伺服控制设计及技术应用[1].ppt

1、伺服控制設計及技術應用,一. 伺服系統的組成及分類,二. 伺服系統應用,三. 位控單元使用方法,四. 伺服系統發展趨勢,一. 伺服系統的慨述,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. 伺服系統的慨述,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) 開環控制方式,指 令 脈沖源,脈 沖 分配器,功 率 放大器,伺服 電機,負 載,位置 編碼器,一. 伺服系統的慨述,2. 分類

2、,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. 伺服系統的慨述,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. 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

3、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. 伺服系統的應用,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

4、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. 伺服系統的應用,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DS產品處伺服使用狀況如下：,自制設備:70左右為鬆下；20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.安川.西門子等.,二. 伺服系統的應用,4.裝配自動化中伺服電機應用,裝配自動化中常用伺服系統分為以下

5、六種：,4.1 棘輪定長送端子,鬆下伺服,送料棘輪,注：位控模塊採用相對控制方式,用於PCI_E插針機,4.14.6為位置控制,二. 伺服系統的應用,4.2 凸輪組裁切插針,裁切插針凸輪,鬆下伺服,注：位控模塊採用相對控制方式,用於DDRII插針機,二. 伺服系統的應用,4.3 絲桿送料,驅動滾珠絲桿,鬆下伺服,注：位控模塊採用絕對控制方式,用於DDRII插HOOK,二. 伺服系統的應用,4.4 包裝機,4.5 翻轉機構,東方伺服,抓盤機構,90度翻轉,鬆下伺服,注：位控模塊採用相對控制方式,注：位控模塊採用絕對控制方式,二. 伺服系統的應用,4.6 外購直線平台,IA直線伺服馬達,特點：1.

6、省配線,縮短開發周期. 2.行程-可任意設置500個位置.,用於DDR插HOOK,a.直接法-BCD碼直接控制.,b.程序法-SEL語言編程,適應復雜控制,3.控制方式：,注：有獨立CPU無需位控單元,二. 伺服系統的應用,4.7 折邊料-速度控制,優點 a) 起動快,噪音低,體積小; b) 速度可達3000RPM; 比交流馬達轉速快.,缺點 成本偏高.,二. 伺服系統的應用,5.使用中常見問題,a.馬達軸直接連直徑大的棘輪送端子且馬達轉速快;,現有對策：1.調整驅動器位置增益和速度增益，可改善其性能，但 馬達轉速不可太快或采用自動增益調整.,5.1馬達抖動-定位慢，自動機無法提速.,出現原因

7、:,4.將低慣量伺服換成中慣量伺服，成本較高.,3.如速度不要求高速(轉矩又滿足時)可考慮用五相步進代替.,2.給馬達增裝精密減速機.,b.馬達軸通過同步帶帶動翻轉機構，翻轉機構慣量較大.,5.2 馬達失步-送料不準自動機無法生產.,出現背景: a. 脈沖線或馬達附近有幹擾源 (變頻器/頻繁動作RELAY等).,二. 伺服系統的應用,5.使用中遇到問題,b.機構連軸器鬆動.絲桿滾珠摩損.,c.配電布線不規范.,二. 伺服系統的應用,預防及對策：,5.2.1.設備PLC電源要安裝隔離絕緣變壓器.,5.2.2 伺服驅動器輸入電源要安裝雜訊濾波器.,隔離變壓器,雜訊濾波器,5.2 馬達失步-送料不準

8、自動機無法生產.,二. 伺服系統的應用,5.2.3.驅動器脈沖電源DC應單獨供電,單獨供電VC2.VD2,單獨供電VC1.VD1,預防及對策：,5.2 馬達失步-送料不準自動機無法生產.,二. 伺服系統的應用,5.2.4 驅動器馬達輸出線應遠離編碼器線(分開走線).,5.2.5 脈沖信號線禁止與220VAC電源線放與同一線槽.,5.2.7 設備內有變頻器等幹擾源應注意隔離屏蔽.,5.2.8 配電時選用的開關電源必須具有”3c”和”UL” 認証.,5.2.6 脈沖輸入信號線應採用屏蔽線纜配電，且屏蔽線要 接地.,預防及對策：,5.2 馬達失步-送料不準自動機無法生產.,二. 伺服系統的應用,從以

9、上伺服應用案例中可得出以下結論,1. 現有伺服控制器均採用位置控制模式工作： a.位移由輸入脈沖量決定. b.速度由輸入脈沖的頻率決定.,2.直線運動一般採用絕對控制；圓周運動一般採用相對控制.,3.所有的伺服系統存在缺限：,注：絕對運動適合任意位置定位.,現有設備伺服電機和驅動器是閉環控制，但是位置控制單元與驅 動器之間是開環控制.嚴格的講上述系統隻是一種半閉環控制系統.,4.後續優先採用全閉環控制，使系統具有絕對位置檢測， 提高控制精度.,三. 位控單元使用方法,我們現在較常用的位控單元包括C200HW和CJ1W系列NC113 .NC213和NC413, 分別可以實現對一個軸.兩個軸和四個

10、軸控制.任意兩軸可作直線插補.這些單元都是C200HX/HG/HE/CJ1系列PLC 的特殊I/O模塊。 PCU初始化有兩種方法 1.通過CX-Programmer6.1軟體很容易對位控單元PCU初始化簡單快速,無須了解參數區寄存器地址. 2.通過順控程序對PCU初始化占用掃描時間不建議使用.,1.OMRON公司常用位控單元簡介,三. 位控單元使用方法,2.系統配置示意圖,PCU-位控單元NC413,特點： 1.縮短PLC CPU掃描時間.,3.可發脈沖頻率最高500KPPS.,4.可作相對和絕對控制.,常用控制方法：,1.直接控制-直接傳速度/脈沖量和方向 給位控單元RAM,啟動PCU.,2

11、.間接控制-先把數據存在PCU的Flash Rom內,運行時僅 發啟動命令給PCU即可執行,適合作多段加 減速控制,例PCI/PCI_E/DDRII插針機構控制.,2.可作任意兩軸直線插補.,三. 位控單元使用方法,3. LowCostDDRII高速插針機系統配置,CJ1W NC113+N413,注用于送HSG/端子/插針 位置控制.,PLC程序見附檔,2.MITSUBISHI公司位控單元簡介,MITSUBISHI提供的位控單元可以滿足幾乎所有伺服系統所提出的運動控制要求，並且為不同要求的系統提供了不同的解決方案。 2.1 高速高精度的定位控制 支持2-4軸直線插補、兩軸圓弧插補、速度控制、位

12、置速度切換、軌跡控制等豐富的位置控制系統，另外通過使用”GX-Configurator-QP” 軟件，可實現參數設定和監控、調試等工作,大大縮短程序調試時間。,三. 位控單元使用方法,2.1.1 脈沖列輸出型 根據不同地使用要求可以選用集電極開路型（QD75P）差動驅動器型（QD75D）兩種產品，可以執行高達1Mpps的高速指令實現高速高精度的定位。其系統構成如下： 注：現在所裝的DDRII/PCI_EALLINEONE高速插針機所用的定位模塊為QD75P4,三. 位控單元使用方法,2.1.2連接SSCNET型（QD75M/QCPU172/173） 通過使用高速串行電纜SSCNET大大節省了配線，而且通過數據採集方式返回原點的方式返回原點實現了絕對系統的要求，一個系統最多可控制96軸.其系統構成如下：,注：技嘉AGP自動裝LAP機採用QD75M4,三. 位控單元使用方法,該系統主要的定位模塊是QD70P，具備了移動到任意位置的定位控制、等速控制等功能，一個模塊可以對應軸/8軸的控制。此系統速度變化細微、加減速平滑，比較適用與步進系統，其系統構成如下：,2.2 控制簡單、軸數較多的系統,三. 位控單元使用方法,三. 位控單元使用方法,3. PCI_EALLINONE多功能連線機,QD75P2+QD75P4,注用于送HSG/送端子/ 插針位置控制