臺達伺服電機，又名，臺達伺服馬達，是將電信號轉換成轉軸的角位移或角速度的補助馬達間接變速裝置，是可以連續(xù)旋轉的電——機械轉換器，是在自動化控制系統(tǒng)中控制機械元件運轉的微特電機（又名：執(zhí)行電機）。
特點
4.1、運行穩(wěn)定；
4.2、可控性好；
4.3、響應快速；
4.4、靈敏度高；
4.5、機械特性和調節(jié)特性的非線性度指標嚴格（要求分別小于10%～15%和小于15%～25%）等特點；
臺達伺服電機優(yōu)勢
5.1、無
電刷和
換向器，因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低；
5.3、
慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性；
5.4、適應于高速大力矩工作狀態(tài)；
5.5、同功率下有較小的體積和重量。
臺達伺服電機功能
臺達伺服電機工作原理
臺達伺服電機的工作原理與交流
感應電動機相同：在定子上有兩個
相空間位移90°
電角度的
勵磁繞組Wf和控制繞組WcoWf接一恒定交流電壓，利用施加到Wc上的交流電壓或相位的變化，達到控制電機運行的目的。
臺達伺服電機應用案例
隨著世界
能源供應的日趨緊張，可再生能源
光伏產品發(fā)展迅猛，據行業(yè)統(tǒng)計2005年全國太陽能電池產能為300MW，到 2007年已發(fā)展到1000MW，到2010年我國太陽能電池/組件產能將達到5000MW以上，顯示出對單晶和
多晶硅有很大的市場需求，比原來的市場預期提前了10年以上，也預示出
單晶硅爐的市場需求將成倍增長。單晶硅爐是半導體材料
直拉法晶體專用設備，其
硅單晶棒料經切割等后續(xù)工藝處理成芯片被制作為二極管.太陽能電池.集成電路等半導體材料的主要器件。近幾年來由于國際
能源危機及
地球環(huán)境改善帶來對新能源，可再生能源的巨大需求，
光伏產業(yè)出現前所未有的增長，
半導體硅材料的生產又進入新的發(fā)展期，因此大力加速發(fā)展可再生能源.硅光伏產業(yè)及共基礎材料---高純
半導體硅（單晶.多芯片）材料已成為當務之急，而硅材料的生長離不開單晶硅爐和
多晶硅爐的設備支持。
二、單晶硅爐的工藝流程簡介、技術需求及方案的分析
2-1、單晶硅爐的工藝流程簡介
（2）晶棒及
坩堝拉升旋轉機構：包括
籽晶夾頭，吊線及拉升旋轉組件
（3）氣氛壓力控制：包括氣體流量控制，真空系統(tǒng)及
壓力控制閥
（4）控制系統(tǒng)：包括偵測感應器及電腦控制系統(tǒng)
加工工藝：
加料→熔化→縮頸生長→放肩生長→等徑生長→
尾部生長
（1）加料：將
多晶硅原料及雜質放入石英坩堝內，雜質的種類依電阻的N或P型而定。雜質種類有硼，磷，銻，砷。
（2）熔化：加完多晶硅原料于
石英堝內后，長晶爐必須關閉并抽成真空后充入高純
氬氣使之維持一定壓力范圍內，然后打開
石墨加熱器電源，加熱至
熔化溫度（1420℃）以上，將多晶硅原料熔化。
（3）縮頸生長：當硅熔體的溫度穩(wěn)定之后，將
籽晶慢慢浸入硅熔體中。由于籽晶與硅熔體場接觸時的
熱應力，會使籽晶產生
位錯，這些位錯必須利用縮勁生長使之消失掉。
縮頸生長是將籽晶快速向上提升，使長出的籽晶的直徑縮小到一定大?。?-6mm）由于
位錯線與生長軸成一個交角，只要縮頸夠長，位錯便能長出
晶體表面，產生零位錯的晶體。
（4）放肩生長：長完細頸之后，須降低溫度與拉速，使得晶體的直徑漸漸增大到所需的大小。
（5）等徑生長：長完細頸和肩部之后，借著拉速與溫度的不斷調整，可使晶棒直徑維持在正負2mm之間，這段直徑固定的部分即稱為等徑部分。
單晶硅片取自于等徑部分。
（6）尾部生長：在長完等徑部分之后，如果立刻將晶棒與液面分開，那么效應力將使得晶棒出現
位錯與
滑移線。于是為了避免此問題的發(fā)生，必須將晶棒的直徑慢慢縮小，直到成一尖點而與液面分開。這一過程稱之為
尾部生長。長完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時間后取出，即完成一次生長周期。
單晶硅爐整機如下圖：
2-2、技術需求和方案分析
單晶硅爐上面共需要四個軸驅動，其中2個使用的是伺服控制系統(tǒng)，另外2個使用的是直流驅動裝置實現；該設備根據工藝需要，設備分為爐架、主爐室、副室、提拉旋轉機構，下
隨動機構及液壓提升機構、真空及
氣路系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、
光學測量系統(tǒng)、電加熱和運動控制系統(tǒng)及
計算機控制系統(tǒng)等諸多機構。通過系統(tǒng)優(yōu)化，實現高科技產品的集成。其次設備采用了許多較新的機構。如上提拉旋轉機構，通過
花鍵軸配繞絲輪結合
電刷環(huán)，在很小的體積上實現了穩(wěn)定提拉和旋轉，滿足工藝需求且降低了設備高度，再有下隨動機構設備采用精密滾珠絲杠配合
坩堝的
磁流體密封，運動保持部件置于真空室外，實現精密運動與真空密封的完美結合，使用穩(wěn)定可靠，還有液壓提升機構對副室
翻板閥的保持采用無自鎖，爐內有漏硅等壓力驟增的緊急情況可以實現自動泄壓提高了設備的安全可靠性等等。在電器控制上設備采用可編程操作，代替了傳統(tǒng)的邏輯編程繼電器。電器控制系統(tǒng)由國產機大多采用的單片機，提升到IRCON和CCD
工控自動化控制三個類型，提高了設備的
自動化控制水平。
有控制方案中
伺服控制系統(tǒng)存在如下問題：1、
伺服控制器的編碼器輸出管角經常性的損壞；2、
伺服電機的輸出軸端經常出現斷裂的情況；3、伺服控制器的輸入輸出點需要DC24V和DC12V的開關電源共計4個；
原有伺服控制系統(tǒng)同臺達AB系列伺服控制系統(tǒng)的功能比較如下表：
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項 目
|
原有日系伺服
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優(yōu)勢
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臺達AB系列伺服
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輸入電源
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單相200V(400W以下)
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<
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單相200V(2KW以下)
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單軸控制
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無
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<
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點對點八點
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分度功能
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無
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<
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32度
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自動定位
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無
|
<
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|
|
DI INPUT
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7點
|
<
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8點
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|
DO OUTPUT
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4點
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<
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5點
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通信
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RS232
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<
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位置定位整定時間
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3ms
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<
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1ms
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數字輸入可程序化
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NO
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<
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OK
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速度回路頻率特性
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450Hz
|
=
|
450Hz
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|
DC24V
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無
|
<
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內建
|
通過原日系伺服系統(tǒng)所存在的問題以及
臺達伺服同原有日系
伺服的功能比較表客戶最終在
伺服控制系統(tǒng)上面選擇了我們
臺達AB系列伺服系統(tǒng)的控制方案即：2套伺服控制系統(tǒng)選用臺達AB系列伺服，型號為ASDA-0421AB；
三、臺達AB系列伺服的控制理論及主要特點
3-1、臺達AB系列伺服采用的是先進強健式的控制理論(PDFF)如下圖
3-2、強健式控制理論的優(yōu)缺點
優(yōu)點：
1、在大范圍負載
慣量變化,系統(tǒng)依然保有優(yōu)秀性能
2、對命令和干擾有不同的補償控制
3、穩(wěn)定性完全保證
4、阻尼剛性優(yōu)良, 低速轉動特性優(yōu)良
缺點：
1、控制參數需由繁復數學計算而得, 使用者無法自行調整
對策：依阻尼剛性的大小, 驅動器內含十組強健控制器, 供使用者選用
四、臺達AB系列伺服在單晶硅爐上使用方案的實施
4-1、單晶硅爐上位機控制系統(tǒng)與臺達AB系列伺服的連線
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線色
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伺服CN1
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上位機線編號
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帶限位
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不帶限位
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黃
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11
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H951
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√
|
√
|
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橙色
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9
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H952
|
√
|
√
|
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綠色
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31
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H953
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√
|
|
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藍色
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10
|
H954
|
√
|
√
|
|
白色
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21
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H955
|
√
|
√
|
|
棕色
|
22
|
H956
|
√
|
√
|
|
紅色
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42
|
H949
|
√
|
√
|
|
黑色
|
13
|
H950
|
√
|
√
|
4-2、臺達伺服的調試
手動調試：在整個系統(tǒng)的機械安裝和電器的連接完畢后，首先利用上位系統(tǒng)或
臺達伺服所具有的手動控制方式，同時將所有
伺服的參數P0-02設置成14，讓機構的X軸和Y軸進行往復的運動，在伺服的顯示屏上會顯示伺服在此機構上面應用的
轉動慣量JL/JM，我們利用臺達伺服的軟件自動增益調整功能中的靜態(tài)增益調整，將伺服顯示的轉動慣量JL/JM和我們通過調試計算出來的響應頻寬B.W輸入的軟件中，在單晶硅爐項目中我們測試出伺服的轉動慣量JL/JM、響應頻寬B.W是80，計算出來我們需要的參數，把這些參數手動輸入的伺服控制器中，單晶硅爐即可正常運行。
自動調試：這種調試比手動要簡單了，首先也要像手動那樣先將轉動慣量JL/JM測試出來，把這個值輸入到參數P1-37中，再把參數P2-31設置成64、P2-32設置成5，這樣單晶硅爐就可以正常運行了。
手動調整比自動調整要精確的多，可以通過多次的加工測試來測試出一組最適合整個機構的參數；但是手動調整的時間要比較長，花費的工期也比較多，同時在成批量生產的過程中，伺服參數的輸入等也都非常的不方便；臺達AB系列伺服的高性能、整定時間短、在
單晶硅爐應用中的調頻參數比較寬等等，所以我們在單晶硅爐的正常應用中使用自動調整比較多一點。
4-3、ASDA伺服參數的說明
ASDA
伺服在單晶硅爐系統(tǒng)應用中需要更改的參數說明
P0-02:14
驅動器的狀態(tài)的顯示；用來顯示機構的
轉動慣量
P1-01:2
控制模式及控制命令輸入源的設定
P1-37:11
伺服電機的負載
慣量比；在自動模式下用來設定伺服電機的負載慣量比
P1-44:12、P1-45:10
電子齒輪比的分子、分母；使伺服電機帶動的滾珠絲杠等機構運動的距離與
上位機要求的距離相同
P1-46:10128
檢出器輸出脈沖數設定: 脈沖數設定值范圍即為伺服電機一回轉的輸出單相脈沖數。
P2-00:125
位置控制增益；主要控制
伺服位置環(huán)回路的應答性
P2-04:5526
速度控制增益；主要控制伺服速度環(huán)回路的應答性
P2-06:80
速度積分補償；控制
伺服電機、機構的固定偏差和整個機構的抖動
P2-25:3
P2-26:14
外部干擾抵抗增益；用來增加對外力的抵抗能力并降低加減速的過沖現象
P2-31:64
自動及簡易模式設定；在自動模式時用來設定響應的頻寬
P2-32:5
增益調整方式；設定
伺服的調整模式為PDFF自動模式即負載
慣量比固定，伺服的響應頻寬可調整