系统设置及诊断.doc

第六章系统设置及诊断运动控制器技术参考手册目 录系统设置及诊断6-1基本概念说明：6-2系统设置6-2基本检查6-3通信和系统配置检测6-31、Motion Perfect在PC机与控制器之间建立了连接。6-3输入/输出连接：6-4通过伺服子板连接一个伺服电机6-5设置伺服增益6-6在整个运动循环中保持小的随动偏差值6-7运动末端点的精确到达6-7比例增益6-7积分增益6-7微分增益6-8速度环的输出增益6-8速度环的前馈增益6-8伺服回路原理图6-9故障诊断表6-10基本概念说明：l 主机：运行Motion Perfect 2的计算机l 马达：一个伺服轴对应的伺服驱动器与电机的统称，或是步进驱动器与电机的统称。l 提示符：点击“工具”菜单下的“终端”选项，会弹出一个终端控制台界面，当控制器准备接收一个新命令时，提示符“”会出现在当前行的最左边。l 轴参数：可以进行写入或读取操作、表示当前轴状态的参数。例如伺服轴的比例增益参数P_GAIN。可以给该参数赋值：P_GAIN=0.5或可以读取显示该参数值：PRINT P_GAIN详细资料请参看第九章。系统设置应当认真对待控制系统，随意或疏忽的操作可能会对机器造成很大的损坏，或伤及操作者。所以系统设置时不能匆忙。这节介绍了系统配置的流程办法，应逐步的完成对系统各个方面的测试，最终实现与马达系统的连接。认真仔细地完成每一步操作，就不会出现任何意外的状况。伺服和步进系统的设置程序不一样，以下会分别给予描述。在多轴系统里，最好一个接一个轴的进行设定。以下的过程适应于所有的运动控制模块。注意：第一次尝试安装系统时，必须仔细阅读这一节。基本检查在设备上电之前，必须检查所有的配线是否连接正确及完好。l 断开所有系统的外部插头，分离CAN总线及扁平电缆（只有使用轴扩展器模块时需要）的连接。l 检查每一个轴扩展器模块上的地址拨码开关，检查CAN 扩展I/O模块上的DIP开关l 系统上电，检测主控制单元模块的24V电源输入l 用串行通讯电缆将控制器的端口0与PC机上一个空闲串口连接起来。通信和系统配置检测l 确认用串行通讯电缆将控制器的端口0（串行通讯连接器A）与PC机上一个空闲串口连接起来。l 给运动控制器上电（24V）。l 运行计算机中的Motion Perfect程序。当Motion Perfect检测到一个控制器时，按下OK键。接着Motion Perfect程序会弹出一个对话框，目的是为了确认控制器与计算机存储的程序是否一致。如果这是您第一次连接，请选择“新工程”（“New Project”）。l 当“程序检测”（“Check Project”）窗口显示出“程序一致”（“Project consistent”）的消息时，此时可以确认：1、Motion Perfect在PC机与控制器之间建立了连接。2、Motion Perfect显示的程序就是当前在控制器上的程序副本。l 点击“控制器”（Controller）菜单下的“控制器配置”（Controller configuration），可以查看控制器的硬件配置信息。Motion Perfect会弹出一个描述当前系统的对话框，如下图所示。例如：该对话框显示出一个MC216的当前配置情况:l 系统软件版本1.48l 2个伺服子板，分别在插槽0和1上l 一个编码器子板在插槽2上l 一个CAN16-I/O扩展模块，为系统又多添加了16个I/O通道，加上本体的I/O，总共有32个通道（都可以作为输入口，8-31是双向的，可根据需要选择作为输入或输出）l 一个CAN模拟量输入扩展模块，对应输入通道0-7。查看系统描述是否和当前模块实际配置相符。如果不符，检查CAN总线和扁平电缆的连接，检查CAN以及扩展模块上的地址的设置。输入/输出连接：l 用仪表检测每个24v输入连接，确认无误后再和控制器相连。l 通过开关操作，顺序检测每个输入通道。通道状态可以在I/O窗口实时看到。点击“工具”（Tools）菜单下的“IO状态”（IO Status）可以打开这个窗口。l 依次对每个输出口进行开关操作，检测输出是否正确。开关操作也可以通过I/O窗口进行。通过伺服子板连接一个伺服电机注意：以下说明是假设电机和驱动器已经组合在一起，并且被测试的功能正常。每个伺服轴都应该按顺序连接l 只有在伺服驱动器处于断电或使能禁止的条件下，才能连接电机编码器（或连接伺服驱动器上的模拟编码器信号输出）。l 打开Motion Perfect的轴参数列表窗口（点击“Tools”菜单下的“Axis Parameters”项），然后用手转动电机轴，观察当前测量位置参数“MPOS”的变化，从而检查编码器向上和向下计数是否正确。l 将轴参数SERVO设为OFF，DAC设为0。（上下拖动轴参数列表窗口的滚动条可以看到这些参数）。这样做的目的是将控制轴运转的+/-10V输出通道此时的输出设为0V，现在连接伺服驱动器到V+/V-上。l 点击Motion Perfect软件界面上的驱动使能键“Drive enabled”（在屏幕的左上部分），使伺服使能。如果此时电机跑飞，需重新检查电机与驱动器之间的连接是否正确。（注意：点击“Drive disabled /Drive enabled”与执行WDOG=OFF/WDOG=ON是等同的效果）。如果一切正常，电机现在就可以上电了，此时由于伺服参数SERVO=0，电机有可能按照一个方向在做缓慢的爬行转动。l 给DAC设置一个很小的正值（DAC=25），从而产生一个很小的正向输出电压。此时电机应该缓慢的向正方移动，再观察MPOS参数，看它是否在增加，以检测编码器是否在计数。再给DAC设置一个很小的负值（DAC=-25），如果电机反转，并且编码器计数在减小，此时就是正确的状态。l 如果当DAC为正值输出电压也为正时，而编码器计数却在减小，电机的控制信号或位置反馈接线必须转换一下极性。可以通过以下方法实现： 交换编码器输入线上A+和A-的接线 或者交换电机上的电机终端和转速器终端的接线（仅限于直流马达），许多数字无刷马达也可以通过驱动器的设置来使旋转方向反向。 或者，如果驱动的输入信号是反向的，可以将电压输入的极性反接。（有些伺服驱动可能因此会有些问题。由于在运动控制器内子板的V-针脚是连接在一起的，所以对于轴的电压输出信号就不能各自独立的进行调整。） 或者，设置轴参数PP_STEP为负值。（对于SSI型编码器反馈的伺服，这种方法不可行） 或者，如果使用的是MC206，那么可以将轴参数DAC_SCALE设为负值。完成测试后，我们现在可以按如下所述的步骤来运行伺服系统。设置伺服增益伺服系统控制马达是通过连续地调节输出电压来实现的，对于伺服驱动器来讲，该电压是作为自身旋转速度的给定值。运动控制器通过编码器的反馈得到当前的实际位置，然后与系统当前的期望位置（位置给定）进行比较运算从而得出当前的速度给定输出。在一个运动过程中，这种期望位置（位置给定）由运动控制器根据运动轨迹实时地演算得出。期望位置（你期望电机所在的位置）与测量位置（电机当前实际所在的位置）之差，我们称之为随动偏差。控制器典型的方式是对随动偏差以1000次/秒的速度进行检测，再实时地根据“伺服运算函数”进行运算，更新当前的输出电压。缺省设置值：增益参数名称值比例增益P_GAIN1.0积分增益I_GAIN0.0微分增益D_GAIN0.0速度环输出增益OV_GAIN0.0速度环前馈增益VFF_GAIN0.0可以编写一个简单的测试程序使电机产生前后的往复运动，再通过示波器观察所产生的运动轨迹。示波器应该连接在伺服驱动的转速计数器上或当前实际的速度输出上。可以通过Motion Perfect软件的编辑功能将这个测试程序输入到运动控制器中去。点击菜单“Program”下的“New”后，在弹出的对话框中输入一个新程序的名称。点击“ok”后，会出现一个可编辑的窗口，在这个窗口内，输入上面的例子程序。参看Motion Perfect一章，有详细的编辑功能的介绍。当程序输入完毕后，在控制器状态面部内（Motion Perfect软件界面的左侧部分），点击程序名左边的红色小按钮或先选中该程序，点击下面的“Run”按钮就可以运行该程序了。为了获得伺服系统的理想响应特性，应该调整伺服的各个增益参数。不同的机械有着不同的响应特性要求。可以根据以下需要的说明来调整这些增益参数：平稳的马达运行系统使用较小的比例增益值（P_GAIN），同时可以增加速度环的增益(OV_GAIN)以增加平滑阻尼而减小随动偏差。在整个运动循环中保持小的随动偏差值为实现这个要求，可以在使用较大的比例增益值的同时，增加速度环的前馈增益（VFF_GAIN）来进一步对随动偏差作出补偿。运动末端点的精确到达可以使用系统里的积分增益和比例增益来实现这个要求。但快速减速之后会产生超调。以上的说明中，各个增益参数是需要进行联合调整地。注意：系统应当首先单独设置比例增益参数，其初始默认值为1.0。然后再根据需要按照以下的描述说明，引入其他增益参数。比例增益说明：比例增益产生一个输出电压，Op和随动偏差E是成比例的。Op = Kp x E对应的轴参数：P_GAIN语法格式：P_GAIN0.8注意：所有的实际应用系统都要使用比例增益，并且很多系统就只使用比例增益。积分增益说明：积分增益产生一个输出值Oi，它和系统运行过程中产生的偏差总和成比例。Oi=Ki x SE 积分增益会产生超调，通常只在系统以稳定的速度以及加速度值较低的工作条件时使用。对应的轴参数：I_GAIN语法格式：I_GAIN0.0125微分增益说明：这个增益产生一个输出值Od，和随动偏差的变化成比例，在保持相对稳定性的同时，加速对偏差变化的响应。Od = Kd x DE这个增益会产生一种平滑的响应。但高的参数值会导致系统振荡。对应的轴参数：D_GAIN语法格式：D_GAIN=5速度环的输出增益说明：这个参数会增加系统的阻尼，其产生的输出值与测量位置的变化量成比例关系。Oov = Kov x DPm.这个参数对提高运动过程的平滑性很有用处，但会产生较高的随动偏差。注意OV_GAIN为负值才能对运动过程产生阻尼。对应的轴参数：OV_GAIN语法格式：OV_GAIN-5速度环的前馈增益说明： 随着系统对随动偏差的高速计算，可以产生特定的运动过程，同时系统也会对随动偏差有着一定的预见性。为了消除可预见的随动偏差，可以使用这个速度前馈增益参数。这个参数产生的输出值与期望位置的变化量成比例关系，由它产生的控制输出则不再需要通过对随动偏差的计算来得到。Ov = Kvff x DPd对应的轴参数：VFF_GAIN语法格式：VFF_GAIN=10在其他增益参数被设置完成后，并且机器运行在稳定的速度时，通过对VFF_GAIN参数的调整，可以减小随动偏差值。伺服回路原理图故障诊断表问题可能原因模块上任何LED都没有亮l 没有连接电源主机上的LED闪亮，但其他模块上的不亮l 扁平电缆的连接或其他模块地址设定标示“OK”的 LED亮，但标示“Status”的LED闪亮l 至少一个轴有随动偏差。并且其偏差值超出了程序对“Following error limit”参数值的限制范围电机在没有运动指令的情况下跑飞l 转速器/驱动器的极性l 编码器/控制器的极性l 增益参数（驱动器和控制器中设置的）电机在有运动指令的情况下跑飞l 转速器反馈l 编码器反馈l 增益（驱动和控制器）电机在有运动指令的情况下不运行l 配线（使能信号/禁止信号/驱动器和控制器的限位信号）l 检查所有轴的状态l 驱动器电源l 使用了进给保持输出功能l 速度值、加速度值和减速度值设为0l Servo=0 或 Wdog=0l 增益参数（驱动器和控制器中设置的）l 对应轴内已经有别的运动指令正在执行，检查轴当前运动指令参数MTYPE，和下一运动指令参数NTYPE。 轴在运行一段时间后超出随动偏差的限定值l 要求的速度超出了系统给定10v所对应的电机转速。检查驱动器内设置的电压与速度的比率设定值。l 当伺服达到其电流限值时，会自动关闭一会。轴丢失位置l 编码器连接头l 编码器信号（金属线长度，差分式/单端编码器）l 机械原因Motion Perfect不能和控制器相连l 运动控制器正在运行的一个