技術(shù)培訓：伺服系統(tǒng)及實例應用1130

1、技術(shù)培訓：我對伺服系統(tǒng)的理解技術(shù)培訓：我對伺服系統(tǒng)的理解浙江奇賽其自動化科技有限公司KISEKI伺服系統(tǒng)及實例應用伺服系統(tǒng)及實例應用歐陽建清 2015.11.25目錄 一、 伺服系統(tǒng)定義伺服系統(tǒng)定義 二、 伺服系統(tǒng)組成伺服系統(tǒng)組成 三、 伺服系統(tǒng)要求及分類伺服系統(tǒng)要求及分類 四、 伺服系統(tǒng)的實例應用伺服系統(tǒng)的實例應用3奇賽其自動化 以移動部件的以移動部件的位置位置和和速度速度作為控制量的作為控制量的自動控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)（Feed Servo System）4奇賽其自動化位置指令位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)器速度檢測位置控制速度控制+-電機機械傳動機構(gòu)實際位置反饋實際速度

2、反饋功率驅(qū)動位置檢測+l伺服系統(tǒng)組成伺服系統(tǒng)組成1. 組成：組成： 伺服系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：伺服系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：位置控制單元位置控制單元；速度控速度控制單元制單元；驅(qū)動元件驅(qū)動元件(電機電機)；檢測與反饋單元檢測與反饋單元；機械執(zhí)行部件機械執(zhí)行部件。5奇賽其自動化 1.調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性（在調(diào)速范圍內(nèi)）調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性（在調(diào)速范圍內(nèi)） 調(diào)速范圍：調(diào)速范圍：RN=Fmax/Fmin 一般要求：一般要求： RN 1000， 且且 0.1 mm/min Fmin 1 mm/min 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：指輸出速度的波動要少，尤其是在低速時的平穩(wěn)性顯得特別重指輸

3、出速度的波動要少，尤其是在低速時的平穩(wěn)性顯得特別重要。要。 2. 位置精度高位置精度高 實際位移與指令位移的差值要小。位置精度一般為實際位移與指令位移的差值要小。位置精度一般為0.010.001mm，甚至可高至，甚至可高至0.1m。 3.穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好 即負載特性要硬，當負載發(fā)生變化或承受外界干擾的情況即負載特性要硬，當負載發(fā)生變化或承受外界干擾的情況下，輸出速度應基本不變，而且保持平穩(wěn)均勻。下，輸出速度應基本不變，而且保持平穩(wěn)均勻。 4.動態(tài)響應快動態(tài)響應快 即有高的靈敏度，達到最大穩(wěn)態(tài)速度的時間要短，一般即有高的靈敏度，達到最大穩(wěn)態(tài)速度的時間要短，一般要求在要求在200100ms，甚至小

4、于幾十毫秒。動態(tài)響應的快慢，反映了系統(tǒng)跟蹤，甚至小于幾十毫秒。動態(tài)響應的快慢，反映了系統(tǒng)跟蹤精度的高低，直接影響輪廓加工精度的高低和加工精度的高低，直接影響輪廓加工精度的高低和加工表面質(zhì)量的好壞。表面質(zhì)量的好壞。6奇賽其自動化 位置檢測裝置將檢測到的移動部件的實際位移量進行位置檢測裝置將檢測到的移動部件的實際位移量進行位置反饋，與位置指令信號進行比較，將兩者的差值進行位置反饋，與位置指令信號進行比較，將兩者的差值進行位置調(diào)節(jié)，變換成速度控制信號，控制驅(qū)動裝置驅(qū)動伺服位置調(diào)節(jié)，變換成速度控制信號，控制驅(qū)動裝置驅(qū)動伺服電動機以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到指令電動機以給定的速度向著消除偏差

5、的方向運動，直到指令位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。l 基本工作原理基本工作原理7奇賽其自動化 伺服系統(tǒng)是一個位置隨動系統(tǒng)，按有無位置伺服系統(tǒng)是一個位置隨動系統(tǒng)，按有無位置檢測和反饋有以下三種：檢測和反饋有以下三種： l 開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)l 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)l 閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)8奇賽其自動化步進電機步進驅(qū)動裝置控制器脈沖串方向脈沖相電壓l 開環(huán)伺服系統(tǒng)組成開環(huán)伺服系統(tǒng)組成u信號單向流動，沒有反饋。信號單向流動，沒有反饋。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試簡單。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試簡單。 缺點：缺點： 位置精度較低，位置精度較低，抗干擾

6、能力差，對環(huán)境和元件的要求嚴格抗干擾能力差，對環(huán)境和元件的要求嚴格。9奇賽其自動化位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)器信號處理+實際位置反饋實際速度反饋功率驅(qū)動+編碼器編碼器伺服電機伺服電機位置指令l 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成半閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成檢測位置10奇賽其自動化位置指令位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)器速度檢測+實際位置反饋實際速度反饋功率驅(qū)動位置檢測+伺服電機伺服電機測速發(fā)電機或編碼器l 全閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成全閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成11奇賽其自動化 將檢測裝置裝在移動部件上，直接測量移動部件的實際位移來將檢測裝置裝在移動部件上，直接測量移動部件的實際位移來進行位置反饋的進給系統(tǒng)稱為進行位置反饋的進給系統(tǒng)稱為閉環(huán)伺

7、服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 優(yōu)點：抗干擾能力強，穩(wěn)定可靠，精度較高。優(yōu)點：抗干擾能力強，穩(wěn)定可靠，精度較高。缺點：結(jié)構(gòu)復雜，缺點：結(jié)構(gòu)復雜， 設計和調(diào)試技術(shù)復雜。設計和調(diào)試技術(shù)復雜。l 閉環(huán)伺服系統(tǒng)特征閉環(huán)伺服系統(tǒng)特征u全閉環(huán)伺服系統(tǒng)可以消除機械傳動機構(gòu)的全部誤差，而半閉環(huán)全閉環(huán)伺服系統(tǒng)可以消除機械傳動機構(gòu)的全部誤差，而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)只能補償部分誤差，因此，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度比伺服系統(tǒng)只能補償部分誤差，因此，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度要低一些。閉環(huán)系統(tǒng)的精度要低一些。12奇賽其自動化 在全數(shù)字式伺服系統(tǒng)中，控制器直接在全數(shù)字式伺服系統(tǒng)中，控制器直接將位置指令以數(shù)字信將位置指令以數(shù)字信號的

8、形式號的形式傳送給伺服驅(qū)動裝置，伺服驅(qū)動裝置本身具有位置和速傳送給伺服驅(qū)動裝置，伺服驅(qū)動裝置本身具有位置和速度控制功能。度控制功能。 控制器與伺服驅(qū)動裝置之間通過控制器與伺服驅(qū)動裝置之間通過總線總線相互傳遞如下信息：相互傳遞如下信息：l 位置指令和實際位置位置指令和實際位置l 速度指令和實際速度速度指令和實際速度l 轉(zhuǎn)矩指令和實際轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩指令和實際轉(zhuǎn)矩l 伺服系統(tǒng)及伺服電機參數(shù)伺服系統(tǒng)及伺服電機參數(shù)l 伺服狀態(tài)和報警伺服狀態(tài)和報警l 全數(shù)字式伺服系統(tǒng)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)13奇賽其自動化 CNC 第第 n 軸伺服單元軸伺服單元 第第 1 軸伺服單元軸伺服單元SMPC總線總線總線總線SMPC 控制器

9、第第 n 軸伺服單元軸伺服單元 第第 1 軸伺服單元軸伺服單元SMPC總線總線總線總線SMPCl 全數(shù)字式伺服系統(tǒng)組成全數(shù)字式伺服系統(tǒng)組成14奇賽其自動化l 全數(shù)字式伺服系統(tǒng)組成全數(shù)字式伺服系統(tǒng)組成總線型總線型15奇賽其自動化l 全數(shù)字式伺服系統(tǒng)特點全數(shù)字式伺服系統(tǒng)特點1. 系統(tǒng)的位置、速度和電流環(huán)節(jié)的調(diào)整由軟件實現(xiàn)。系統(tǒng)的位置、速度和電流環(huán)節(jié)的調(diào)整由軟件實現(xiàn)。2. 具有較高的動、靜態(tài)特性。在檢測靈敏度、溫度漂移、噪聲及抗干擾等方面具有較高的動、靜態(tài)特性。在檢測靈敏度、溫度漂移、噪聲及抗干擾等方面都優(yōu)于模擬式伺服系統(tǒng)。都優(yōu)于模擬式伺服系統(tǒng)。3. 引入前饋控制，構(gòu)成了具有反饋和前饋復合控制的系統(tǒng)

10、結(jié)構(gòu)。引入前饋控制，構(gòu)成了具有反饋和前饋復合控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。4. 由于全由于全數(shù)字式伺服系統(tǒng)采用總線通信方式，極大地減小了連接電纜，數(shù)字式伺服系統(tǒng)采用總線通信方式，極大地減小了連接電纜，便于設備安裝和維護，提高了系統(tǒng)可靠性，同時通過顯示終端便于設備安裝和維護，提高了系統(tǒng)可靠性，同時通過顯示終端實時監(jiān)控實時監(jiān)控伺服狀態(tài)。伺服狀態(tài)。16奇賽其自動化 當前當前 ，全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)在機電一體化設備驅(qū)動中得到了廣泛應用。，全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)在機電一體化設備驅(qū)動中得到了廣泛應用。全數(shù)字式交流伺服可作速度、轉(zhuǎn)矩和位置控制，接受指令脈沖或模擬電壓指令全數(shù)字式交流伺服可作速度、轉(zhuǎn)矩和位置控制，接受指令脈沖

11、或模擬電壓指令信號，并自帶位置環(huán)，具有豐富的自診斷、報警功能。信號，并自帶位置環(huán)，具有豐富的自診斷、報警功能。各控制參數(shù)通過以下方各控制參數(shù)通過以下方法用數(shù)字方式設定：法用數(shù)字方式設定：l 通過驅(qū)動裝置上的顯示器和按鍵進行設定通過驅(qū)動裝置上的顯示器和按鍵進行設定l 通過驅(qū)動裝置上的通信接口與上位機通信進行設定通過驅(qū)動裝置上的通信接口與上位機通信進行設定l 通過可分離式編程器和驅(qū)動裝置上的接口進行設定通過可分離式編程器和驅(qū)動裝置上的接口進行設定17奇賽其自動化控制器控制器總線總線驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置顯示設定窗口顯示設定窗口編碼器信號線編碼器信號線三相電三相電源進線源進線伺服電機伺服電機三相電源三相電

12、源18奇賽其自動化電機部分：電機部分：交流永磁電機交流永磁電機 功率變換部分：可控整流、直流斬波、逆變等功率變換部分：可控整流、直流斬波、逆變等控制器部分：控制器部分：PIDPID控制、自適應控制、模糊控制、智能控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)控制、自適應控制、模糊控制、智能控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等矩控制等二、二、 交流交流的組成的組成19奇賽其自動化CNC裝置伺服驅(qū)動X-Y運動平臺指令電流位置/速度反饋插補算法位置控制位置控制速度控制電流控制位置/速度反饋電流二、二、 交流交流的組成的組成20奇賽其自動化伺服電機伺服電機伺服電機驅(qū)動器伺服電機驅(qū)動器21奇賽其自動化伺服電機伺服電機伺服電機驅(qū)動器伺

13、服電機驅(qū)動器22奇賽其自動化松下交流伺服電機及驅(qū)動器松下交流伺服電機及驅(qū)動器安川伺服電機驅(qū)動器安川伺服電機驅(qū)動器23奇賽其自動化1 1、主要功能、主要功能（1 1）根據(jù)給定信號輸出與此成）根據(jù)給定信號輸出與此成正比的控制電壓正比的控制電壓UCUC；（2 2）接收編碼器的速度和位置）接收編碼器的速度和位置信號；信號；（3 3）I/OI/O信號接口信號接口24奇賽其自動化數(shù)碼顯示窗口數(shù)碼顯示窗口參數(shù)設置鍵參數(shù)設置鍵計算機計算機RS232口口I/O信號接口信號接口編碼器信號接口編碼器信號接口電機電源輸入輸出接電機電源輸入輸出接線端子線端子2、外部接口、外部接口25奇賽其自動化3 3、控制模式、控制模

14、式（1 1）位置控制模式）位置控制模式最大輸入脈沖頻率最大輸入脈沖頻率500KPPS500KPPS（微分接收器）和（微分接收器）和200KPPS200KPPS（用（用于開路收集器）于開路收集器）（2 2）速度控制模式）速度控制模式 模擬速度指令輸入：模擬速度指令輸入：0 010V/10V/額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速（3 3）力矩控制模式）力矩控制模式模擬力矩指令輸入：模擬力矩指令輸入：0 010V/10V/最大力矩最大力矩26奇賽其自動化編碼器編碼器部分部分u 安裝在電機后端，其轉(zhuǎn)盤（光柵）與電機同軸。安裝在電機后端，其轉(zhuǎn)盤（光柵）與電機同軸。5V5V0V0V伺服電機控制精度取決于編碼器精度。伺服電機控

15、制精度取決于編碼器精度。編碼器編碼器27奇賽其自動化絕對值和增量編碼器的區(qū)別絕對值和增量編碼器的區(qū)別傳送在一轉(zhuǎn)中每一步的唯一的位置信息位置信息一直可用,即使在掉電或電源出現(xiàn)故障時一般應用于角度測量及往復運動一般用來測試速度與方向也可以用角度測量，但在掉電或電源出現(xiàn)故障時位置信息丟失28奇賽其自動化增量編碼器增量編碼器 顯示速度與旋轉(zhuǎn)方向 顯示角度位置(脈沖累計) 角度測量時，如果電源出現(xiàn)故障,所有的位置信息丟失 分辨率通過每轉(zhuǎn)多少脈沖表示29奇賽其自動化絕對值編碼器絕對值編碼器 應用于角度測量及往復運動的測量 在0360的每一個角度位置傳輸一個唯一的信號 (單圈) 在測量的圈數(shù)中，每一圈，每一

16、個位置都有唯一的信號（多圈） 即使在掉電或者電源出現(xiàn)故障時,位置信息一直可用.不必復零 ! 碼盤材質(zhì)一般為玻璃或高分子材料！30奇賽其自動化3031奇賽其自動化交流伺服系統(tǒng)應用交流伺服系統(tǒng)應用圖圖 2-2 2-2 交流伺服電機系統(tǒng)接線示意圖交流伺服電機系統(tǒng)接線示意圖交流伺服電機驅(qū)動器連接連接AC220V I/O板板交流伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)交流伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)32奇賽其自動化PC機機運動控制器運動控制器I/O電電路路驅(qū)驅(qū)動動器器電電 機機Pulse 0/1P9-0/2CN SIG控制電壓編碼器反饋信號軸號0/1數(shù)據(jù)信號使能信號使能信號DO 21/22速度信號速度信號DAC 0/1交流伺服電機系統(tǒng)應用交流伺服

17、電機系統(tǒng)應用交流伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)交流伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)33奇賽其自動化1 1、啟動軟件、啟動軟件2 2、進入、進入TESTTEST功能，使用功能，使用JOGJOG模式模式調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)3 3、正反轉(zhuǎn)試運行、正反轉(zhuǎn)試運行2 、使用計算機設置調(diào)試伺服系統(tǒng)使用計算機設置調(diào)試伺服系統(tǒng)34奇賽其自動化1 、設置參數(shù)方法一方法一聯(lián)接計算機使用軟件聯(lián)接計算機使用軟件設置設置方法二方法二直接在驅(qū)動器面板直接在驅(qū)動器面板按鈕設置按鈕設置交流伺服電機系統(tǒng)使用交流伺服電機系統(tǒng)使用35奇賽其自動化四、伺服系統(tǒng)實例分析1、系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)的組成 飛剪系統(tǒng)包括電氣控飛剪系統(tǒng)包括電氣控制和機械結(jié)構(gòu)兩部分組成制和機械結(jié)構(gòu)兩部分組成，

18、其中電氣控制部分包括，其中電氣控制部分包括：人機界面、：人機界面、PLC、運動、運動控制器、互連模塊、交流控制器、互連模塊、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)、測長輪編伺服驅(qū)動系統(tǒng)、測長輪編碼器、限位開關(guān)等；機械碼器、限位開關(guān)等；機械部分包括工作臺、絲杠、部分包括工作臺、絲杠、切刀、液壓缸和測長輪等切刀、液壓缸和測長輪等。 實例1：型材飛剪系統(tǒng)36奇賽其自動化四、伺服系統(tǒng)實例分析1、系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)的組成 S1、S2、S3為接近開為接近開關(guān)，負責切刀的上下限位關(guān)，負責切刀的上下限位和工作臺的返回零位；和工作臺的返回零位；S4、S5、S6為滾輪式行程開為滾輪式行程開關(guān)，負責工作臺的終端停關(guān)，負責工作臺的終端停車及

19、超行程保護。車及超行程保護。 實例1：型材飛剪系統(tǒng)37奇賽其自動化四、伺服系統(tǒng)實例分析1、系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)的組成人機界面，設有手動運行人機界面，設有手動運行、自動運行、參數(shù)設定、自動運行、參數(shù)設定、故障診斷等畫面，具有控故障診斷等畫面，具有控制系統(tǒng)的啟動、停車、長制系統(tǒng)的啟動、停車、長度設定、產(chǎn)量設定、故障度設定、產(chǎn)量設定、故障報警等功能。報警等功能。實例1：型材飛剪系統(tǒng)38奇賽其自動化四、伺服系統(tǒng)實例分析2、系統(tǒng)的工作過程、系統(tǒng)的工作過程 帶材首先通過輥壓機組帶材首先通過輥壓機組冷彎成需要的型材，然后冷彎成需要的型材，然后通過飛剪機構(gòu)剪切成一段通過飛剪機構(gòu)剪切成一段段符合預先設定長度的型段符

20、合預先設定長度的型材。伺服電機通材。伺服電機通 過絲杠拖過絲杠拖動工作臺往復運動，由液動工作臺往復運動，由液壓缸帶動刀具完成沖切任壓缸帶動刀具完成沖切任務，其運行過程如下：務，其運行過程如下： 實例1：型材飛剪系統(tǒng)39奇賽其自動化四、伺服系統(tǒng)實例分析1、系統(tǒng)的工作過程、系統(tǒng)的工作過程 (1)型材以恒速向前移型材以恒速向前移動，由測長輪測定型材長動，由測長輪測定型材長度，當達到預定值時，單度，當達到預定值時，單軸運動控制器啟動伺服電軸運動控制器啟動伺服電機，工作臺開始移動。機，工作臺開始移動。 實例1：型材飛剪系統(tǒng)40奇賽其自動化四、伺服系統(tǒng)實例分析2、系統(tǒng)的工作過程、系統(tǒng)的工作過程 (2)當工作臺的前進速當工作臺的前進速度與型材的移動速度達到度與型材的移動速度達到同步時，互連模塊輸出同同步時，互連模塊輸出同步剪切信號，步剪切信