9__交流伺服驱动器原理及调试_图文

伺服驱动器
孙海亮

主要内容
一、伺服驱动器的种类及结构
二、伺服驱动器发展趋势 三、 伺服驱动器电气原理: 四、 伺服驱动器的控制原理: 五、伺服驱动器的接口:
六、

与伺服调节有关的参数

七、 进给伺服常见报警

八、进给伺服驱动系统常见故障及处理

一、伺服驱动器的种类及结构
进给驱动装置
交流电源 交流电源

电 控 P 源 制 N 模 模 块 块

电机电源 反馈

电 源 模 块

… P N P N

控制模块 1
反馈 电机电源

控制模块 2
反馈 电机电源

进给电动机 进给电动机 1 进给电动机 2

(a)集成式 进给驱动装置电源与控制模块的关系

(b)分离式

二、伺服驱动器发展趋势
伺服进给系统的要求
1. 调速范围宽

rn ? n min/ n max
2. 定位精度高

3. 有足够的传动刚性和高的速度稳定性 4. 快速响应,无超调
为了保证生产率和加工质量,除了要求有较高 的定位精度外,还要求有良好的快速响应特性, 即要求跟踪指令信号的响应要快,因为数控系统 在启动、制动时,要求加、减加速度足够大,缩 短进给系统的过渡过程时间,减小轮廓过渡误差。

5. 低速大转矩,过载能力强 一般来说,伺服驱动器具有数分钟甚 至半小时内1.5倍以上的过载能力,在短时间 内可以过载4~6倍而不损坏。
6. 可靠性高 要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、 工作稳定性好,具有较强的温度、湿度、振 动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。

对电机的要求
1、从最低速到最高速电机都能平稳运转,转矩波动要 小,尤其在低速如0.1r/min或更低速时,仍有平稳的 速度而无爬行现象。 2、电机应具有大的较长时间的过载能力,以满足低速 大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内 过载4~6倍而不损坏。 3、为了满足快速响应的要求,电机应有较小的转动惯 量和大的堵转转矩,并具有尽可能小的时间常数和 启动电压。 4、电机应能承受频繁启、制动和反转。

三、 伺服驱动器的电气控制原理
1.外部控制电路结构 2.内部电路结构
控制电路结构

功率电路结构

非熔断丝 交流电源 1 断路器

注2

L1 L2 L3

注3
器变 压

灭弧器 接 触 器 器 电 抗 器 注6

注7

注5

PE
注1

低通滤波器

进给 驱动 装置

DC24V 开关电源

交流电源 2 接地排

注4

进给驱动装置电源供电示意图

交流伺服系统结构图
HSV-20P 电源模块 R 三相 380V S 电源 T 三 相 整 流 器 软 动 泵 控 电 直流公共母线 P 起 及 生 N 制 路 逆变器 霍尔元件
SPINDLE (SERVO) MOTOR

IPM 逆变器

ia

ib PG

220V 控制 电源

开关电源 开关电源 MPU AT89S8252

故障检 测电路

门极驱动电路

FPGA A42MX09

DSP ADMC401

RS232 串行口

键盘及 显示

I/O 控制

第二编码器 输入接口

脉冲输 入接口

模拟量 接口

编码器 输出接口

HSV-20P电源模块结构图
XT1 R S T PE 三相整流桥 T1 RST POWOK DCRDY 24V 24V-GND PWROK1 输入输出 其它监测信号 微 控 制 器 状 态 显 示 光电隔离 母线电压监测 N PB BK2 BK1 直流电抗器 晶闸管 制动控制 保险 软启动电阻 内部制动电阻 止 XT1 P

PWROK2

XT2 220A A 220B B 控制 电源

控制电路结构

功率电路结构

四、伺服驱动器的运行控制原理 位置环 电流环 速度环

华中数控

五、伺服驱动器的接线:
1. 主回路接线:
1)驱动器R、S、T电源线的连接; 2)驱动器与电动机电源线之间的接线;

2. 控制电源类接线:
1)r 、t控制电源接线; 2)I/O接口控制电源接线;

3. 信号指令线
1)指令接口 2)I/O接口 3)反馈检测类接线

伺服系统主回路的接线图

松下伺服驱动器I/F速度控制接线图

松下伺服驱动器I/F位置控制接线图

三洋伺服系统与数控系统连接图

六、 伺服参数
伺服控制是一个比较复杂的过程,参数的使用也相对 比较复杂,一般伺服参数个数少的也有几十个,多的有七、 八百个,修改起来比较麻烦。但是总的来说,伺服参数可 以分成三类。

1、控制类参数 2、控制运动功能相关的参数 3、逻辑接口相关的一些参数
在参数的调节时,我们主要调节与控制功能相关的一些参 数,其他参数只与设计和硬件相关。基本上伺服系统确定以 后,参数也就确定下来,不需要我们调试人员去修改。控制 功能的参数不多,常用的有几个.

控制类参数
可以选择输入/输出信号定义,内部控制功能选择等。
例如: 位置指令脉冲方向或速度指令输入取反; 是否允许反馈断线报警 是否允许CCW极限开关输入; 是否允许由系统内部启动SVR-ON控制

伺服运动特性调节有关的参数
位置比例增益
①设定位置环调节器的比例增益。
②设置值越大,增益越高,刚度越大,相同频率指令脉

冲条件下,位置滞后量越小。但数值太大可能会引起
振荡或超调。 ③参数数值由具体的伺服系统型号和负载情况确定。

位置前馈增益
①设定位置环的前馈增益。 ②设定值越大时,表示在任何频率的指令脉冲下,位 置滞后量越小 ③位置环的前馈增益大,控制系统的高速响应特性提 高,但会使系统的位置不稳定,容易产生振荡。

④不需要很高的响应特性时,本参数通常设为0表示范
围:0~100%

速度比例增益
①设定速度调节器的比例增益。 ②设置值越大,增益越高,刚度越大。参数数值 根据具体的伺服驱动系统型号和负载值情况确定。 一般情况下,负载惯量越大,设定值越大。 ③在系统不产生振荡的条件下,尽量设定较大的 值。

速度积分时间常数
①设定速度调节器的积分时间常数。 ④设置值越小,积分速度越快。参数数值根据具体的 伺服驱动系统型号和负载情况确定。一般情况下,负 载惯量越大,设定值越大。 ②在系统不产生振荡的条件下,尽量设定较小的值。

速度反馈滤波因子
①设定速度反馈低通滤波器特性。 ②数值越大,截止频率越低,电机产生的噪音越小。 如果负载惯量很大,可以适当减小设定值。数值太大, 造成响应变慢,可能会引起振荡。

③数值越小,截止频率越高,速度反馈响应越快。如 果需要较高的速度响应,可以适当减小设定值。

加减速时间常数

与位置控制有关的参数
位置超差检测范围
①设置位置超差报警检测范围。 ②在位置控制方式下,当位置偏差计数器的计数 值超过本参数值时,伺服驱动器给出位置超差报 警。

电子齿轮
①设置位置指令脉冲的分倍频

②在位置控制方式下,通过对参数设置,可以很方便 地与各种脉冲源相匹配,以达到用户理想的控制分 辨率(即角度/脉冲)

P×G=N×C×4
P:输入指令的脉冲数 N:电机旋转圈数; G:电子齿轮比 C:光电编码器线数

/转

现方法一般有两种,通过硬件或通过软件的方式

位置指令脉冲输入方式
①设置位置指令脉冲的输入形式。 ②通过参数设定为3种输入方式之一; 1:两相正交脉冲输入; 2:脉冲+方向; 3:CCW脉冲/CW脉冲 ③CCW是从伺服电机的轴向观察,反时针方向旋转, 定义为正向。

④CW是从伺服电机的轴向观察,顺时针方向旋转,
定义为反向。

控制方式选择
用于选择伺服驱动器的控制方式。
0:位置控制方式,接收位置脉冲输入指令; 1:模拟速度控制方式,接收模拟速度指令; 2:模拟转矩控制方式,接收模拟转矩指令; 3:其他(内部速度控制方式)

与速度/转矩控制有关的参数
速度指令输入增益
①设置模拟速度指令的电压值与转速的关 系。设定值为电压对应的转速值.

②只在模拟速度输入方式下有效。

速度指令零漂补偿
①在模拟速度控制方式下,利用本参数可以调节 模拟速度指令输入的零漂。 调整方法如下: 将模拟控制输入端与信号地短接。设置参数值, 至电机不转。 电位器

转矩指令输入增益

①设置模拟转矩指令的电压值与转矩 的关系。设置值为指令最高电压对应 的转矩值

②只在模拟转矩输入方式下有效

最高速度限制

①设置伺服电机的最高限速值。 ②与旋转方向无关。 ③如果设置值超过额定转速,则实际最高限速 为额定转速。

其他常用参数
最大输出转矩设置
①设置伺服电机的内部转矩限制值。

②任何时候,这个限制都有效

主轴定向偏移角度

定位完成范围
①设定位置控制方式下定位完成脉冲范围。 ②,当位置偏差计数器内的剩余脉冲数小于或等于 本参数设定值时,驱动器认为定位已完成. ③在位置控制方式时,输出位置定位完成信号.

到达速度范围
①设置到达速度 ②在非位置控制方式下,如果电机速度超过本设定值, 则速度到达开关信号为ON,否则为 OFF。 ③在位置控制方式下,不用此参数。 ④与旋转方向无关。

编码器分辨率
设定伺服电机的光电编码器线数;

伺服电机的磁极对数
设定伺服电机的磁极对数;

位置指令脉冲输入计数

位置指令脉冲反馈输入计数

空载下调试实验
接通伺服驱动器的电源, 先进入测试调整模 式,测试调整模式可以执行伺服驱动器的测试操作, 自整定,报警复位和编辑清除.

进给伺服驱动
FANUC 0系统进给轴的驱动使用交流同步 电动机,目前为α系列。根据其负载特性和快 速性分为: α(标准型) αM(高加速特性) αC(经济型) αL(低惯量型)。
最大力矩为400 N.m。0-C配置α型;0-D配置αC型。 αM加速特性好,从0至最高转速的启动过程为24 ms, 故用于高速加工。

华中数控


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