力。总而言之，驱动器优化选型的专业性很强，相关工作交由恒动完成，效率与可靠性更有保障。
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