台达A伺服在大幅面激光切割机上应用

1、台达A2伺服在大幅面激光切割机上 应用伺服数控产品处应用工程师张广伟关键词：龙门结构、大幅面、高解析智能伺服、双伺服同驱、第二编码器反馈1.引言今天，CN技术和激光加工切割新技术已经广泛应用于金属，皮革，广告雕刻等切割加工领域。与传统的切割加工方法相比，借 助于CAM技术，CNC激光切割机可以灵活的加工出工件，切割速 度更快，成本更低。但是因为机械设计原因，一般的激光切割机的 幅面只能维持在2mX3m的有效工作范围。，要突破这一范围，两 个方向的机械丝杆将会很长，直径相对较粗，这样无疑降低了机械 刚性，很容易产生共振。而且为了克服丝杆直径增加的转动惯量， 伺服马达的电机转矩以及惯量都要相应的加

2、大，同时为了保证精 度，加工速度无法加快。而采用新型的龙门机构设计的大幅面机器, 幅面跨度可能达到3mx5m有效的加工行程，使用了安装在床身侧 面的导轨设计，激光头纵向位移轴就可以方便的以门字形结构跨坐 在横向位移导轨上，同时位移由横向两个伺服马达同步位移驱动两 根丝杆来完成横向位移，如下图所示，这样负载的重量就有2边导 轨和丝杆分开来承受，就可以很好的解决大幅面机械，幅面过大， 机械刚性不足的问题。解决了机械上的冋题，那怎么样才能很好的驱动电机使两边的伺 服马达能够保持高精度的位置同步呢？本文就以龙门激光切割机为 案例，详述了如何利用台达A2伺服独有的龙门同驱功能，仅以一路 脉冲命令作为命令

3、来源，即可实现两个伺服马达之间的高精度同步控 制方案。2. 台达高精度龙门同驱方案传统的龙门同驱电机控制，往往借助于 上位控制器单元来协调，如果上位控制器是 脉冲机型的，就只能通过伺服轴COPY功 能来实现，或者上位控制器是电压命令型 CNC, CNC输出两路模拟量电压，同时将两颗同步伺服的编码器信号反馈到位置环，同时两直线轴之间实现插 补同步运动和半闭环控制。但是，无论是以上何种方式，都需要上位 控制器的配合，需要独立的两路命令通道才能够控制两轴同驱。与传统龙门同驱控制架构相比，新的A2控制方式，无需修改上位控制器的硬件接设置和参数设计，只需要改变上位控制器和A2伺服接线,以及设定相应的参数

4、既可以实现双伺服同驱功能，这杲A2伺服运动控制的一大特色功能。3. 龙门同驱的控制架构和具体接线a）控制器选型龙门同驱必须使用轴轴ASDA-A2-M/U/L型驱动器，驱动器 必须具有CN5接，因为这一个接口 可以支持A2驱动器接受除自身编码 器反馈之外的来自于月外一颗伺服的 第二路编码器反馈。1）上位控制器给轴的伺服DI/DO信号2）上位控制器给轴的伺服DI/DO信号3）上位控制器给两轴的一路脉冲命令信号4）轴PG信号输出给轴的CN5信号5）轴PG信号输出给轴的CN5信号c）具体接线如下，以轴伺服为例上位控制器信号Y1 CN1信号定义1SON9DI1SON25V+36SIGN脉冲方向+43PU

5、LSE脉冲信号+337/SIGN脉冲方向脉冲方向4脉冲信号41/PULSE脉冲信号-524V+1124V+外部电源24+624V-4524V-外部电源24-Y2CN5Y1 CN1信号定义7接收来自号一轴的编码器信号！/B2/OB23编码器/OB输出8B3OB25编码器OB输出9A4OA21编码器OA输出10/A5/OA22编码器/OA输出4. 方案的实施a）伺服基本参数设定电子齿轮比设定当接线接好，检查确认无误后，既可以进行伺服参数的设置，首先,取消相关无用的DI,解除报警信息ALE 13、ALE14、ALE15, 同时需要设定上位控制器对伺服命令的电子齿轮比参数，设定对正确 的电子齿轮比是伺

6、服正确运动的前提，切记两轴的电子齿轮比设定的 数值要保持一致。设定数值P1-44电子齿轮比分子，出厂设定值为128设定数值P1-45电子齿轮比分田，出厂设定值为10,即伺服驱 动器接到10万PULSE,马达才运转一圈，建议根据上位控制器发送 脉冲的脉冲能力，以及最高运动速度，还有丝杆的螺距等因素综合考 虑。这里我们举例假设设定为P1-45=1,即10OOOpulse,电机运行 圈。公式如下1280000XP1-45 + P1 -44=1280000X1 令 128=1 OOOOpulse。b）同服惯量比测定其次逬行的是伺服惯量比的估测和伺服增益的调整。具体步骤如 下，1）先将龙门机构解除，检查

7、所有的机构及伺服上的设定，如急停 以及左右极限等，确认是否正常有效！2）将两台驱动器上的面板监视调整为J丄（p0-02=15监测惯量 用）3）上位控制器下达脉波指令，先以慢速来回移动龙门机构，确定 机构运转没有问题，慢慢加快来回移动速度，观看驱动器上的 惯量显示4）等显示稳定后，将惯量比分别写入到各自控制器的P1-37参数（当机械结构不对称时，各自的惯量比有可能不同）5）惯量比是伺服电机运转的计算基础，此值务必确保正确!c）P1-46 PG分周比参数设定和P1-72光学尺闭环解析度设定P1-46为伺服驱动器CN1自身输出到另一颗同驱驱动器的 CN5的编码器反馈值，此数值大小和前面P1-44.

8、P1-45并无实质的 关系，为马达自身输出解析。设定数值越大，解析越高，越有利龙门 的控制，但是超出一定控制的范围的话，将影响两轴间位置误差计算 的正确性。限制公式如下：马达转速令 60xP1 -46x4<8*1000,000P1-72为马达旋转一圈时CN5应该接收到多少数值。为4倍频 之后的数值，其数值为月一颗伺服轴的P1-46X4得到的数值。举例，如果轴的P1-46=10000pulse,则轴的P172相应等 于P1-72=2500X4=40000pulseo通常两个轴的这两组参数要设定一 致！d）P1-73光学尺全闭环回授位置和马达编码器之间位置误差过 大的错误保护范围设定当伺服驱

9、动器从CN5接收到的月一驱动器数值与自身编码器接 CN2反馈来的数值差值到该设定数值后，驱动器即发生ALE40 报警，在设定此值时，务必考虑实阪的机械结构所能承受两轴间的 错位误差，如果误差值设定超过实际机械结构所能承受的能力，可能会损坏机械系统！允许误差的公式如下：还是以上述为例,如果 P1-46=10000pulse, P1-72=40000pulseoP1-73=400pulse,丝杆的螺距为10mm,则两轴允许的误差为：400+ 40000x10=0.1 mm,当两轴误差达到0.1mm时，伺服系统产 生报警信息ALE40。需要注意的是这个值设定在设定时并非越小越好，还要考虑两轴 因为负

10、载情况不可能完全相同，因此在加速或者减速过程中，产生较 大的同步误差，因此要被考虑，后续章节会描述。e）同步设定检查12C9LO12(91070?78S3K0 ESKO1409ll«7711S2?13592 J川7211>2214.C9-1370e相封値CHI : 0x9060CH2 :目施浅PUUlr ADD 22 bri |ox5r?oco'、穹料：| 、相枫J使用A2-sfot软体示波器功能1）将示波器下方的CH1的ADR及32BIT勾选，并在黄色方格内键 入0x3f9060,此值为驱动器内部光学尺CN5的回授脉波量，此 变数为32位元数值（监视同动驱动器的移动方

11、向）。2）将CH2的32BIT勾选，并在白色方格内选择“回授位置”，此为马达本身回授的脉波量（监视连接到示波器之驱动器的移动方 向）3）命令上位控制器下达位置命令，使两颗马达同时移动，并观察PC示波器的变化，讯号如下图，CH1与CH2增加量是相反的， 如果不将CN5的输入信号反向，只要龙门同动控制一启动，就会 马上产生两轴位置误差过大的警报，若将本机上的P74设定改 为10X即可将CN5接收到的回授信号将反相。7389 4|LUUJ 資料： 相封値1145.41243.41173.53173.512031233.6333.61263712637LZ33J15ZS3B2S9CH1: 0:<

12、3P?D60CMS；回摂沱置PUU J7 ADR p 32 bit心“Di药231JG510 3&518123311Z5WL173%817Wft13141? 何4F啊6391? 39D-911(91-64.1US4J血132 1CCQ21053.11053.11(63 .Z M3 21113.31113.34）如果设定正确，讯号会如同下图，增加量是同向的。（图中黄色的 锯齿讯号，属正常现象，因为控制器内部，为避免溢位，执行数 值重置的动作）5）完成以后，将PC示波器接到另一台驱动器，察看月一台的脉波回授相位是否一样正确。f）试运转以及P1-73误差值的修正使用A2-sfot软体增益计算

13、功能，两台伺服驱动器先设定一个相 同的伺服频宽设定，以避免两轴增益参数设定不一致，而引起马达反 应速度不同，而产生较大的误差。使用A2-sfot软体示波器功能设定适当的伺服频宽后（由小到大调整），让上位控制器下达位 置命令，并透过PC软体示波器，观察两轴之间的位置误差及同步情 形。如下图设定,勾选CH1.ADR及32BIT,并输入位址0x3f9f98, 此数值为两轴之间的位置误差量，单位为PULSE,两轴间若位置误 差量大过设定值P1-73,则会产生报警。所以上位控制器最后给定的 加减速指令，必须调整到伺服在加减速过程中，能够满足 0x3f9f98<P1-73时才不会发生问题。g) P1

14、74龙门同步功能的开启当上述参数检查和设定完毕后，将参数P1-74设定等于2即可实现龙门同驱功能。h) P2-57同步增益频宽的设定当使用中发现两轴同步后，跟随误差还是较大时，建议适当的增加P2-57的数值，该数值为同步控制频宽，设定该数值后，系统会 自动的计算出P2-54-P2-58等一系列同步频宽PID调节参数。此数 值设定越大，其两轴同步的效果就越好。龍門機構所允許的錯位誤差P1-73大4»小頻寬比例100%頻寬比例=伺服頻宽/ (伺服頻寬+冋動頻寛)1009080706050403()201()%0102030405060708090%伺服頻寛同動頻寛但是需要注意的是，当系统

15、的速度环频宽+同动控制频宽系统 自身的允许频宽时，机构就会共振产生啸叫，因此在调整同动频宽时, 要由小到大慢慢的调整！5其他因素对同步精度的影响对于下述问题是一个十分有必要讨论的冋题，我们在实际调试时发 现以下问题对于同步精度起影响作用，甚至有时左右到方案的结果。 D两台驱动器没有安装在同一个金属层板，导致不能等电位，引起 驱动器CN5脉冲受干扰。我们在现在发现，有些客户的驱动器安装在胶木板上或者将金属 底板喷漆，当采用的底线不够规格时，同时监控两台驱动器，其 中一台编码器回授不增加，但是月一台驱动器的3F9060地址位 数值却不断变化，显示有脉冲进入，这就是杂讯干扰引起。解决的方法是：A. 减少CN5到CN1的接线长度，采用屏蔽双绞线。B. 使用金属底板C. 采用良好和正确的接地，或者将两颗伺服接地端子，使用金属 铜编织带跨接。2) 两轴同步时机械使用丝杆和齿轮齿条的效果差异 当采用丝杆传动结构时，机械的刚性较高，因此可以获得较好的同步 效果，而使用齿轮齿条