东菱伺服培训资料PPT课件

东菱技术股份有限公司,DorlinTechnologyCo.,Ltd,交流伺服系统的结构和原理,交流伺服系统简介伺服系统器件伺服系统的用途伺服驱动器的结构及工作原理伺服系统连接交流伺服系统控制模式交流伺服系统应用案例,交流伺服系统简介,伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。在20世纪60年代，最早是直流电机作为主要执行部件，在70年代以后，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。交流永磁同步伺服驱动系统（以下简称伺服系统），是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，例如数控机床等。使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量（使用在机电系统中的伺服电机的转动惯量较大，为了能够和丝杠等机械部件直接相连。伺服电机有一种专门的小惯量电机，为了得到极高的响应速度。但这类电机的过载能力低，当使用在进给伺服系统中时，必须加减速装置。转动惯量反映了系统的加速度特性，在选择伺服电机时，系统的转动惯量不能大于电机转动惯量的3倍。）较大等特点，这类专用的电机称为伺服电机。当然，其基本工作原理和普通的交直流电机没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元，有时简称为伺服，一般其内部包括电流、速度和位置闭环。,交流伺服系统简介,伺服系统，是基于国外高端伺服技术开发出适合于国内环境的伺服驱动系统，具有性能优异、可靠性强，广泛应用于数控机床、织袜机械、纺织机械、绣花机、雕刻机械等领域，在这些要求高精度高动态性能以及小体积的场合，应用交流永磁同步电机（PMSM）的伺服系统具有明显的优势。其中，PMSM具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特性和效率都很高。交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等方面来衡量。伺服系统调速范围一般的在1:50001:10000；定位精度一般都要达到1个脉冲；稳速精度，尤其是低速下的稳速精度，比如给定1rpm时，可以达到0.01rpm以内；动态响应方面，通常衡量的指标是系统最高响应频率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后不超过90或者幅值不小于50。应用在特定要求高的一些场合，目前国内主流产品的频率在200500Hz。运行稳定性方面，主要是指系统在电压波动、负载波动、电机参数变化、上位控制器输出特性变化、电磁干扰、以及其他特殊运行条件下，维持稳定运行并保证一定的性能指标的能力。,交流伺服系统组成,上位机上位机通过控制端口发送指令（模拟指令或脉冲指令）给驱动器。驱动器跟随外部指令来执行，同时驱动器反馈信号给上位机。,交流伺服系统的组成,交流伺服系统组成,驱动器伺服驱动器是用来控制伺服电机的,是伺服电机的控制部分。伺服驱动器大体可以划分为功能比较独立的两个模块：驱动模块和控制模块两部分。驱动模块是强电部分，用于电机的驱动，同时也为控制模块提供直流电源；控制模块是弱电部分，是电机的控制核心，也是伺服驱动器的技术核心（控制算法）的远行载体。其功能是完成伺服系统的闭环控制，包括力矩、速度和位置等。一般伺服都有三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。位置控制是通过发脉冲来控制的。如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器。以下分别介绍下这三种控制方式：,交流伺服系统组成,1、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。应用领域：如数控机床、纺织机械、印刷机械等等。2、速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。3、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。,交流伺服系统组成,永磁同步电机PMSM作为执行元件，把收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。其工作原理为:伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U、V、W三相电形成的电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行相比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。所谓交流同步电机，就是转子是由永磁材料构成，所以转动后，随着电机的定子旋转磁场的变化，转子也做响应频率的速度变化，而且转子速度=定子速度，所以称“同步”。其同步转速年n=60f/2p，其中2p为极对数。额定转速以下输出恒转矩，额定转速以上输出恒功率。,步进电机和伺服电机比较,步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。一、控制精度不同两相混合式步进电机步距角一般为3.6、1.8，五相混合式步进电机步距角一般为0.72、0.36。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09；德国百格拉公司（BERGERLAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072、0.036，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360/10000=0.036。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360/131072=9.89。是步距角为1.8的步进电机的脉冲当量的1/655。二、低频特性不同步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。,步进电机和伺服电机比较,矩频特性不同步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。四、过载能力不同步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。五、运行性能不同步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。六、速度响应性能不同步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。,变频器和交流伺服的比较,伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。变频是伺服控制的一个必须的内部环节，伺服驱动器中同样存在变频（要进行无级调速）。但伺服将电流环速度环或者位置环都闭合进行控制，这是很大的区别。除此外，伺服电机的构造与普通电机是有区别的，要满足快速响应和准确定位。现在市面上流通的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，但这种电机受工艺限制，很难做到很大的功率，十几KW以上的同步伺服价格及其昂贵，这样在现场应用允许的情况下多采用交流异步伺服，这时很多驱动器就是高端变频器，带编码器反馈闭环控制。所谓伺服就是要满足准确、精确、快速定位，只要满足就不存在伺服变频之争。变频最早只是用来调速，无论同步还是异步电机都可以用，并不用来完成精确定位跟踪的工作，但近年来，高端变频器技术在不断发展，配合机电时间常数小的电机也能完成伺服的精确定位跟踪的功能，特别是在大功率场合（异步伺服有价格优势）。伺服本身的功能就是精确快速定位跟踪，变频器做到这种程度那就是伺服。伺服与变频的一个重要区别是:：变频可以无编码器,伺服则必须有编码器，作电子换向用。一、两者的共同点：交流伺服的技术本身就是借鉴并应用了变频的技术，在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的，也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节：变频就是将工频的50、60HZ的交流电先整流成直流电，然后通过可控制门极的各类晶体管（IGBT等）通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的波形类似于正余弦的脉动电，由于频率可调，所以交流电机的速度就可调了（n=60f/p，n转速，f频率，p极对数）,变频器和交流伺服的比较,谈谈变频器：简单的变频器只能调节交流电机的速度，这时可以开环也可以闭环要视控制方式和变频器而定，这就是传统意义上的V/F控制方式。现在很多的变频已经通过数学模型的建立，将交流电机的定子磁场UVW三相转化为可以控制电机转速和转矩的两个电流的分量，现在大多数能进行力矩控制的著名品牌的变频器都是采用这样方式控制力矩，UVW每相的输出要加霍尔效应的电流检测装置，采样反馈后构成闭环负反馈的电流环的PID调节；ABB的变频又提出和这样方式不同的直接转矩控制技术，具体请查阅有关资料。这样可以既控制电机的速度也可控制电机的力矩，而且速度的控制精度优于v/f控制，编码器反馈也可加可不加，加的时候控制精度和响应特性要好很多。三、谈谈伺服：伺服驱动器在发展了变频技术的前提下，在驱动器内部的电流环，速度环和位置环（变频器没有该环）都进行了比一般变频更精确的控制技术和算法运算，在功能上也比传统的变频强大很多，主要的一点可以进行精确的位置控制。通过上位控制器发送的脉冲序列来控制速度和位置（当然也有些伺服内部集成了控制单元或通过总线通讯的方式直接将位置和速度等参数设定在驱动器里），驱动器内部的算法和更快更精确的计算以及性能更优良的电子器件使之更优越于变频器。,变频器和交流伺服的比较,电机方面：伺服电机的材料、结构和加工工艺要远远高于变频器驱动的交流电机（一般交流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机），也就是说当驱动器输出电流、电压、频率变化很快的电源时，伺服电机就能根据电源变化产生响应的动作变化，响应特性和抗过载能力远远高于变频器驱动的交流电机，电机方面的严重差异也是两者性能不同的根本。就是说不是变频器输出不了变化那么快的电源信号，而是电机本身就反应不了，所以在变频的内部算法设定时为了保护电机做了相应的过载设定。当然即使不设定变频器的输出能力还是有限的，有些性能优良的变频器就可以直接驱动伺服电机！五、应用由于变频器和伺服在性能和功能上的不同，所以应用也不大相同：1、在速度控制和力矩控制的场合要求不是很高的一般用变频器，也有在上位加位置反馈信号构成闭环用变频进行位置控制的，精度和响应都不高。现有些变频也接受脉冲序列信号控制速度的，但好象不能直接控制位置。2、在有严格位置控制要求的场合中只能用伺服来实现，还有就是伺服的响应速度远远大于变频，有些对速度的精度和响应要求高的场合也用伺服控制，能用变频控制的运动的场合几乎都能用伺服取代。综上所述，伺服是一个闭环控制系统，而变频器通常工作于开环控制，所以无论从速度还是精度上，变频器都无法和伺服相比；不过,高端闭环矢量变频器精度也能满足很多应用场合.大功率情况，例如100KW的电机，用伺服就太贵了。用变频器上的编码器信号反馈到上端的运动控制器，也可实现(位置)闭环控制.尽管动态性能变频器比不上伺服，但稳态精度也不差.和伺服一样，取决于连接系统的机械特性和编码器分辨率.。,交流伺服电机和普通电机的比较,根据电机的不同应用领域，电机的种类很多，交流伺服电机属于控制类电机。伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。伺服电机的构造与普通电机是有区别的，带编码器反馈闭环控制，能满足快速响应和准确定位。现在市面上流通的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，这种电机受工艺限制，很难做到很大的功率，十几千瓦以上的同步伺服电机价格很贵，在这样的现场应用，多采用交流异步伺服电机，往往采用变频器驱动。2、电机的材料、结构和加工工艺，交流伺服电机要远远高于变频器驱动的交流电机（一般交流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机）。就是说当伺服驱动器输出电流、电压、频率变化很快时，伺服电机能产生响应的动作变化，响应特性和抗过载能力远远高于变频器驱动的交流电机。当然不是说变频器输出不了变化那么快的电源信号，而是电机本身就反应不了，所以在变频器的内部算法设定时为了保护电机做了相应的过载设定。3、交流电机一般分为同步和异步电机：（1）、交流同步电机：就是转子是由永磁材料构成，所以转动后，随着电机的定子旋转磁场的变化，转子也做响应频率的速度变化，而且转子速度=定子速度，所以称“同步”。（2）、交流异步电机：转子由感应线圈和材料构成。转动后，定子产生旋转磁场，磁场切割定子的感应线圈，转子线圈产生感应电流，进而转子产生感应磁场，感应磁场追随定子旋转磁场的变化，但转子的磁场变化永远小于定子的变化，一旦等于就没有变化的磁场切割转子的感应线圈，转子线圈中也就没有了感应电流，转子磁场消失，转子失速又与定子产生速度差又重新获得感应电流。所以在交流异步电机里有个关键的参数是转差率就是转子与定子的速度差的比率。,同步伺服的额定转速与哪些要素有关,n=60f/2p其中n表示电机转速，f表示频率，p表示电机的极对数对数（极数是极对数的两倍）电机额定转速以下输出恒转矩，额定转速以上输出恒功率，额定转速可以由几个方面决定：同步伺服的反电势高低、电机铁心材料允许的驱动电流交变频率、额定转矩下电机的最大功率、最高温升等，最主要还是反电势。,转速、转矩和功率之间的关系,W：电机额定功率，单位为W；M：电机额定转矩，单位为NM；N：电机额定转速，单位为RPM。例如：130DNA-15BB1AMS型号电机，其转矩为9.55NM，转速为1500RPM；按照上面计算公式：W=(9.551500)23.14601000=1.5KW,或,W：电机额定功率，单位为KW；M：电机额定转矩，单位为NM；N：电机额定转速，单位为RPM。例如：130DNA-15BB1AMS型号电机，其功率为1.5KW，转速为1500RPM；按照上面计算公式：M=95501.51500=9.55NM,M=9550WN,W=,伺服原点信号回原点的原理,有关伺服原点信号回原点的问题。找零的方法有很多种，可根据所要求的精度及实际要求来选择。可通过上位机配合伺服完成，但回原点的原理基本上常见的有以下几种。一、伺服电机寻找原点时，当碰到原点开关时，马上减速停止，以此点为原点。二、回原点时直接寻找编码器的Z相信号，当有Z相信号时，马上减速停止。,减速机的工作原理,交流伺服电机有专用的减速机。减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能，一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。,伺服电机选择考虑的要素,电机的最高转速电机选择首先考虑电机的最高转速。电机转速应严格控制在电机的额定转速之内。惯量匹配问题为了保证足够的角加速度使系统反应灵敏和满足系统的稳定性要求,负载惯量应限制在2.5倍电机惯量之内空载加速转矩空载加速转矩发生在执行部件从静止以阶跃指令加速到快速时，一般应限定在驱动系统最大输出转矩的80%以内。切削负载转矩在正常工作状态下，切削负载转矩不超过电机额定转矩的80%。连续过载时间连续过载时间应限制在电机规定过载时间3s之内。,伺服系统器件,伺服驱动器铭牌,伺服电机铭牌,产品代号A：电压为220VAC，通用型伺服电机铭牌：,BB、HA、HB、EA、EB、KA、KB代号伺服电机铭牌：,驱动器型号说明,产品系列：EPS系列产品代号：T表示通用型、H表示横机专用型、W表示袜机专用型、K表示数控专用型、E表示经济型、G表示高性能型硬件版本：版本A、版本B额定功率：1.功率的位数增加到位，单位为KW。2.“”表示小数点（只适用于100KW以下，100KW以上伺服功率都为整数）。若驱动器的功率为整数，则位数字中不出现“”符号。示例：0011表示11KW，0001表示1KW。若驱动器的功率不为整数，则位数字中才出现“”符号，命名规定按以下标准：0功率1KW规定D在百位，例：0D05为0.05KW0D75为0.75KW1KW功率100KW规定D在十位，例：01D5为1.5KW18D5为18.5KW编码器类别：1：增量式、2：绝对式、3：省线式、4：旋转变压器额定电压：2代表220伏级、4代表380伏级输入相数：1代表单相、3代表三相工厂代码：四位阿拉伯数字（只对工厂内部公开，如有疑问与我司售后联系）,伺服电机型号说明,产品代号A：通用型伺服电机，电压为220VAC,备注：若电机轴伸部位等安装尺寸有变动，则电机的型号在原有型号的基础上添加“-XX”（XX用阿拉伯数字表示）。,伺服电机型号说明,伺服电机型号说明,产品代号BB、HA、HB、EA、EB、KA、KB伺服电机命名规则：,伺服电机型号说明,伺服电机型号说明,产品代号说明：BB:代表通用型电机，电机的电压等级为380VAC；HA：代表高性能伺服电机，电压等级为220VAC；HB：代表高性能伺服电机，电压等级为380VAC；EA：经济型伺服电机，电压等级为220VAC；EB：经济型伺服电机，电压等级为380VAC；KA：数控专用型伺服电机，电压等级为220VAC；KB：数控专用型伺服电机，电压等级为380VAC。电动机功率的位数增加到位，单位为KW。“”表示小数点（只适用于100KW以下，100KW以上伺服功率都为整数）。若驱动器的功率为整数，则位数字中不出现“”符号。示例：0011表示11KW，0001表示1KW。若驱动器的功率不为整数，则位数字中才出现“”符号，命名规定按以下标准：0功率1KW规定D在百位，例：0D05为0.05KW0D75为0.75KW1KW功率100KW规定D在十位，例：01D5为1.5KW18D5为18.5KWBB、HA、HB、EA、EB、KA、KB代号电机的命名规则说明:主要变更电机功率的表示方法。去掉非标轴径的标示方法，若电机轴伸部位等安装尺寸有变动，则电机的型号在原有型号的基础上添加“-XX”（XX用阿拉伯数字表示）。,伺服器各部分名称,伺服电机各部分名称,编码器知识,电机编码器的工作原理及作用：它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种。接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“”还是“”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“”还是“”。编码器一般分为增量型、绝对型、旋转变压器，它们存着最大的区别：增量型编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小，位置是从零位标记开始计算的脉冲数量确定的，而绝对型编码器码盘上有许多道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。位置是由输出代码的读数确定的。在一圈里，每个位置的输出代码的读数是唯一的；因此，当电源电源是向电子设备提供功率的装置，也称电源供应器，它提供计算机中所有部件所需要的电能。断开时，绝对型编码器并不与实际的位置分离。如果电源再次接通，那么位置读数仍是当前的，有效的；不像增量编码器那样，必须去寻找零位标记。,编码器知识,绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。绝对型编码器因其高精度，输出位数较多，如仍用并行输出，其每一位输出信号必须确保连接很好，对于较复杂工况还要隔离，连接电缆芯数多，由此带来诸多不便和降低可靠性，因此，绝对编码器在多位数输出型，一般均选用串行输出或总线型输出，串行输出最常用的是SSI（同步串行输出）。旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。它主要用于坐标变换、三角运算和角度数据传输，也可以作为两相移相器用在角度-数字转换装置中。按输出电压与转子转角间的函数关系，我所目前主要生产以下三大类旋转变压器：1.正-余弦旋转变压器，其输出电压与转子转角的函数关系成正弦或余弦函数关系。2.线性旋转变压器，其输出电压与转子转角成线性函数关系。3.比例式旋转变压器，其输出电压与转角成比例关系。,伺服系统的用途,伺服工作原理,交流永磁同步电机（PMSM）作为执行元件，把收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。交流伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U、V、W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。所谓交流同步电机，就是转子是由永磁材料构成，所以转动后，随着电机的定子旋转磁场的变化，转子也做响应频率的速度变化，而且转子速度=定子速度，所以称“同步”。其同步转速年n=60f/2p，其中2p为极对数。额定转速以下输出恒转矩，额定转速以上输出恒功率。伺服原理结构框图如下图所示：,伺服驱动器原理结构框图,伺服驱动器的结构及工作原理,伺服增益调谐框图位置环速度环电流环,伺服增益调谐框图,伺服增益的调整,调整伺服增益时，请在理解伺服单元构成与特性的基础上，逐一地调整各伺服增益。在大多数情况下，如果一个参数出现较大变化，则必须再次调整其他参数。伺服单元由三个反馈系（位置环、速度环、电流环）构成，越是内侧的环，越需要提高其响应性。如果不遵守该原则，则会产生响应性变差或产生振动。,手动增益调整,伺服单元的用户参数中主要包括以下伺服增益。通过设定这些增益，可以调整伺服单元的响应特性。PA-11：位置环增益（Kp）PA-14：速度环增益（Kv）PA-15：速度环积分时间常数（Ti）,手动增益调整,伺服系统连接,电源部分的连接伺服系统信号和接线,电源部分的连接,位置控制信号,转矩和速度控制信号,伺服控制信号定义,SON伺服启动。此信号接通时，伺服励磁、启动（ServoOn）。CLE脉冲清除。清除脉冲计数寄存器，清除dP5显示的数值。INH信号可以作为指令脉冲输入禁止信号用，此信号有效时，指令脉冲输入被禁止。可以通过参数PA29【指令脉冲禁止输入无效】屏蔽此信号。INH信号也可以作为位置控制时急停信号用，此信号有效时，电机紧急停止。,伺服控制信号定义,ZEROSPD可以作为零速给定信号用。此信号有效时，电机停止运转。ZEROSPD也可以作为速度控制时的急停信号。此信号有效时，电机紧急停止。,伺服控制信号定义,CWL反转驱动禁止。此信号有效时，电机反向运转驱动禁止，只能正转。CCWL正转驱动禁止。此信号有效时，电机正向运转驱动禁止，只能反转。当CCWL和CWL都有效时，电机正反转都禁止。,伺服控制信号定义,S_RDY伺服准备好。当控制与主电路电源输入至驱动器后，若没有异常发生，此信号输出信号。ZSP零速检出。当电机运转速度低于参数PA51的设定的值时，此信号有输出。,伺服控制信号定义,COIN定位完成信号。在位置模式下，当偏差脉冲数量小于设定的位置范围（参数PA50设定值），此信号输出信号。在速度和转矩模式下，当电机速度超出范围（参数PA52设定值），此信号输出信号。,伺服控制信号定义,TLC扭矩限制中。驱动器转矩受限制扭矩时，此信号输出信号。ALM伺服报警。当伺服发生报警时，此信号输出信号。,伺服控制信号定义,BRK_OFF电磁剎车。电磁剎车控制的信号输出，调整参数PA-60与PA-61的设定。,伺服电机单体的试运行,速度控制单体运行,位置控制单体运行,机械与电机配套运行,带制动器的伺服电机的试运行,带制动器的伺服电机的保持制动器动作由伺服单元的制动器联锁输出（BRK_OFF）信号进行控制。在确认制动器动作的作业中，请事先采取防止机械自然落下以及外力产生振动的应对措施。,带制动器的伺服电机的试运行,请在伺服电机与机械脱离的状态下确认伺服电机的动作与保持制动器的动作。如果各自的动作都正常，则将伺服电机和机械连接在一起，并进行试运行。,BRK_OFF制动信号连接,BRK_OFF制动信号连接,设置参数PA66=6,伺服上电后，电机使能（如内部使能PA64=64)后BRK(CN2-7)抱闸信号输出低电平，驱动一个继电器，控制直流24V电源。,BRK_OFF信号说明,驱动器操作电磁剎车以（1）BRK_OFF被设为Off，代表电磁剎车不作动，电机呈机械死锁状态；（2）BRK_OFF被设为On，代表电磁剎车作动，电机可自由运转。电磁剎车的运作有下列两种，使用者可利用参数PA-60,PA-61来设定相关的延迟。通常电磁剎车运用在Z轴方向，来降低伺服电机持续出很大的抗力而产生的大量热量，以致电机寿命降低。电磁剎车在本装置为了不必要误动作，电磁剎车必须作用在伺服关闭后。如果使用者自行操控电磁剎车，那么电磁剎车必须作用在剎车过程，如此电磁剎车的剎车力与电机的剎车力为同向，驱动器才会正常因电磁剎车的剎车力介入而减少。如果在加速或等速过程，那驱动器会产生更大的电流来克服电磁剎车的剎车力，也很可能引起过载保护的警报。,制动电阻的连接,再生电力是指将机械侧（含伺服电机）旋转能量返还到伺服单元侧的电力。功过伺服放大器内部滤波电容器的充电来吸收再生电力，当超过电容器可充电的能量时，再由再生电阻器消耗再生电力。为了增加制动电阻器的功率，而将多个小容量的制动电阻器组合起来使用时，电阻的值不能过小。,制动电阻的连接,如果连接电阻值过小的制动电阻器，那么，流过制动电路的电流就会增大，有可能造成电路击穿。与制动电阻相关的还有一个参数占空比的参数PA-151。,PA151参数说明,制动电阻的选择,伺服电机的几种制动方式和比较,有时候我们容易对电磁制动、再生制动、动态制动的作用混淆，选择了错误的配件。动态制动器由动态制动电阻组成，在故障、急停、电源断电时通过能耗制动缩短伺服电机的机械进给距离。再生制动是指伺服电机在减速或停车时将制动产生的能量通过逆变回路反馈到直流母线,经阻容回路吸收。电磁制动是通过机械装置锁住电机的轴。三者的区别(1)再生制动必须在伺服器正常工作时才起作用，在故障、急停、电源断电时等情况下无法制动电机.。动态制动器和电磁制动工作时不需电源。(2)再生制动的工作是系统自动进行，而动态制动器和电磁制动的工作需外部继电器控制。(3)电磁制动一般在使能关断后启动，否则可能造成放大器过载。动态制动器一般在使能关断或主回路断电后启动,否则可能造成动态制动电阻过热。选择配件的注意事项(1)有些系统如传送装置，升降装置等要求伺服电机能尽快停车。而在故障、急停、电源断电时伺服器没有再生制动无法对电机减速。同时系统的机械惯量又较大，这时需选用动态制动器动态制动器的选择要依据负载的轻重，电机的工作速度等。(2)有些系统要维持机械装置的静止位置需电机提供较大的输出转矩且停止的时间较长，如果使用伺服的自锁功能往往会造成电机过热或放大器过载.这种情况就要选择带电磁制动的电机。(3)伺服器有内置的再生制动单元，但当再生制动较频繁时可能引起直流母线电压过高，这时需另配再生制动电阻。,选定和安装外接制动电阻器时的注意事项,在电力拖动系统中，很多场合下电机也需要制动。制动电阻是用于将电动机的再生能量以热能方式消耗的载体，它包括电阻阻值和功率容量两个重要的参数。通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种：波纹电阻采用表面立式波纹有利于散热减低寄生电感量，并选用高阻燃无机涂层，有效保护电阻丝不被老化，延长使用寿命；铝合金电阻易紧密安装、易附加散热器，外型美观，高散热性的铝合金外盒全包封结构，具有极强的耐振性，耐气候性和长期稳定性；体积小、功率大，安装方便稳固，外形美观，广泛应用于高度恶劣工业环境使用。内部制动电阻的，一般用于制动使用率不高的场合，对于需要频繁高速启停，负载惯量很大的场合，由于制动电阻和刹车晶体管需要大面积散热器，伺服标配的内置制动电阻受伺服器壳体和散热限制，电阻就必须外置。一般来说，伺服器的制动电阻大小是根据制动时需要的制动功率和制动电流来选择的。P=U2/R，可以通过减小阻值的方式提高制动功率，但是根据I=U/R，减小阻值造成电流很大，电阻发烫。,选定和安装外接制动电阻器时的注意事项,制动单元电阻的正确选择，可以缩短大惯量负载的自由停车时间，实现快速、准确停车。如果电阻值取的太大，限制导通电流值，加长了能量是释放时间，电机高速正反转或频繁启停，快速制动时，使得能量来不及释放导致伺服器出现过电压03号报警。此时，可以增大制动回路释放占空比参数PA151（百分比）。但是需注意电阻释放的能量的瞬时功率不能超过电阻的额定功率的三倍，一般控制在两倍。例如：PA151默认值为18，220V系列的机器，若选30的电阻，其释放的平均功率约为(400*18%)2/30=173W，当能量来不及释放时，可以选用30、300W以上功率的电阻，可适当提高PA-151=40。当占空比参数调到PA151=100，还是伺服器出现过电压03号报警,只能减小电阻阻值。但电阻阻值不能太小，说明书上有推荐一个最小阻值，该阻值是根据内部的开关晶体管额定电流计算，一般是：母线过压保护值/额定电流值=最小电阻值。若阻值小于“最小电阻值”，流过制动电阻的电流会很大，会损坏伺服内部晶体管。调试时可以时时监控伺服dp16母线电压的值，如果运行一段时间，明显发现制动电阻发烫，有异味甚至烧红，在能量足够释放的前提下，可以保持电阻阻值不变，必须换用功率更大的刹车电阻。,选定和安装外接制动电阻器时的注意事项,制动电阻安装：内置电阻一般都会安装在散热器下面。外置制动电阻的，都留有专用的接线端子，1KW7.5KW伺服器是接P和B（1KW2.3KW用于频繁高速启停，负载惯量很大的场合需要外置刹车电阻的请客户订货时备注），11KW以上伺服器是接（+）和PB。外接电阻，一般放在一个通风散热的环境。因为制动的时候电阻发热会比较厉害，有些工作温度可能达到200多摄氏度。外置的制动电阻一定要安装在金属板架上或者高阻燃材料上面，还要考虑其热辐射给周围设备的影响，因为其工作温度很高，条件好的话，可以购买电阻盒，这样安装方便。切忌制动电阻不能安装在木板上，电阻的安装位置不要紧挨其它设备及器件，留有一定空间余量（以免引发火灾或设备损坏）。安装接线不宜太长，否则会增加伺服驱动器直流母线的寄生电感。,交流伺服系统控制模式,转矩模式速度模式位置模式,转矩模式参数PA4=2,转矩控制：输入的模拟量10V时与电机的转矩（0-100%）成正比电机速度由内部或外部模拟量决定10V时与电机速度成正比,速度模式参数PA4=1,输入的模拟量10V与电机的转速（0-3000RPM）成正比定位精度由上位控制单元决定，0V输入时伺服电机保持在锁定状态,速度控制应用案例,EPS-WB0001123一台及配套电机130DNA-0001CB1AMS，起初试机过程中，遇到高速停车（伺服电机转速800-1000rpm）或打袜跟的时候会倒转的问题，是因为高速停车时，由于伺服电机产生过冲引起，通过调节速度环PI参数，速度环S型曲线参数，达到停车稳定且打袜跟柔和顺畅，满足客户要求，得到客户的充分认可。设置的伺服驱动器主要参数如下：,袜机专用伺服调试参数,袜机专用伺服调试参数表,位置模式参数PA4=0,机械进给量与总指令脉冲数成正比机械速度与指令脉冲串的速度（脉冲频率）成正比在最后1个脉冲的范围内完成定位，只要没有位置指令，伺服电机保持在锁定状态,位置控制应用案例,东菱伺服应用在电脑横机上，包括2部分：第一部分驱动主电机（1KW，1000RPM）通过皮带传动带动机头在床身上做来回往复运动，第二部分驱动摇床电机（0.75KW，3000RPM）通过皮带，带动滚珠丝杠来移动针板对校花纹。目前，东菱伺服系统已经成功运用在浙江某电脑横机上，以下是东菱伺服控制系统信号接线和参数设置。,（1）摇床参数P4=0(控制方式选择，0：位置控制)；P9=5(电机型号匹配参数)；P27=1(脉冲输入逻辑取反，可用于改变电机方向)；P31=625(输入指令脉冲倍频分子)；P32=16(输入指令脉冲倍频分母)；（2）主床参数PA4=0(控制方式选择，0：位置控制)；PA9=19(电机型号匹配参数)；PA11=1500(位置环增益，范围5008000)；PA14=800(速度环增益，范围5008000)；PA15=8000(速度环积分时间常数，范围5006000)；PA17=8000(速度给定滤波时间常数)；P25=10(编码器输出分频系数，设置电机编码器反馈输出脉冲的分频系数)P26=1(脉冲输出逻辑取反)；P27=0(脉冲输入逻辑取反，可用于改变电机方向)；P31=1(输入指令脉冲倍频分子)；P32=1(输入指令脉冲倍频分母)；PA38=1000(电流环增益，范围5008000)；P63=1(0:减速停车，1：惯性停车)；,横机常见伺服问题,问题一：主床机头归零或换向时抖动、有声音、不平稳措施：可以适当减小PA11PA11不能太小，保证主床电机最高速恒定速度运行时，位置偏差dp5不能大于10000或者20000(伺服软件版本决定)；减小PA14，增大PA15,PA17,适当增加些前馈PA12和前馈滤波PA13,横机常见伺服问题,问题二：主床机头不换向措施：请检查伺服参数PA25，PA26是否设置正确。一般配恒强系统PA25=10上海迈宏系统PA25=10虎王系统PA25=10致格系统PA25=1上海三基系统PA25=1福建华瑞中天系统PA25=2校正同步带时看看同步带数据变化是否合理。,横机常见伺服问题,问题三：主床停车时抖动或震动大措施：更改参数PA63（去使能后电机停车方式选择）S-ON无效时，电机停车断电方式：0：电机先减速到PA61，后再经过PA60延时断电1：电机自由滑行惯性停车,横机常见伺服问题,问题四：摇床归零时抖动措施：请检查伺服参数PA14，PA11是否设置合理。可以适当增大PA14=1500，PA11=2000左右。,横机常见伺服问题,问题五：摇床运行一段时间跑偏措施：检查机械、电机联轴器是否松动可能由于装机的时候敲击电机轴身，使得电机编码器光栅受到影响，更换电机。伺服输出ZO原点信号高低电平有效逻辑需要更改，更新伺服器程序。,常见伺服问题,问题六、加工的产品不平整或光洁度不够措施：检查机械结构包括丝杠、轴承、刀架等。增大伺服刚性，增大PA11，PA14，PA38，PA15参数，若PA14=1500时电机运行就有声音，可以减小PA1号载波频率参数，比如PA1=8KHz，此时再增大PA11，PA14，PA38等参数。若还是不行，更换大扭矩、大惯量电机看看效果,横机专用共振抑制功能,机械共振点共振抑制功能，目的是避开共振点速度，从而避开机械共振dP8脉冲频率dP9电子齿轮分子dP10电子齿轮分母PA141共振频率设置上限1PA142共振频率设置下限1PA147共振频率时设置的电子齿轮分子1PA148共振频率时设置的电子齿轮分母1,横机专用共振抑制功能,共振点一般只有一个，例如横机机械上发现一个共振点为70m/min时对应的脉冲频率dP8=72Khz，其电子齿轮比为1：1，为避开此点共振，设置PA141为70(Khz)，PA142为75(Khz)，使得共振频率满足PA14172KhzPA142,设置PA147为73(Khz)，PA148为72(Khz)，使得70m/min对应的频率为73/72*72=73Khz，从而达到避开机械共振的目的，实际效果较好。,横机专用共振抑制功能,从50m/min120m/min整个转速内测试运行情况良好。第二组机械共振点：PA143共振频率设置上限2PA144共振频率设置下限2PA149共振频率时设置的电子齿轮分子2PA150共振频率时设置的电子齿轮分母2,脉冲差分500kpps,位置控制接线图,位置控制接线图,脉冲输入形式，集电极开路200kpps,接收脉冲干扰问题,日系PLC（如三菱）输出接口是NPN漏型晶体管类型的，电流是从节点流入的，注意外接独立24V直流开关电源采用独立的24V开关电源，尽量不要与其它电路共用一个24V开关电源步骤一、加装隔离变压器，正确接好线后，伺服电源线PE地线可靠接地(地线桩子深入地下3米左右），在伺服使能的前提下，如果内部使能PA64=64，PLC正方向发100个脉冲，伺服监视模式“DISP”下，dP3（伺服接收PLC的脉冲个数）从0到100，然后负方向发100个脉冲，dP3从100到0，如此循环几次，看看是否有偏差。步骤二、控制线采用我司提供的双绞屏蔽线，屏蔽线有4种接法，1、两端都接，2、两端都不接，3、只接伺服端，4、只接PLC等上位机系统端。尝试屏蔽线的4种接法。步骤三、若接收脉冲还是有偏差，可以降低PLC脉冲频率，提高电子齿轮比看看效果。步骤四、若接收脉冲还是有偏差，可以尝试采用5V的开关电源,再重复步骤一二三。参数PA=0,PA64=64,电子齿轮比分子PA31电子齿轮比分母PA32例：电机转一圈为10000个脉冲（编码器为2500线），若系统发2000个脉冲要求电机转一圈，则电子齿轮比PA31/PA32=10000/2000=5/1，即需设置：PA31=5，PA32=1；步骤五：控制线两端加套磁环步骤六：控制线两端脉冲信号串接共模电感WE202,命令脉冲的形式,脉冲+方向，CW/CCW,AB正交,电子齿轮比的设定,电子齿轮比的设定,电子齿轮比的计算公式l（mm/P）：脉冲当量PG（P/rev）：编码器线数P（mm/rev）：滚珠丝杠节距：减速比A：PA-31参数B：PA-32参数A和B请通过用户参数设定,伺服系统应用方案1,X-Y工作台用数控系统或PLC控制，执行一个高速、高精度的两轴定位程序，控制两个伺服电机驱动工作台的X-Y轴定位。,伺服系统应用方案2,输送系统（垂直输送）由定位模块的程序控制升降机的传送定位。使用带有电磁制动器的伺服电机以防止突然失电时负载掉落。,伺服系统应用方案3,非常适用于表格印刷机和标签打印机的定位控制。它需要高速度，高响应和高频率运行。超低惯量电机,伺服系统应用方案4,非常适用于针织机，刺绣机和洗熨机的定位控制。超低惯量电机,伺服系统应用方案5,高频率传送机械非常适用于包装机械需要低惯量和中容量伺服，可大大提高生产效率,伺服系统应用方案6,卷绕和张力控制设备转矩控制（张力控制）结合用于转矩控制的伺服系统，张力检测器和张力控制器，可在卷绕薄型材料时控制张力,横机应用案例,摘要：本文基于对电脑横机工作原理及软件数据流向和硬件结构的分析，介绍了东菱EPS系列伺服系统在电脑横机中的应用，给出了伺服驱动器关键参数的设置。引言电脑针织横机是用来编织羊毛衫的，它是机电一体化在针织机械上的应用。自从1975年第一台商业化电脑横机问世以来，经过20多年的发展，电脑横机已经达到了比较完善的程度，现已成为针织横机发展的方向。与普通横机比较，电脑横机具有自动化程度高、生产效率高、花型变换方便、产品质量易