伺服系统基本应用

1、伺服系統基本應用,部門：ICS自動化 2010.11.17,伺服系統基本應用,一. 伺服系統的組成及分類,二. 伺服系統應用及定位模塊,三. 伺服馬達的選型,四. 伺服系統的基本程序設計,一.伺服系統的組成及分類,伺服系統是以位置和角度為控制量的控制系統的總稱,與位置和角度相關聯的速度、角速度、加速度、力等為控制量的系統.,1. 組成,控制X-Y工作台,旋轉工作台,w,一.伺服系統的組成及分類,2.1按控制結構分類為:開環方式、閉環方式,2. 分類,指 令 脈沖源,脈 沖 分配器,功 率 放大器,步進 電機,負 載,a) 開環控制方式,b) 閉環控制方式,指 令 脈沖源,脈 沖 分配器,功 率

2、 放大器,伺服 電機,負 載,位置 編碼器,一.伺服系統的組成及分類,2. 分類,2.2按驅動部件分類:,a.步進電機伺服系統 (屬於開環方式),b.直流伺服電機伺服系統 (屬於閉環方式),c.交流電機伺服系統 (屬於閉環方式),注: 因為步進電機步距角與其位移量有嚴格的對應關係,另步距誤差 不會積累的特點,沒有必要採用半閉環或全閉環控制方式,通常是 開環控制方式.,一.伺服系統的組成及分類,3.步進電機.直流伺服電機.交流伺服電機比較,3.1 步進特性 優點：運行平穩，剛性好，停止制動響應時間快. 缺點：轉速低-步距角細分有限決定它精度不高； 最高轉速不超過1000rpm；不適合作高速控制.

3、 尺寸大-同等轉矩的電機尺寸比伺服電機大。,3.2伺服特性 優點：運行平穩;電子齒輪分頻，精度高(360度/10000脈沖); 速度快可達30005000rpm.適合作高速高精度控制. 缺點：同等轉矩慣量比步進小(不含中慣量).,3.3交流伺服優先使用原因: 由於直流伺服電機有電刷和換向器,維護麻煩,成本高. 交流電機過載能力和最高轉速比直流伺服電機高，故 優先選交流伺服電機.,二. 伺服系統應用及定位模塊,1. 伺服電機工作方式,1.1 位置控制方式,1.2 速度控制方式: 在SPR端輸入0+/-10V的電壓,依電壓和速度指令 輸入放大系數來調整電機轉速。,1.3 轉矩控制方式 在TRQR端

4、輸入0+/-10V的電壓,依電壓和轉矩指令 輸入放大系數來 調整電機轉矩。,集電極開路輸入脈沖，允許最高頻率為200kpps。,差分驅動輸入脈沖，允許最高頻率為1Mpps。,二. 伺服系統應用及定位模塊,2.使用品牌： 步進：東方步進電機.MyCom步進電機. 多摩川步進電機.國產四通步進電機. 伺服： 分離型-鬆下伺服電機.三菱伺服電機安川伺服電機. 四通伺服電機(北京和利時). 集成型-SmartMotor(驅動器集成於馬達內部),3.目前ICS產品處伺服使用狀況如下：,自制設備:80左右為鬆下；10左右為三菱；10%為其它 品牌如四通.東方.台彎羅升等.,外購設備:三菱(成型機).鬆下.

5、安川.西門子等.,二. 伺服系統應用及定位模塊,1.定位模塊QD75的定位原理,二. 伺服系統應用及定位模塊,2.定位模塊QD75的焊線圖,二. 伺服系統應用及定位模塊,3.QD75的I/O,二. 伺服系統應用及定位模塊,4.1 QD75緩存區主要參數介紹,二. 伺服系統應用及定位模塊,1500：定位启动编号。1-600。指定位数据编号。 9001：机械原点回归。 9002：高速原点回归。 9003：当前值变更。 9004：多轴同时启动。,4.2 QD75緩存區主要參數介紹,二. 伺服系統應用及定位模塊,定位完成：单步执行 连续定位控制：执行完一个定位数据后，执行下一个定位 数据（速度要降为0

6、） 连续軌跡控制：执行完一个定位数据后，执行下一个定位数据（速度不降为0）,5.定位运行方式介绍,6.1 QD75基本參數,二. 伺服系統應用及定位模塊,6.2 QD75基本參數,二. 伺服系統應用及定位模塊,6.3 QD75基本參數,二. 伺服系統應用及定位模塊,6.4 QD75基本參數,二. 伺服系統應用及定位模塊,6.5 QD75基本參數,二. 伺服系統應用及定位模塊,6.6 QD75基本參數,二. 伺服系統應用及定位模塊,6.7 QD75基本參數,二. 伺服系統應用及定位模塊,三.伺服馬達的選型,根據所要製作機械的需求及特性選擇適當之傳動結構.,1.馬達選用程序,1.1 決定傳動結構,

7、1、滾珠螺桿傳動,應用場合：短距離移動，高精度,2、時規皮帶傳動,時規齒輪,時規皮帶,應用場合：大型搬運及精密機械,1.2 決定運轉模式,三.伺服馬達的選型,3、齒條及小齒輪傳動,齒條,小齒輪,應用場合：較長距離移動,4、鏈條傳動,應用場合：長距離及高速位移,V,10,速 度 （m/min）,ta,td,tf,1.0,tc,時間（s）,決定加減速時間,等速時間及停止時間.運轉循環的時間以及移動的距離.運轉模式的各項參數對於馬達大小的選擇有很重要的影響,譬如要使加速時間減少一半,則需一倍的加速扭力才可達成.,三.伺服馬達的選型,依據傳動機構負載質量計算出負載之轉動慣量,並求出負載轉動慣量與馬達轉

8、子之轉動慣量比值,請注意本篇均以SI單位制,轉動慣量的單位為 .,1.3 計算負載之轉動慣量,1.4 計算所需之旋轉速度,以所需之移動距離,加減速時間,最高驅動速度計算馬達所需之旋轉速度.,1.5 計算扭力,以所負載之轉動慣量計算出所需之加速扭力,及運動循環的平均扭力.,三.伺服馬達的選型,選擇能夠符合35項的馬達.,1.6 選擇馬達,2. 選擇相關之計算項目,2.1 馬達旋轉速度,系統運轉時所需的馬達最大旋轉速度須小於馬達額定旋轉速度,如此機械才可以長期運轉 . 馬達長期處於最大旋轉速度時,需特別注意扭力及溫度上升問題.,2.2 轉動慣量比值,加速時間*Vmax+ 等速時間*Vmax+ 減速

9、時間*Vmax=移動距離,三.伺服馬達的選型,轉動慣量代表一個物體容不容易被外加的力矩轉起來.這裡所說的轉動慣量比值是指馬達負載之轉動慣量為馬達轉子之轉動慣量的多少倍.一般而言使用小型馬達之機械設備需維持在20倍以下;而使用大型馬達之機械設備需維持在10倍以下,對於需要高響應特性的機械設備其比值需更小,例如一般工作母機都維持在5倍以下.,空心圓柱,D （m）,d （m）,圓柱體,中空圓柱,J=1/8WD kg m W:重量kg D:外徑m,2,.,2,J=1/8W(D +d )kg m W:重量kg D:外徑m d:內徑m,2,.,2,2,下面為各種傳動結構的轉動慣量計算公式:,三.伺服馬達的選型,V ,W,P,皮帶傳動,滾珠絲桿,J=JB+WP /4 kg m W:負載重量kg P:絲桿導程m JB:絲桿慣量kg m ,2,.,2,2,2,.,三.伺服馬達的選型,3.扭力 動作中馬達所需要最大扭力一般為加減速扭力,因此只要計算出最大扭力即