变频与伺服驱动器

变频与伺服驱动器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）。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交流伺服的技术本身就是借鉴并应用了变频的技术，在百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品体管（IGBT，IGCT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）恒功率和恒转矩的区别恒功率和恒转矩是同一个电机的不同工作区间；大家都知道汽车在低速时的输出扭矩比较大，而高速时其输出最大扭矩随速度增加在变小，这就表明汽车发动机进入了恒功率区；电机的工作状态已是一样；对于额定功率为po电机，在电机输出功率未到额定功率时，可以进行额定扭矩范围内的恒扭矩输出控制，而随着转速的提高输出功率一旦达到P0，则将保持功率恒定，转速和扭矩成反比的关系！电动机接线盒内的接线方法一般电动机每相绕组都有两个引出线头o-头叫做首瑞，而另一头叫做末端第一相绕组的首端用D1表示，末端用D4表示；第二相绕组的首端和末端分别用D2和D5表示；第三相绕组的首端和末端分别用D3和D6表示。这六个引出线头引入接线盒的接线柱上简单地说，运动控制器主要用于对机械传动装置的位置、速度进行实时的控制管理，使运动部件按照预期的轨迹和规定的运动参数完成相应的动作。根据运动控制的特点和应用可将运动控制器分为以下三种：点位控制运动控制器、连续轨迹控制运动控制器和同步控制运动控制器位置传感器一般采用高分辨率的旋转变压器、光电编码器、磁编码器等元件。旋转变压器输出两相正交波形，能输出转子的绝对位置，但其解码电路复杂，价格昂贵。磁编码器依靠磁极变化检测位置，目前正处于研究阶段，其分辨率较低。光电编码器分为增量式和绝对式，较其它检测元件有直接输出数字量信号，惯量低，低噪声，高精度，高分辨率，制作简便，成本低等优点。增量式编码器结构简单，制作容易，一般在码盘上刻A、B、Z三道均匀分布的刻线。由于其给出的位置信息是增量式的，当应用于伺服领域时需要初始定位。格雷码绝对式编码器一般都做成循环二进制代码，码道道数与二进制位数相同。格雷码绝对式编码器可直接输出转子的绝对位置，不需要测定初始位置。但其工艺复杂、成本高，实现高分辨率、高精度较为困难。通用的交流伺服系统上采用的绝对式编码器精度一般在12位至20位之间。当前世界上生产光电轴角编码器的主要厂家有：德国Heidenhain公司，OPTION公司，美国的Itek公司，B&L公司，三丰公司，日本的尼康公司和佳能公司直角坐标机器人概念：工业应用中，能够实现自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、运动自由度间成空间直角关系、多用途的操作机。他能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。关于机器人的定义随着科技的不断发展，在不断的完善，直角坐标机器人作为机器人的一种，其含义也在不断的完善中。根据对于这一概念的分析，我们作如下阐述：一、 直角坐标机器人的特点：1，多自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角。2，自动控制的，可重复编程，所有的运动均按程序运行。3，一般由控制系统、驱动系统、机械系统、操作工具等组成。4，灵活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。5，高可靠性、高速度、高精度。6，可用于恶劣的环境，可长期工作，便于操作维修。二、 直角坐标机器人的应用：因末端操作工具的不同，直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。特别适用于多品种，便批量的柔性化作业，对于稳定，提高产品质量，提高劳动生产率，改善劳动条件和产品的快速更新换代期着十分重要的作用。三、 直角坐标机器人的分类：1，按用途分：焊接机器人、码垛机器人、涂胶（点胶）机器人、检测（监测）机器人、分拣（分类）机器人、装配机器人、排爆机器人、医疗机器人、特种机器人等。按结构形式分：壁挂（悬臂）机器人、龙门机器人、倒挂机器人等3，按自由度分：两坐标机器人、三坐标机器人、四坐标机器人、五坐标机器人、六坐标机器人。还有其他一些分法，这里就不一一介绍了。四、 直角坐标机器人核心元件一一直线定位单元为了降低直角坐标机器人的成本，缩短产品的研发周期，增加产品的可靠性、提高产品性能，在欧美的许多国家都已将直角坐标机器人模块化，而直线定位单元（系统）则是模块化的最典型的产品。一个完整的定位单元（系统）由几部分组成1，定位体型材：作为轨道的安装支撑部分，该型材不同于一般的框架型材，它要求非常高的直线度，平面度。运动轨道：安装在定位体型材上，直接支撑运动的滑块。一个定位体型材（系统）上，可能安装一根运动轨道，也可能安装多根运动轨道，轨道的特性及数量直接影响定位单元（系统）的力学特性。组成定位系统的轨道种类很，通用的有直线滚珠轨道，直线圆柱钢轨道。运动滑块：由负载安装板、轴承架、滚轮组（滚珠组）、除尘刷、润滑腔、密封盖组成。运动滑块与轨道通过滚轮或滚珠藕合在一起。实现运动的导向。传动元件：通用的传动元件有同步带、齿形带、丝杠/滚珠丝杠、齿条、直线电机等。7，轴承及轴承座：用于安装传动元件及驱动元。五、 直角坐标机器人驱动元件一一电机驱动系统直线定位单元（系统）之所以能够实现精确的运动定位，是由电机驱动系统决定的。常用的驱动系统有：交流/支流伺服电机驱动系统、步进电机驱动系统、直线伺服电机/直线步进电机驱动系统。每一个驱动系统都由电机和驱动器两部分组成。驱动器的作用是将弱电信号放大，将其加载在驱动电机的强电上，驱动电机。电机则是将电信号转化成精确的速度及角位移。在要求高动态，高速运行状态、大功率驱动等场合多用交流/支流伺服电机系统作为驱动；在要求低动态，低速运行状态、小功率驱动等场合可用步进电机系统作为驱动；而在在要求极高动态，高速运行状态、高定位精度等场合才会用到直线伺服系统驱动。六，直角坐标机器人的灵魂 控制器为实现机器人的灵活多变的运动功能、迅速的反应处理功能，机器人必须要有一个大脑一一控制器。控制器的功能是指令源，它可以根据编号的程序时时发出控制指令、时刻接受反馈信号、时刻判断处理信息。根据功能的不同，控制器可以有很多种：1，工控机与运动控制卡的组合：运动控制卡借用计算机的资源，利用自身的运动控制功能实现控制。2，脱机运动控制卡：借用计算机编好程序，可将程序自我存储，脱机运行。3，PLC-借用计算机编好程序，可将程序自我存储，脱机运行。4，专用控制器。七，直角坐标机器人的终端设备一一操作工具直角坐标机器人的终端设备应用途不同，可以装配各种各样的操作工具：如焊接机器人的终端操作工具是焊枪：码垛机器人终端操作工具是抓手；涂胶（点胶）机器人终端操作工具是胶枪、检测（监测）机器人终端操作工具是相机或激光。有些工作复杂的工作，单一操作工具不能完成，需要安装两个或以上操作工具才可以。如对于非固定轨迹运动物体的抓取除需要机械抓手外，还需要一个相机，时刻跟踪计算物体的空间位置主轴直接承受切削力，转速范围变化又较大。所以对主轴组件的主要性能提出如下要求：1） 回转精度：是指主轴在无负荷的转动条件下，主轴前端工作部位的径向和轴向跳动值，回转精度的测量一般分为静态测量、动态测量、间接测量。目前我国在生产中大都还是运用传统的静态测量。2） 运动精度：是指工作状态下的旋转精度。这个精度通常与低速回转精度有较大差别，运动状态下的旋转精度取决于主轴的工作速度、轴承性能以及主轴本身的平衡性能。3） 刚度：是指在受外力时，主轴抵抗变形的能力。刚性不足在切削力的作用下，主轴将产生较大的弹性变形。不仅影响加工质量，还会破坏轴承的正常工作条件、加快磨损。4）抗振性：是指切削加工时，主轴保持平稳运转而又不发生振动的能力。是主轴及箱体受5）主轴温升：主轴运转时，温升过高会引起两方面的不良结果。是主轴及箱体受热变八、、形直接影响加工精度；二是轴承的正常润滑条件遭到破坏，影响轴承的正常工作，甚至出现“抱轴”。6）耐磨性：只有具备足够的耐磨性，才能长期保持精度。因此主轴的关键部位（如主轴锥孔）要经良好的表面热处理。Q：我用SV控制卡控制伺服电机的时候，一打开伺服电机就飞转。请问这是什么原因？A：电机飞转可能主要有以下几种原因：控制卡的编码器方向设置错误，形成正反馈控制，造成电机飞转。解决方法：将编码器A、B向反相。伺服电机的参数设置错误，比如松下伺服电机的正方向设置为反向也会造成电机飞转。解决方法：将驱动器的运动方向参数做修改。Q：在Windows下使用ISA总线的控制卡时，在开始进入演示程序时，系统总是提示控制卡打开失败，请问是什么原因？A：这说明控制卡和计算机之间的通讯没有建立起来，造成这样的情况可能有以下几方面的原因：如果你没有安装ISA、PCI卡的驱动程序，你首先安装驱动程序。首先应该把电脑关掉，检查控制卡与ISA（PCI）插槽之间的接触是否良好。检查控制卡的跳线是否正确，JP1的跳线一般选用默认的地址（0X300）在DEMO目录下有GTCmd.ini配置文件，需要对板卡做相应的设置。如果上述方法执行之后，板卡仍然不能工作，联系固高科技公司的技术服务部门咨询Q：我在安装PCI总线的控制卡时，系统提示我找不到该设备的驱动程序，请问这是什么原因？A：请尝试更换插槽、清洁金手指或更换计算机后使用。Q：我在Windows2000下使用PCI控制卡时，驱动程序安装成功，板卡使用正常，但是当我重新开机时，进入演示程序时，系统提示没有此PCI设备，PCI设备打开失败。请问这是什么原因？A：这种现象说明PCI控制虽然可以使用，但是运行不稳定，出现这种情况，应该检查Windows设备管理器，查看PCI控制卡的资源与其它PCI卡的资源，查看它们的中断号是否有一样的情况，如果有就应该更换PCI插槽，直到PCI卡之间的中断不一样为止Q：我使用的是步进控制卡，控制步进电机，但无论发正向运动指令还是反向指令电机都是朝一个方向走，请问这是什么原因？A：运动控制器控制步进电机有两种控制模式，一种是正负脉冲控制模式，一种是脉冲加方向模式，所以电机只朝一个方向走可能是控制方式设置错误，造成。请换另一种控制方式试一下。Q：为什么在运动过程中读取状态值、位置值不准确，与实际状态、位置不符合。我使用的是PCI卡，Windows系统。A：为在Windows下实现对中断的管理，我们在驱动中做了中断处理程序。在中断产生，应用程序未对中断处理时，驱动程序自动将中断产生轴设置为当前轴，并清除中断标识。所以在PCI卡的初始化中，应按照说明书初始化的说明，将各个轴的中断屏蔽字设置为0。Q：在发出速度、加速度、位置值后，位置值直接跳到目标值。速度设置为100Pulse/ST，位置值为1000脉冲。A：速度值比较大，位置值比较小。以上述数据为例只需十几个控制周期就可以到达位置。我们卡的速度、加速度的单位是脉冲每控制周期，默认的控制周期为200微妙（或400微妙），在设置参数前，需要参考说明书注意并计算速度和加速度值。Q：在板卡使用中发现端子板的LED不亮了，请问是什么问题？A：卡的保险电阻烧了。在产品包装中备有两个保险电阻，可以直接更换。在使用中注意不要带电插拔控制器和端子板。另外亦可自己购买保险电阻，型号为2A，静态电阻＜1。Q：我使用GT-400-SG卡，我的驱动器没有驱动报警信号，是否可以不接(悬空)？A：可以，但需将端子板的CN5(CN6,CN7,CN8)Pin1和Pin2脚短接。Q：我使用GT-400-SG-PCI-S卡，运行DEMO程序时，显示“设备打开失败”，是什么问题？A：打开DEMO目录下的GTCmd.ini配置文件，将基地址做如下设置Address=65535后，保存文件，再运行DEMO。Q：我使用GT系列运动控制器控制步进电机，在进行多段直线或圆弧连续插补运动时，机台出现震动，加工轨迹有抖动现象，尤其在两段轨迹的连接处。A：这是由步进电机的特性引起的，在短时间内速度有较大变化时，步进电机会丢步，堵转。针对这种情况，运动控制器有专门的处理措施。用户只需在初始化程序中加入GT_SetAccLmt()函数。调整加速度极限的设置，就可以解决上述问题。Q：我使用的是PC104总线运动控制器，开发时我们是在ISA总线下设计调试的，运行正常，没有任何问题。可是换到PC104总线下，一上电，电机就开始运动，不能停止。请问是什么问题？A：请检查运动控制器的CN5是否正常连接并供电。Q：在缓冲区命令中，GT_SetSynVel(),GT_SetSynAcc()是否占用段号？A：不占用。缓冲区命令只有直线、圆弧插补占用段号。Q：我在Windows下使用多线程编程，为什么有时从运动控制器读取的数值是错误的？A：在使用多线程编程时，注意：不能同时对板卡发送命令°GT系列运动控制器是单线程的，对于同时对运动控制器发送的两个或更多命令，会出现错误。Q：我使用GT卡，单端接入光栅尺信号，在实验室工作正常，可是在现场却出现：电机不动情况下，编码器计数值缓慢变化的问题，如何解决？A：请检查光栅尺的供电情况、接地情况以及屏蔽情况。Q：我在将板卡插接到PC机PCI（或ISA）槽时，由于板卡上挡片过高，板卡金手指与插槽接触不良，造成运行时通讯异常，怎么办？A：一般为机箱尺寸不标准引起，建议使用品牌计算机或工控机绝对型编码器输出的是多位数码（格雷码或纯二进制码），并行输出就是在接口上有多点高低电平输出，以代表数码的1或0，对于位数不高的绝对编码器，一般就直接以此形式输出数码，可直接进入PLC或上位机的I/O接口，输出即时，连接简单。但是并行输出有如下问题：1。 必须是格雷码，因为如是纯二进制码，在数据刷新时可能有多位变化，读数会在短时间里造成错码。2。 所有接口必须确保连接好，因为如有个别连接不良点，该点电位始终是0，造成错码而无法判断。3。 传输距离不能远，一般在一两米，对于复杂环境，最好有隔离。4。 对于位数较多，要许多芯电缆，并要确保连接优良，由此带来工程难度，同样，对于编码器，要同时有许多节点输出，增加编码器的故障损坏率。并行：时间上，数据同时发出；空间上，每个位数的数据各占用一根线缆。增量型编码器输出的通常是并行输出。串行输出：串行输出就是通过约定，在时间上有先后的数据输出，这种约定称为通讯规约，其连接的物理形式有 RS232、RS422（TTL）、RS485等。串行输出连接线少，传输距离远，对于编码器的保护和可靠性就大大提高了，一般高位数的绝对编码器都是用串行输出的。由于绝对型编码器的部分知名厂家在德国，所以串行输出大部分是与德国的西门子配套的，如SSI同步串行输出，总线型是PROFIBUS-DP的输出等。串行输出编码器连接德国西门子的设备是比较容易的，但是连接非德国系的设备，接口就是问题。串行：时间上，数据按照约定，有先后；空间上，所有位数的数据都在一组线缆上（先后）发出。决定质点空间位置需要三个坐标，决定刚体空间位置需要六个坐标。一个运动控制系统可以控制的坐标的个数称做该运动控制系统的轴数。一个运动控制系统可以同时控制运动的坐标的个数称做该运动控制系统可联动的轴数。联动各轴的运动轨迹具有一定的函数关系，例如直线，园弧，抛物线，正弦曲线。直接计算得出运动轨迹的坐标值往往要用到乘除法，高次方，无理函数，超越函数，会占用很多的CPU时间。为了实时快速控制运动轨迹，往往预先对运动轨迹进行直线和圆弧拟合，拟合后的运动轨迹仅由直线段和圆弧段所组成，而计算运动轨迹时，每一点的运动轨迹跟据前一个坐标点的数据通过插补运算得到，这样就把计算简化为增量减量移位和加减法。实现多轴联动的直线插补并不困难，圆弧插补一般为两轴联动。实现插补运算可以有多种算法，例如"DDA算法”，”逐点比较法”，"正负法”，”最小偏差法（Bresenham算法）"等，其中最小偏差法具有最小的偏差和较快的运行速度。滚珠丝杠副的特性）高效性 滚珠丝杠的机械传动效率高达98%且比梯形丝杠需要更少的驱动力。）高精度 通常现货提供的滚珠丝杠精度50um/300mm和23um/300mm;也可提18um/300mm12um/300mm的滚珠丝杠副。预紧的螺母单元有很高的重复定位精度。）高速度在理想的运行状态下允许最高转速3000rpm;其高速性相应缩短了工作周期。）安装方式可随意选择安装滚珠丝杠副位置，当应考虑由外部导轨承受所有径向力。（注意:滚珠丝杠不能承受任何径向力。））低摩擦性由于滚珠丝杠螺母与滚珠之间均为点接触，且均经过硬化热处理，所以其摩擦系数极小，因而大大提高使用寿命。数据采样插补是根据用户程序的进给速度，将给定轮廓曲线分割为每一插补周期的进给段，即轮廓步长。每一个插补周期执行一次插补运算，计算出下一个插补点坐标，从而计算出下一个周期各个坐标的进给量，进而得出下一插补点的指令位置。与基准脉冲插补法不同的是，计算出来的不是进给脉冲而是用二进制表示的进给量，也就是在下一插补周期中，轮廓曲线上的进给段在各坐标轴上的分矢大小，计算机定时对坐标的实际位置进行采样，采样数据与指令位置进行比较，得出位置误差，再根据位置误差对伺服系统进行控制，达到消除误差使实际位置跟随指令位置的目的。数据采样法的插补周期可以等于采样周期也可以是采样周期的整数倍；对于直线插补，动点在一个周期内运动的直线段与给定直线重合，对于圆弧插补，动点在一个插补周期运动的直线段以弦线逼近圆弧。数据采样插补主要有：时间分割法、扩展DDA法、双DDA法等等。4.1数字积分插补数字积分插补是脉冲增量插补的一种。下面将首先阐述一下脉冲增量插补的工作原理。4.1.1脉冲增量插补脉冲增量插补是行程标量插补，每次插补结束产生一个行程增