伺服系统培训资料

伺服系统培训教程主要内容一、伺服系统与步进系统的性能比较

二、伺服系统的工作原理及组成三、伺服系统的控制模式四、伺服驱动器的面板操作五、伺服驱动器一些重要参数的解析六、伺服系统增益调整的方法和意义七、伺服驱动器电子齿轮的使用方法八、伺服系统在使用中的注意事项一、伺服系统与步进系统的性能比较

控制精度不同2.运行性能不同3.速度响应性能不同4.矩频特性不同5.低频特性不同6.过载能力不同伺服系统与步进系统的性能比较控制精度不同 两相混合式步进电机的步距角一般为1.8º/0.9º，五相混合式步进电机的步距角一般为0.72º/0.36º，其控制分辨率较低。

日本松下A4

1、2500线编码器 反馈信号经驱动器四倍频处理。 控制分辨率可达：360º/（2500*4）=0.036º

2、17位编码器控制分辨率可达：360º/2^17=9.89秒

日本富士W

17位编码器 控制分辨率可达：360º/2^17=9.89秒伺服系统与步进系统的性能比较运行性能不同

步进驱动为开环控制系统。起跳频率过高或负载过大易出现丢步或堵转现象，停止时转速过高则容易出现过冲的现象，所以为了保证其控制精度，应该处理好升速、降速问题。 交流伺服系统为闭环控制，驱动器可直接对编码器反馈信号采样，在驱动器内部构成位置环和速度环，不会出现步进电机丢步或过冲的现象，控制性能则更为可靠。伺服系统与步进系统的性能比较速度响应性能不同

步进电机从静止加速到工作转速（300-400RPM）一般需200-300毫秒。（空载） 交流伺服系统的加/减速性能较好。 以PanasonicMSMA400W为例，从静止加速到额定转速3000RPM，仅需几毫秒。（空载） 因此，交流伺服系统适合于要求快速启停或频繁正反转的应用场合。伺服系统与步进系统的性能比较矩频特性不同

步进电机的输出转矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其工作转速一般为300-600RPM。伺服系统与步进系统的性能比较(Nm)转速RPM3006000.2步进电机HN2003426矩频特性不同

交流伺服电机为恒力矩输出。即在额定转速（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。伺服系统与步进系统的性能比较转速（RPM）（Nm)300050002.4交流伺服电机MSMA750W低频特性不同

步进电机在低速时易出现低频共振现象，其共振点与负载情况和驱动器的性能有关。 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，可涵盖机械系统刚性不足，并且系统内部具有频率解析功能（FFT），可检测机械系统的共振点，便于系统调整。伺服系统与步进系统的性能比较过载能力不同

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FUJI伺服为例： 转矩过载： 最大转矩为额定转矩的三倍左右,适于惯性负载的启动。 速度过载： 小惯量：额定3000RPM，最大5000RPM； 中惯量、大惯量：额定2000RPM，最大3000RPM。伺服系统与步进系统的性能比较伺服系统与步进系统相比的不足之处

伺服在微动或定位保持上是一种动态的平衡，它是系统通过检测位置反馈信号进行的负反馈PID调节，它对低于一个编码器分辨率的微动不响应。同时，定位保持时也是动态的响应外部负载而随时改变力矩以达到动态平衡。 比如客户需要电机在结束定位时不能有任何运动，需保持绝对静止，此种情况下伺服系统就难以满足要求。伺服系统与步进系统的性能比较二、伺服系统的工作原理及组成工作原理

伺服电机是一个典型闭环反馈系统，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于驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，产生纠正脉冲，调整转子转动的角度，从而达到使伺服电机精确定位的目的。

伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

伺服系统的工作原理及组成系统的组成

从基本结构来看，伺服系统主要由几部分组成：控制器，功率驱动装置、反馈装置，电动机（附图）。 控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差，调节控制量； 功率驱动装置作为系统的主回路，一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上，调节电动机转矩的大小；另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电； 电动机则按供电大小带动机械运转。

伺服系统的工作原理及组成伺服系统的工作原理及组成系统的组成额定转速、额定扭矩、额定功率三者的关系

伺服系统的工作原理及组成额定功率：P（KW）额定转速：N（RPM）额定扭矩：T（Nm)P=N*T/9550伺服系统的矩频特性：额定转速以内为恒扭矩输出，超过额定转速为恒功率输出只有工作在额定转速下输出额定扭矩，才能输出其额定功率。三、伺服系统的控制模式伺服系统的控制模式伺服驱动器按照其控制对象由外到内分为位置环、速度环和电流环，相应地，伺服驱动器也就可以工作在位置控制模式、速度控制模式和力矩控制模式。当伺服驱动器工作在力矩控制模式时，其力矩给定值可以由三种方式给定：1、使用模拟量给定；2、参数设置的内部给定；3、通讯给定；当伺服驱动器工作在速度控制模式时，其速度给定值可以由三种方式给定：1、使用模拟量给定；2、参数设置的内部给定；3、通讯给定；当伺服驱动器工作在位置控制模式时，其位置给定值可以由两种方式给定：1、脉冲输入给定；2、参数设置的内部给定；3、通讯给定。伺服系统的控制模式参数设置的内部给定应用比较少，为有限的有级调节。使用模拟量给定的优点是响应快，应用于许多高精度高响应的场合，缺点是存在零漂，给调试带来困难。脉冲控制兼容常用信号方式：CW/CCW（正反向脉冲）、脉冲/方向、A/B相信号，缺点是响应慢。通讯给定方式是欧系产品常用的控制方式，优点是给定迅速，响应快，能合理进行运动规划。伺服系统的控制模式伺服的三种控制方式：1，位置控制：脉冲控制方式，与步进系统类似。2，速度控制：模拟电压指令，速度与电压值成正比。3，扭矩控制；模拟电压指令，扭矩与电压值成正比。伺服系统位置环的构成方式1、在伺服驱动器构成位置闭环

步进方式——“脉冲/方向”信号。2、在上位控制系统构成位置闭环

伺服方式——“+/-10V电压+电机位置反馈”。3、在驱动器内部构成位置闭环

运动总线方式——通过总线方式在控制器和伺服系统间传输数字信号。

优点：抗干扰、省接线、维护简单、可靠性高。

如：SERCOS总线，EthernetPowerlink总线等。伺服系统的控制模式四、伺服驱动器的面板操作五种模式： 1，监视器模式 2，参数设置模式 3，EEPROM写入模式 4，自动调整模式 5，辅助功能模式熟练掌握以下操作： JOG操作、自动增益调整、自动零飘校正，内部速度控制 Panaterm调试软件使用

此部分内容的讲解需要结合实际操作。伺服驱动器的面板操作五、伺服驱动器一些重要参数的解析伺服驱动器一些重要参数的解析详细了解以下参数的意义：控制模式的设置：02、03、05、06输入信号有效/无效选择：04、43、4E面板锁定：0E伺服增益：10、11、12、13、14、15、20、21指令脉冲与编码器反馈：40、41、42、44、45、46、47、48、49、4A、4B速度控制：50、51、52、53、54、55、56、58、59、5A保护动作时序：65、66、67、68、69、6A、6B

此部分内容的需要在实际操作中详细了解并掌握。六、伺服系统增益调整的方法和意义

1，伺服系统的性能分析

衡量一个伺服系统的性能主要从以下四个方面来分析：响应速度、刚度、稳定性以及抗噪音能力。

①、响应速度 伺服系统的响应速度描述了系统响应指令给定的快慢程度，对大部分的伺服系统来说追求较快的响应速度，系统的增益越大，则响应速度快，有助于提高系统的性能； ②、刚度 伺服系统的刚度描述了系统抗扭矩干扰的能力，系统的刚度比较难于衡量，这是由于系统的干扰往往难于量化，对于一个伺服系统来说，高的刚度能够达到较好的伺服性能； 伺服系统增益调整的方法和意义 ③、稳定性 伺服系统的稳定性描述了系统消除自振荡的裕量，任何一个系统都必须有合适的稳定裕量，伺服系统的稳定性一般通过对方波信号响应的过冲量和振荡次数来衡量，伺服增益越高，系统的稳定性将降低； ④、抗噪音能力 伺服系统的抗噪音能力描述了系统对噪音源的放大程度，噪音干扰会导致系统发热、振荡，扭矩波动和杂音等不良现象。伺服增益越高，系统的抗噪音能力将越低。 伺服系统的调整主要是系统的各项控制增益的调整。 当增益调整较高时，可以使得系统具有较快的响应速度，提高系统的刚度从而提高系统抗扭矩干扰的能力。然而，另一个方面，过高的增益将使得系统的稳定性和抗噪音能力下降。因此，伺服系统的调整实际上是一个寻求系统各项性能的相互平衡并使整体性能最优的决策过程。伺服系统增益调整的方法和意义伺服系统增益调整的方法和意义2、伺服增益调整意义：伺服系统更快、更准确地跟随指令，使整体性能最优化。方法：手动调整、自动调整七、伺服驱动器电子齿轮的使用方法伺服驱动器电子齿轮的使用方法作用：1，每单位指令脉冲所对应的电机移动量可随意设置。比如让电机每3000个脉冲电机转2圈。2，当控制器的最高输出脉冲频率不高时，可设置较小的倍频数，以达到所需的电机转速。

使用的实质就是计算伺服电机多少个脉冲转一圈，类似于步进系统的细分数设置。相关参数：48、49、4A、4B。八、伺服系统在使用中的注意事项

伺服系统在使用中的注意事项1，伺服系统的抗干扰措施

伺服驱动器和通用变频器一样在PWM控制回路中进行高频率切换，所以有时会有辐射噪音以及传导噪音对外围设备造成影响。以下为有效对策：

①、伺服驱动器放入控制柜里，控制柜接地，不和计算机等设备相邻放置；

②、在对同一电源的机器干扰的情况下，在伺服驱动器的主电源输入端加装电源滤波器。在对不同电源的机器有影响的情况下，使用防干扰变压器；

③、从伺服驱动器到伺服电机的动力配线（U、V、W、地）置于金属管内，金属管应接地（也可以实行多点接地），并和电机编码器反馈信号线保持足够距离；

④、地线尽可能粗，以最短距离接地；