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三菱伺服系统教育训练讲义 课程名称 三菱泛用AC伺服系统基本及应用 何谓伺服 SERVO语源自拉丁语 原意为奴隶的意思 取原意称 依指令确实执行动作之驱动装置 能够高精度的灵敏动作表现 自我动作状态常时确认 日本工业规格JIS定义 伺服机构是监控物体的位置 方位 姿势等 追随目标的任意变化量的控制系统 伺服机构系统 伺服机构系统 大致上可分为下例几项 1 指令部 动作指命信号的输出装置 2 控制部 接收控制指令 并驱动马达的装置 3 驱动 检出部 驱动控制对象 并检出状态的装置 伺服马达的种类 伺服马达的种类 大致可区分成 1 同步形 采用永磁式同步马达 停电时发电效应 因此煞车容易 但因制程材料上的问题 马达容量受限制 回转子 永久磁铁 固定子 线圈 2 感应形 感应形马达与泛用马达构造相似 构造坚固 高速时转矩表现良好 但马达较易发热 容量 7 5KW以上 大多为此形式 回转子 固定子皆为线圈 3 直流形 直流伺服马达 有碳刷运转磨耗所产生粉尘的问题 于无尘要求的场所就不宜使用 以小容量为主 回转子 线圈 固定子 永久磁铁 整流子 磁刷 SM同步伺服马达 特长优点 1 免维护 2 耐环境性佳 3 转矩特性佳 大转矩 4 停电时可发电剎车 5 尺寸小 重量轻 6 高效率 缺点 1 AMP较DC形构造复杂 2 MOTOR及AMP必需1 1搭配使用 3 永久磁石有消磁的可能 IM感应形伺服马达 特长优点 1 维护容易 2 耐环境性佳 3 高速时 转矩特性佳 4 可制做大容量 效率佳 5 构造坚固 缺点 1 小容量机种 效率差 2 AMP较DC形构造复杂 3 停电时 无法动态剎车 4 隋温度变动影响特性 5 AMP与MOTOR必需1 1使用 DC直流形伺服马达 特长优点 1 伺服驱动器构造简单 2 停电时可发电剎车 3 体积小 价格低 4 效率佳 缺点 1 整流子外围需定期保养 2 碳刷磨耗产生 碳粉 无法应用于要求凊絜的场所 3 因整流器碳刷的问题 高速时转矩差 4 永久磁石有消磁的可能 1 相对值型编码器2 绝对值型编码器 ENCODER的种类 相对值编码器 IncrementalEncoder 回转圆盘上有很多的光学刻度设计 当发光二极体的光源 通过固定式刻度盘 回转圆盘时 随时检测出刻度变换的相对电气信号位置装置 当回转圆盘转动时 连续脉波数的累计数值取得 绝对值编码器 AbsoluteEncoder 马达轴安装绝对值编码器 常时对马达轴位置做俭测工作 及脉波计数工作 当断电再复电后不需再做原点复归 INC及ABS指令方式 位置决定时的位置指命方式 1 INC 必需对位置值加以计算 Roll等 往返运动时一定位置量的控制系统 2 ABS 直接下达位置值 可用于XY轴 table等 一般的机械均可使用 于指命程序中较为简便 增量型定位控制 绝对型定位控制 伺服系统的最大特色 透过回馈信号的控制方式 可做指令值与目标值的比较 因而大幅减少误差状况 何谓回馈信号 向控制对象下达指令后 正确的追踪并查明现在值 且随时回馈控制内容的偏差值 待目标物到达目的地后 回馈位置值 如此反复动作 控制流程 检测机械本体之位置检出 回路为封闭系统 称之为闭回路 相反 检测马达轴或机械轴端 之回路系统就称为半闭回路 伺服的原理构成 伺服控制回路的组成 SERVO内部信号流程图 依回馈方式可分为三种 1 位置回路 编码器脉波信号 位置控制单元2 速度回路 编码器脉波信号 速度控制单元3 电流回路 编码器脉波信号 电流控制单元 各控制回路的响应速度依序为 电流 速度 位置 定位方式比较 控制模式种类 位置控制模式 位置控制的区分 1 半闭回路控制 马达轴端检出 2 半闭回路控制 螺旋导杆轴端检出 3 全闭回路控制 机械位置检出 使用AC伺服马达于位置控制 一般是指由与伺服马达轴心一体化的位置检出器 编码器 角度检测器等 取得回授讯号 当与位置指令量一致时 使马达轴停止之控制 并执行伺服锁定之机能 SERVOLOCK 位置控制模式 脚位说明 一 适用于位置控制 AC伺服马达用于位置控制 以用途分别可区分为2大项 1 点至点的控制 POINTTOPOINT B A a 点至点控制 不重视走行路 2 轮廓控制 补间控制 B A 直线补间 B A b 圆弧补间 以A B间为直径的圆弧 步进马达与AC伺服差异 一般使用于定位控制之定位方式 步进马达的使用率不比AC伺服马达来得少 依机械特性而言 步进马达没有像伺服马达般的检出器做回授控制 完全因应指令做电气角度的回转 属于开回路的控制 使用简单 多使用于小形搬运机执行点到点的定位控制 优点 价格便宜 简单 使用容易 缺点 不稳定 易受干扰 高速时转矩小 低分解能 容量小 200W以下 位置定位控制基础 1 伺服系统的位置精度 伺服马达1回转的机械移动量 伺服马达1回转的Encoder脉波数 机械系统的间隙问题 机械精度 伺服系统 位置决定控制的基础 单位 Pulse mm inch degree例 指令脉波频率 定位模块 马达1回转所需脉波数Pulse 马连1回转移动量mmAMP电子齿轮比 电子齿轮比分子 电子齿轮比分母 位置定位控制基础 2 1 伺服马达HC SFS352 K2 上位控制器A1SD75P A1SD75M 若欲以3000Rpm Min运转 必需输入6 5Mpps输入指令脉波3000 60 131072 65536003000 60 3000 150000 更改伺服马达精度公式131073 Pr 4 Pr 3 P r 位置定位控制基础 脉波 1 Encoder 3000P r2 Controller A1SD75PMaxoutput 400kpps3 PB 10mm4 以3000rpm min 10圈 伺服驱动器参数设定 Pr 3 16384 Pr 4 375 定位模块参数设定 一回转脉波数 1一回转移动量 1 PLC 位置 30000速度 150000 位置定位控制基础 mm inch 1 Encoder 3000P r2 Controller A1SD75PMaxoutput 400kpps3 PB 10mm4 以3000rpm min 10圈 伺服驱动器参数设定 Pr 3 16384 Pr 4 375 定位模块参数设定 一回转脉波数 3000P r一回转移动量 10mm PLC 位置 100mm速度 3000 10 30000度 位置定位控制基础 degree 1 Encoder 3000P r2 Controller A1SD75PMaxoutput 400kpps3 以3000rpm min 10圈 伺服驱动器参数设定 Pr 3 16384 Pr 4 375 定位模块参数设定 一回转脉波数 3000P r一回转移动量 360 PLC 位置 3600速度 360 3000 1080000度 速度控制模式 AC伺服马达与其它一般的可变速装置 变频器 直流马达 涡电流继手形可变速马达等 一样 运转速度可变换 其特长 a 缓起动 停止机能 加减速时产生的冲击 加速及减速的变动率 b 广大的速度控制范围 从低速至高速之间的控制范围 1 1000 5000 速度控制范围内 定转矩特性 c 速度变动率小 即使负载变动 速度依然不会有太大的改变产生 速度控制模式 脚位说明 二 AC伺服马达以电流做高精度的输出转矩控制 一般的用途为位置控制或速度控制时速度偏差的结果所做电流控制 由外部直接控制电流值亦可控制马达的输出转矩如胶布机等张力控制可运用 a 张力控制时 卷取的滚轮半径越大时 负载转矩相对增加 伺服马达的输出转矩相对增加 b 卷取途中材料切断时 负载瞬间变轻 但马达高速回转 此时伺服马达的输出转矩减少 c 使用转矩控制运动时 必需留意马达的温度与转矩特性的关系 转矩控制模式 三菱泛用伺服分类 1 MR C系列 30W 400W2 MR J系列 50W 3 5KW3 MR J2系列 50W 3 5KW4 MR J2 Super系列 50W 55KW5 MR H N系列 50W 55KW 30KW 50KW为440V 6 MR E A AG系列 100W 2KW7 MR Jr系列 10W 30W A type 泛用标准界面 MR J2 A MR J2S A MR HAN B type SSC NET BUS LINK MR J2 B MR J2S BMRHBN C type 1轴控制内藏 MR J2 C MR HACN MR J2S CP 三菱泛用伺服组成 产业界的需求 生产性向FMS 机能 性能 技术革新 占有率 POWERTRANSISTOR模块化钕铁磁石8 16BIT微处理 免保养高速应答 CIM低价位化 小型化低噪音省配线化 规格对应耐环境性高速高性能 网路化开放化 诊断机能 d q变换 向量制 32BIT微处理 CAE 高密度实装技术 IPM DSPRISC微处理 具有机械系控制逻辑 网络技术 5 10 17 23 30 35 A SA SB J C H J2 Super J2 依控制器脉波列作定位与泛用SV同时展开 全数字式伺服无线的放大器BUS形的AMP开发d q轴控制 笔记本大小之普及型之开发内含自动调谐机能 标准ABS编码器标准CE UL规格依马达ID识别高密度卷线及连结CORE 因此马达小型化 机械分析机能适应制振控制机械仿真机能增益搜寻机能 MODEL适应控制实时自动调谐SERIAL高速SCNETBUS对应采用32BITRISCCPU共振滤波器 产业界最小之SERVOAMP内含IPM MELSERVO演进图 产品特长 基本性能提升 发挥机械性能之极限 使用方便 安装时间缩短高性能实时自动调谐应答频率 编码器分辨率提升伺服马达种类齐全共振滤波器 适应制振控制整体支持含有机械系模式适应控制机械分析机能 机械仿真机能增益搜寻机能耐环境 规格 与既有品可互换耐振动提升海外规格 马达保护构造伺服马达ID外形尺寸 安装 各信号的互换性 产品区分 形名构成 于既有之型名追加Super之S减速机与既有品相同外形尺寸及安装具互换性 马达系列MFS KFS SFS RFS UFS 串行通信用 伺服马达 HC KFS053 轴端加工K 槽键D D型轴 减速机 G1 G1H G2 电磁剎车 B 附电磁剎车 额定旋转速度r min1 10002 20003 3000 额定输出05 50W 70 7KW 伺服马达系列名 伺服驱动器 马达容量区分 对应之伺服驱动器 MR J2 SUPER系列 HC 系列 旋转速度r min额定 最高 容量 W 30 50 100 500 750 850 1000 2000 3000 3500 7000 用途 小容量 低惯性KFS 新规开发 超低惯性MFS 中容量 中惯性SFS 低惯性RFS 扁平型 扁平型UFS 3000 4500 3000 4500 1000 1500 2000 3000 3000 3000 3000 4500 2000 3000 3000 4500 皮带驱动装置ROBOT 嵌入机插件机 运输装置绕线机X YTABLE食品机械 高频度定位装置 食品机械ROBOT缝纫机 KFS马达惯性为MFS马达之3 5倍 可构筑更安定的系统 使用方便 应答频率 高性能 定位整定时间 运转模式 条件 伺服马达 HC MFS13伺服驱动器 MR J2S 10A负荷惯性比 3倍 高性能 高性能 标准 准标准 J2 Super J2 II MINAS A 容量 全容量 750W 1KW 750W 750W以上 750W 750W以上 编码器 bit INC ABS INC ABS INC ABS INC ABS INC ABS INC ABS INC INC ABS 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1KW以上 10000 10000 从小容量到中容量之机种 均采用绝对编码方式 17bit 131072p rev 含高分辨率编码器之马达尺寸与既有品相同同业状况 编码器的高度解析化 无论条件多么严格的状态下 均能正确推定出负荷惯性例 HC MFS13 螺杆螺距6mm 负荷惯性瞬时比5 6倍之场合 垂直轴不平衡负荷20 磨擦转矩约15 加减速转矩额定之1 4 既有自动调谐 高性能即时自动调谐 高性能实时自动调谐 新共振滤波器 转矩 传动机构 负荷机械 频率 Hz 共振滤波器 于共振点使用共振滤波器 使用方便 在机械系刚性低的地方 转矩传动部份会有轴共振情形发生 可使用共振滤波器来抑制轴共振 最多可使用2个 适应制振控制 即时自动地检出共振点并抑制共振 时间 适应制振控制开始 使用方便 机械分析机能 转矩 传动机构 负荷机构 机械系的诊断机械系的模块化与机械仿真软件组合作最合适的控制 共振点的测定 由电脑做最适调整 增益搜寻机能 定位整定时间为表示从指令终了到定位完了信号 指令 定位整定时间 马达动作 定位完了信号 收寻最合适的增益 1 2 3 4 6 7 8 9 增益B 增益A 5 10 11 12 13 15 16 17 18 增益B 增益A 14 最合适的设定结果 1 2 3 4 自动收寻最合适的增益 由电脑做最适调整 由电脑做最适调整 全面支持伺服系统之软件 机械仿真软件 1 机械仿真软件 2 指令系情报输入 模拟结果 输入机械系情报 亦可从机械分析输入 由电脑做最适调整 通信介面 RS 422的场合 最大至32轴 RS 232C RS422转换模组 扩充性 RS 232C的场合 由J2至J2 Super之变更内容总结 驱动器的演算处理高速化应答频率250Hz 550Hz使用更加方便自动调谐机能提升共振滤波器及适应制振控制增益搜寻 机械分析及仿真机能显示LED4位 5位扩充性SSCNET对应 RS232C RS422 高分辨率编码器的标准化 13bit 8192 14bit 16384 17bit 131072 耐环境性提升 马达保护小容量等级IP44 IP55耐振动性小容量2G 5G 使用更加方便 高惯性马达HC KFS系列 操作说明 驱动系种类 自动调谐机能 自动调谐机能 自动调谐机能 搬运控制 垂直 伺服的导入控制 机械速度加快使生产效率提升 定位停止时的伺服锁定机能 停电时防止负载垂直掉落可能 伺服马达需附有电磁剎车器机能 自动仓库搬运系统 自动仓库搬运系统 箱柜自动化运送放置定位 利用伺服驱动系统控制 卷取控制 纸 胶卷等长尺寸材料处理 大量的分配 卷取 加工处理等 使用领域广泛 类似加工处理部份不同 但整体机构均相似 转矩