项目四 步进驱动系统的调整.doc

项目四 步进驱动系统的调整一、实验目的与要求：（一）熟悉步进电机运行原理及其驱动系统的连接；（二）掌握步进电机性能特性及其调试的基本方法。二、实验工具：（一）数控综合实验台一台：（二）10mm十字起、2mm一字起各一把。三、实验内容：（一）世纪星HNC一21TF配步进电机时的参数设置 数控系统控制步进驱动器时，需要对系统参数进行必要的设置，才能够正常的控制步进驱动器，按表l对步进电机有关参数设置坐标轴参数，按表2设置硬件参数。表1 坐标轴参数1 参数名 参数值外部脉冲当量分子 25外部脉冲当量分母 256伺服驱动型号 46伺服驱动器部仁号 O最大跟踪误差 O电机每转脉冲数 200伺服内部参数【O】 步进电机拍数4伺服内部参数345 0 快移加减速时间常数 100快移加速度时间常数 64加工加减速时间常数 lOO加工加速度时间常数 64表2硬件配置参数参数名型号 标识 地址配置【O配置1部件0 530l 46(不带反馈) O O 01.步进电机驱动器细分数的设定 步进驱动器的细分可以讲是将脉冲拍数进行细分或将旋转磁场进行数字化处理。将磁场进行细分，把绕组电流的突然变化变为连续变化，使电机运行时更加平滑，降低其工作时的嗓音。细分本身对于改变电机的控制精度影响并不是太大。其控制精度取决于步进电机自身精度的高低。不过也可根据不同厂家的步进电机进行修正，这不是一般驱动器生产厂家所能做到的。因此鲫分驱动器往律用存减少黯和提高申机轴输出的平稳性上。本驱动器提供2-256细分，在步进电机步距角不能满足使用的条件下，可采用细分驱动器来驱动步进电机，细分驱动器的原理是通过改变相邻(A，B)电流的大小，以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。如右图所示。 根据下表，对驱动器所采用的细分数进行设定，拨码开关5、6、7、8可以选择驱动器的电流大小，下表列出拨码不同的状态对应的输出相电流大小。 SW5 SW6 SW7 SW8 2 1 l l 1 4 l O 1 1 8 l l O1 16 1 O 0 1 、 32 l 1 1 O 64 1 0 l 0 128 1 1 O 0 256 l 0 O 0注意： 如果驱动器的细分数发生了改变，那么系统轴参数中的脉冲当量分子、分母也要相应的发生改变，跟据公式，正确计算出系统轴参数中的脉冲当量分子、分母的比值，并简述轴参数中的脉冲当量分子、分母的比值对整个系统的影响：驱动细分数 2 8 16 32电子齿轮比运行状态结论步进驱动器可以提供多种规格的相电流以供选择，可以驱动不同功率的步进电机，现在实验台所使用的步进驱动器可以通过本身的拨码开关来选择电机的相电流。拨码开关l、2、3可以选择驱动器的电流大小，下表是拨码开关不同的状态对应的电机相电流大小，通过下表可以看出其对应关系，拨码开关电流 SWl SW2 SW了 1.3 l l 1 1.6 0 l 41 1.9 l O l 2.2 O O l 2.5 l l O 2.9 O l 0 3.2 1 0 0 3.5 O O 02.半流功能的测试 步进电机由于静止时的相电流很大，所以，一般驱动器都提供半流功能，半流功能的作用是当步进驱动器如果一定时间内没有接受到脉冲，那夏词f荟蔼萄可蒋龟葡：确相电流减小为原来的一半，用来防止驱动器过热 M535驱动器也提供本功能，蒋波码开关拨至OFF，半流功能开；将波码开关拨至ON，半流功能关。(1)首先将半流功能打开，让驱动器带电的情况下静止30分钟，测出此时的电机温度，并记录下来(2)待电机冷却后，将半流功能关闭，让驱动器带电的情况下静止30分钟，测出此时的电机温度，并记录下来，烙两次所测的温度进行比较，我们可以得出的结论是：3.步进电机绕组的并联与串联接法实验 本实验台所用步进电机为四相电机，一般情况下四相电机与两相步进电机的绕组的绕法是一样的，我们现在所提供的步进驱动器是两相驱动器，我们如果想要利用两相步进驱动器来控制四榴步进电机，可以将四相步进电机的绕组线圈两两进行并联或串联在一起，当作两相电机来进行使用。数控综合实验台的电气原理图上提供了一种串联的接法，我们现在将线圈更改为并联接法如下图：1）将电机绕组端子A+、C-并在一起接到驱动器A+端子上2）将电机绕组端子A-、C+并在一起接到驱动器A-端子上3）将电机绕组端子B+、D-并在一起接到驱动器B+端子上4）将电机绕组端子B-、D+并在一起接到驱动器B-端子上 步进电机定子绕组并联接法 在线路和电源检查无误后，进行通电试运行，用手动或手摇发送脉冲，控制电机慢速转动和正反转，在没有堵转等异常声音情况下，逐渐控制电机快速转动 注意：绕组并联后，应将步进电机的电流设置增大为电机相电流的14倍，串联时电机电流为额定电流的0.7倍才不至于降低了低频段的输出转矩。4.测定步进电机的空载启动频率 任何步进电机都有一定的启动频率，所谓的启动频率就是指电机在不丢步、不堵转的情况下能够瞬时启动的最大频率。这里我们可以利用数控系统来控制步进电机对其启动频率进行简单的测试。具体的测试方法如下：（1）设置x轴的加减速时问常数为2，并将快移与加工速度分别设为60005000；（2）在步进电机轴伸处作一标记，由世纪星设置步进电机整数转的位移和速度：让步进电机空载启动： 例如；我们已知丝杠为5mm的情况下，如果想让电机转动一圈，那么我们可以给系统发出一个5mm的运行行程，在MDl方式下输入： G9l GOI X5 F2000系统接受到命令后，应该发出一个让工作台移动5mm的指令，工作台移动5rmm，电机应该恰好转了一整圈。 注意：如果实验台安装的是车床软件，那么我们在给x轴提供运行指令的时候要注意是直径编程还是半径编程。（3）步进电机处于静止状态下，执行上述运行指令，启动旋转一圈后停止，从轴伸标记判断步进电机是否失步或出现堵转现级。（4）启动时步进电机没有失步或出现堵转，则提高速度参数F值再测试，直到某一临界速度，由此速度换算为脉冲频率，即为电机的空载启动频率。（5）在工作台上增加一定的负载，按上述步骤测定步进电机的空载启动频率，并进行比较相同减速的情况下，两者的启动频率有什么区别。（6） 将步进电机驱动器的电流减为原来的1/3，再次按上述步骤测定步进电机的空载起动频率，并与前两次进行比较有什么区别。 加工加减速时间常数2ms4ms64ms空载启动频率加负载的情况下的启动频率减小电流后的启动频率结论项目五 交流伺服驱动系统的调整 一、实验目的：（一）熟悉交流伺服系统的构成及原理以及伺服电机、驱动器、数控系统的互联；（二）掌握交流伺服电机及驱动器的性能，特性；（三）熟悉交流伺服系统的动态特性及其基本参数调整。二、实验工具（一）数控综合实验台一台；（二）1.52mm一字起各一把。三、实验内容：（一）世纪星HNC21TF配伺服驱动时的参数设置实验 数控系统控制伺服驱动器时，需要对系统参数进行必要的设置，才能够正常的控制伺服驱动器，按表1对伺服电机有关参数设置坐标轴参数，按表2设置硬件参数。（二）伺服驱动器的调节实验实验台所选用的三洋驱动器操作面板有五个按键，其功能如下表3所述，可以通过这五个按键来进行参数的修改和调试。1.空载下调试及运转在没有控制系统的情况下，我们为了判断伺服驱动系统的功能是否正常，可以直接利用伺服驱动器对电机进行控制。实验台的Z轴采用的是伺服电机，我们可以完成此项功能的测试。具体调试步骤如下：(1)按下MODE键显示测试模式，然后选择页面屏幕，通过上下键来增加和减少数值(2)按下WR键1秒钟显示起初屏幕页面当按下MODE键，返回到页面选择屏幕。当再次按下MODE键，转换到下一组模式(3)监控模式各页码说明见表4：(4)进入选择测试调整模式“Ad05”手动操作，按WR键一秒钟以上，D数码显示为“yn”后选择yesD数码显示为“rdy”然后按WR键一秒钟以上，现在按UP键电机按正方向运转，按down键时电机按反方向运转，松开手电机则停止运转。2.通过修改伺服驱动器的通用参数，改变驱动器的运动性能注意：在做此实验时如果发生Z轴啸叫、抖动或其他不良情况，请务必将急停拍下或将伺服强电断路，然后将参数恢复，以防损坏设备。 (1)PA000位置比例增益(30) 设定位置环调节器的比例增益。 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。 参数数值由具体的伺服系统型号和负载情况确定。 下面可以对驱动器的位置比例增益进行更改，然后让系统以一个固定的频率给驱动器发送脉冲，既让Z轴以一个固定的速度运行，然后选择系统跟踪误差显示模式，记录下来运行稳定时的跟踪误差值，填入下表：(2)PA002速度比例增益(50) 设定速度调节器的比例增益。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的情况而定，一般情况下，负载值越大，设定值越大。 在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较大的值 (3)PA003速度积分时间常数(20) 设定速度调节器的积分时间常数。 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。在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较小的值 通过修改参数，观察电机的运行性能，观察什么情况下电机会出现抖动，啸叫，超调，在参数不同的情况下，电机运转时观察系统坐标的变化情况，系统跟踪误差的大小，回零时的不同现象，将电机调节到比较理想的状态，电机动作时的不同现象。(4)下面根据下表对伺服进行调试，把观察到的工作台的运行状态，伺服电机的运行状态及系统的状态填入下表： 从以上实验中得出什么样的结论：3.数控系统与伺服驱动器的指令脉冲匹配实验 数控系统可以提供三种脉冲指令形式：单脉冲、双脉冲与AB相脉冲的指令控制类型，数控系统采用什么类型的控制指令，要根据所控制的伺服系统需要什么类型的控制指令。 综合实验台所提供的伺服驱动器可以接收的指令为单脉冲、双脉冲与AB相脉冲，所以我们可以通过调节数控系统与伺服驱动器的参数，来对数控系统与伺服系统的指令类型进行匹配。具体的做法如下： (1)系统参数的修改，定义系统控制指令类型的参数是硬件配置参数中的配置0，配置0的大小是一个字节，这个字节用二进制表示共有八位，每一位都有不同的功能定义： 对于脉冲接口伺服驱动器来说： DO-D3：是指步进电机的轴号，在这里我们定义它为2号轴，数值为0010； D4-D5：指数控系统脉冲指令形式 00- (缺省)单脉冲输出 01一单脉冲输出 10- 双脉冲输出 11一 A B相输出 D6D7：数控系统接受反馈脉冲的指令形式 00-(缺省)A B相反馈 01一单脉冲反馈 10-双脉冲反馈 11一A B相反馈(2)现在伺服驱动器运行指令与反馈指令都采用的是AB相脉冲，那么配置0的数值为： 换算成十进制为：50或242。将其输入到配置0中，数控系统输出指令与反馈指令脉冲形式为AB相脉冲。(3)伺服参数的修改，伺服可以通过修改参数PA400的数值来改变伺服驱动器的指令脉冲接受形式，如下表：(4)如果数控系统脉冲输出指令采用单脉冲。反馈信号采用AB相脉冲，系统硬件配置参数设为( )；伺服参数PA400设为( )；系统才能够正常运行。并用实验进行验证是否正确。 (5)如果数控系统脉冲输出指令采用双脉冲。反馈信号采用朋相脉冲，系统硬件配置参数设为( )；如果此时伺服系统指令信号采用单脉冲，伺服参数PA400设为( )；这时运行运行Z轴，会发生什么现象，并分析其原因为： 4.利用三洋伺服串口通讯软件对伺服参数进行修改实验： 利用三洋伺服串口通讯软件及通讯电缆可以实现计算机与伺服的通讯以及对伺服参数进行修改、备份和恢复，具体步骤如下； (1)在PC机中安装三洋伺服通讯软件，建议PC机的操作系统为windowXP (2)利用把三洋伺服串口通讯电缆把伺服与PC机联接在一起。(3)把伺服驱动器的控制电源准备好，然后打