三菱伺服系统教育训练讲义

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.绝对值型编码器项目相对值形编码器

绝对值形编码器

输出内容回转角度。变化相对值脉波输出。绝对值输出。回转角度的绝对值输出。停止时的对应

停电中娈动位置时，需于复电后重新做原点复归。停电再复电后不需再做原点复归。构造价格

构造简单、且便宜。构造复杂、且昂贵。

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

A10B20C30D40

P1»10P2»10P3»10P4»-30绝

对

型

定

位

控

制

A10B20C30D40

P1»20P2»30P3»40P4»10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

分类速度控制方式位置控制方式方式Limit

switch

方式

脉波计数方

脉波指令方

硬体构成INV+感应马达

+Brake+减速用开关+停止用开关

PLC（DA模组、高速Counter)+INV+感应马达+EncoderPLC（定位模组）+侍服驱动器+侍服马达（含Encoder）停止精度约±0.5～5.0mm约±0.5～5.0mm约±0.0001～0.05mm控制模式种类

模式

位置控制模式速度控制模式

扭力控制模式

指令脈波模拟电压(0

～±

10V)

模拟电压(0

～±8V)

应用例1.滚轮送料

2.制袋机3.X-YTable

…等1.输送带2.定速机械…等

1.卷取机械

2.冲压机械

…等

位

置

控

制

模

式

位置控制的区分：1.半闭回路控制Ⅰ「马达轴端检出」2.半闭回路控制Ⅱ「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):BAa.点至点控制

←不重视走行路

2.轮廓控制(补间控制)：

BA直线补间

BAb.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mm

AMP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

马达HC-KFS43

HC-SFS102

驱动器MR-J2S-40A

MR-J2S-100A

CN1接头MR-J2CN1

MR-J2CN1

端子台SMR-TB20+CABLE

SMR-TB20+CABLECN2接头MR-J2CNM

MR-J2CNS

连接线MR-JCCBL□M

MR-JHSCBL□M

电源接头MR-PWCNK1

MR-PWCNS1(MR-PWCNS2)

回升电阻內藏

內藏198019851990199520002005年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

IPMDSPRISC微处理

具有机械系控制逻辑

网络技术

5%10%17%23%30%35%ASA、SBJCHJ2-SuperJ2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

MR-J2高应答版性能容量(W)10305010040010003.5K22K55K100KMR-J2-JrDC24V10~30WMR-H50~22KWMR-J250~3.5KW30~55KWMR-H400V大容量MR-J2SUPERMR-C30~400W7KW30KW50W形名构成

MR-J2S-10

A

1无:三相AC200V、单相AC230V，1:单相AC100V(预定贩卖)

A:标准脉波列、模拟I/FB:SSCNETC:Controller

10、20、40、60、70、100、200、350、(500、700)伺服驱动器系列名

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<INC、ABS共享，检出器分辨率17bit>〔串行通信用〕

伺服马达HC-KFS

05

3

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)305010050075085010002000300035007000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UFS3000/45003000/45001000/15002000/30003000/30003000/45002000/30003000/4500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0100200300400500600700Hz年199019921994199619982000JJ高应答J2J2高应答J2-Super波特图-3db所对应的频率增益(db)频率(Hz)J2-SUPER-3db5502002定位整定时间

运转模式指令定位整定时间马达动作条件伺服马达:HC-MFS13伺服驱动器:MR-J2S-10A负荷惯性比:3倍定位整定时间J2-SuperJ20.9msec5msec高性能高性能标准

准标准

J2-SuperJ2IIMINAS-A容量全容量-750W1KW--750W750W以上-750W750W以上编码器(bit)INC/ABSINC/ABSINC/ABSINCABSINCABSINCABSINCINC/ABS1213141516171819201KW以上1000010000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<在极严格场合下，负荷惯性瞬时推定之比较>

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%HC-MF13:推定值:实际之负荷惯性瞬时比

HC-MFS13:推定值:实际之负荷惯性瞬时比既有自动调谐高性能即时自动调谐3020100惯性倍率时间[sec]051015启动3020100慣性倍率时间[sec]051015启动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

伺服马达加振时，机械系的频率分析开始进行

短时间30秒内分析完毕

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12346789增益B增益A51011121315161718增益B增益A14最合适的设定结果1234自动收寻最合适的增益由电脑做最适调整马达容量:容量选定软件机能面:依各种资料检讨性能及特性:依实机测试及经验值推定问题点假设要获得性能及特性时，须对电机品及机械系再检讨、变更及改造，并重新评估运转模式。

时间的损耗大既有之选定方法于设计阶段，仿真机械系、电机品及运转模式，可获得其特性与性能并确认之。在装置设计阶段，可同时使用仿真软件作电机品的选定，不必等到实机测试。且不用依赖感觉及经验仍可进行。

开发效率大幅提升仿真软件方式

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

Gain调整功能

Pr.2的设定

负荷

惯性比的推定自动设定的参数

使用者可调整的参数自动调谐模式1

010□

常时推定

PG1(Pr.6),GD2(Pr.34)PG2(Pr.35),VG1(Pr.36)VG2(Pr.37),VIC(Pr.38)

Pr.2的应答性设定

自动调谐模式2

020□

Pr.34值固定

PG1(Pr.6),PG2(Pr.35)VG1(Pr.36),VG2(Pr.37)VIC(Pr.38)

GD2(Pr.34)Pr.2的应答性设定

手动模式1

030□

PG2(Pr.35)VG1(Pr.36)

PG1(Pr.6),GD2(Pr.34)VG2(Pr.37),VIC(Pr.38)

手动模式2040□

PG1(Pr.6),GD2(Pr.34)PG2(Pr.35),VG1(Pr.36)VG2(Pr.37),VIC(Pr.38)

补简模式

000□

常时推定

GD2(Pr.34),PG2(Pr.35)VG2(Pr.37),VIC(Pr.38)

PG1(Pr.6)VG1(Pr.36)

自动调谐机能

START2轴以上补简补简模式自动调谐模式1YesNoOK?自动调谐模式2OK?No手动模式1OK?NoNo手动模式2ENDYesYesYesOK?NoYe