项目五任务5.1 认识交流伺服系统

电气控制与驱动目录项目1电气控制电路的识图、安装与调试

任务1.1认知低压电器

任务1.2识读电气控制系统图

任务1.3分析电气控制原理图

任务1.4典型机床控制电路的连接与调试项目2PLC控制系统的构建、编程与调试

任务2.1认知PLC

任务2.2认知三菱PLC

任务2.3PLC控制系统的应用设计项目3变频驱动（调速）系统的构建与调试

任务3.1认知变频器

任务3.2应用变频器基本运行功能控制传送带

任务3.3应用变频器的基本参数控制传送带

任务3.4应用变频器多段速度控制传送带电气控制与驱动目录项目4步进驱动系统的构建与调试

任务4.1利用步进驱动系统实现机械手的直线移动控制

任务4.2利用步进驱动系统实现机械手的定位控制

任务4.3搬运机械手的应用设计项目5伺服驱动系统的构建与调试

任务5.1认识交流伺服系统

任务5.2利用伺服系统速度控制模式控制圆形转盘工作台

任务5.3利用伺服系统转矩控制模式控制圆形转盘工作台

任务5.4

利用伺服系统位置控制模式控制圆形转盘工作台项目5

伺服驱动系统的构建与调试

任务5.1认知交流伺服系统【任务引入】

交流伺服系统是以交流伺服电动机为控制对象的自动控制系统，它主要由伺服控制器、伺服驱动器和伺服电动机组成。交流伺服系统主要有三种控制模式，分别是位置控制模式、速度控制模式和转矩控制模式。在不同的工作模式下，系统工作原理略有不同。交流伺服系统的控制模式可通过伺服驱动器的参数来改变。【任务目标】

1.根据控制要求完成系统接线。

2.完成伺服驱动器试运行调试。【相关知识】

伺服系统是一种用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统，又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。图5-1为伺服驱动系统结构框图。项目5

伺服驱动系统的构建与调试

任务5.1认知交流伺服系统图5-1伺服驱动系统结构框图5.1.1.伺服电动机伺服电动机是伺服系统中控制机械元件运转的电力驱动装置。伺服电动机可以将电压信号转化为转矩和速度等物理量以驱动控制对象，它可以非常准确地控制速度和位移精度。伺服电机分直流伺服电机和交流伺服电机。交流伺服电机又分同步电机和异步电机，在运动控制系统中一般用交流同步伺服电机，尤其是永磁同步伺服电机。永磁同步伺服电动机主要由定子和转子构成，其定子结构与一般的异步电动机相同。永磁同步伺服电动机的转子与异步电动机不同，异步电动机的转子一般为鼠笼式，转子本身不带磁性，而永磁同步伺服电机的转子上嵌有永久磁铁。项目5

伺服驱动系统的构建与调试

任务5.1认知交流伺服系统永磁同步伺服电动机主要由定子和转子构成，其定子结构与一般的异步电动机相同。永磁同步伺服电动机的转子与异步电动机不同，异步电动机的转子一般为鼠笼式，转子本身不带磁性，而永磁同步伺服点东西的转子上嵌有永久磁铁。

5.1.2.编码器伺服电动机常用编码器来检测其转速和位置。编码器装在伺服电机的输出轴上，与电动机同步旋转，转动的同时将编码信号送回驱动器，驱动器根据编码信息判断伺服电机的转向、转速、位置是否正确，据此调整驱动器输出的电源频率及电流大小。编码器种类很多，主要分增量型和绝对型两类。绝对型编码器具有位置记忆功能，而增量型编码器无位置记忆功能。下面介绍增量型编码器。1.外形

增量型编码器的外形如图5-2所示。图5-2编码器外形项目5

伺服驱动系统的构建与调试

任务5.1认知交流伺服系统

2.结构与工作原理

增量型光电编码器主要由玻璃码盘、发光管、光电接受管和整形电路组成。玻璃码盘的结构如图5-3所示，它从外往内分作三环，依次为A环、B环和Z环，各环中的黑色部分不透明，白色部分透明可通过光线，玻璃码盘的中间安装转轴，码盘与伺服电机同步旋转。

增量型光电编码器的结构与工作原理如图5-4所示。编码器的发光管发出光线照射到玻璃码盘，光线分别通过A、B环的透明孔照射到A、B相光电接受管上，从而得到A、B相脉冲，脉冲经过放大整形后输出，由于A、B环透明孔交错排列，故得到的A、B相脉冲相位差90

º。Z环只有一个透明孔，码盘旋转一周时只产生一个脉冲，该脉冲称为Z脉冲（零位脉冲），用来确定码盘的起始位置。图5-3玻璃码盘的结构图5-4增量型光电编码器的结构与工作原理说明图项目5

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任务5.1认知交流伺服系统5.1.3.伺服驱动器1.伺服驱动器的技术参数三菱MR-J3-20A伺服驱动器的型号构成及含义如图5-5。2.伺服驱动器接口与显示操作部分介绍三菱MR-J3-20A伺服驱动器接口外观如图5-6所示。图5-5三菱伺服驱动器型号构成及含义图5-6三菱伺服驱动器接口外观图项目5

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任务5.1认知交流伺服系统三菱MR-J3-20A伺服驱动器操作及显示说明如图5-7所示。图5-7三菱伺服驱动器操作及显示说明项目5

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任务5.1认知交流伺服系统3.伺服驱动器的结构原理1）主电路的结构原理

三菱伺服驱动器的主回路部分的结构组成与变频器的主回路结构原理相似，同样也包含整流电路、滤波和浪涌保护电路、再生制动电路和逆变电路，图5-8为MR-J3-20A主回路的结构示意图。图5-8MR-J3-20A主回路结构示意图项目5

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任务5.1认知交流伺服系统2）控制回路原理

三菱伺服驱动器的控制回路主要为三环控制回路（图5-9），其中，最内环为电流环，中间环为速度环，外环为位置环。这三环的控制都采用PID调节，即每一环都设有设定值、当前值、输出值。图5-9伺服驱动器控制回路原理示意图项目5

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任务5.1认知交流伺服系统

①电流环

此环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器输出到电动机各相的电流，并通过负反馈进行PID调节，从而达到输出电流尽量接近设定电流。电流环控制电动机转矩，所以在转矩模式下，驱动器运算量最小，动态响应最快。

②速度环

通过装在伺服电动机上的编码器所检测到的信号进行负反馈PID调节。由于速度输出环的输出值即是电流环的输入值，所以速度环控制时就包含了电流环。实际上，任何模式都必须使用电流环，电流环是控制的根本，在速度和位置控制的同时也在进行电流（转矩）的控制，以达到对速度和位置的相应控制。

③位置环

它是外环，可以在驱动器和编码器之间构建，也可以在外部控制器与编码器或最终负载之间构建。由于位置控制环的内部输出就是速度环的输入，所以位置控制模式下，系统进行了所有三个环的运算，此时，系统的运算量最大，动态响应速度也最慢。项目5

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任务5.1认知交流伺服系统4.伺服驱动器的试运行

一般在实际运行之前进行试运行。下面介绍伺服驱动器的试运行操作过程。

（1）系统接线

系统接线如图5-10所示。图5-10系统接线图项目5

伺服驱动系统的构建与调试

任务5.1认知交流伺服系统（2）点动运行设置电源接通后，按以下步骤选择点动运行模式运行，使用“MODE”按钮切换到诊断画面，如图5-11所示。（3）将SON、EMG、LSP、LSN置ON伺服电动机正常运行时需要将SON（伺服开启）、EMG（紧急停止）、LSP（正转行程末端）、LSN（反转行程末端）置ON。SON、EMG端子通过外部接线置ON，而LSP/LSN端子既可通过外接置ON，也可通过设置参数PD01=0C00内部置ON，如图5-10。项目5

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任务5.1认知交流伺服系统（4）在外部指令装置无输出指令状态下，执行点动运行

①操作运行

按住“UP”、“DOWN”按钮可使伺服电动机正、反旋转；松开按钮，伺服电动机便停止。通过伺服设置软件可改变运行条件。运行的初始条件和设定范围如表5-1所示。

②状态显示

此功能可确认点动运行中伺服电动机的状态。在可以运行点动的状态下，按下“MODE”，则显示“状态显示”画面。在这个画面上，通过“UP”、“DOWN”进行点动运行。每按一次“MODE”按钮，就会移到下一状态显示画面。移动一周后又回到点动运行状态。在使运行模式下，不能使用“UP”、“DOWN”按钮切换到状态显示画面。

③点动运行结束

可以通过断开电源或按“MODE”按钮切换到另外画面，按下“SET”2s以上，可以结束点动运行。表5-1运行的初始条件和设定范围项

目初始设定值设定范围转速（r/min）2000~瞬时允许转速加减速时间常数（ms）10000~50000项目5

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任务5.1认知交流伺服系统【任务计划】1.画出伺服系统试运行的接线示意图2.将伺服驱动器所需要设置的参数列于下表画出伺服系统速度控制模式接线示意图教师审核

序号参数号名称设定范围出产设定设定值备注