技術(shù)培訓(xùn)：伺服系統(tǒng)及實例應(yīng)用1130資料

1、技術(shù)培訓(xùn)：我對伺服系統(tǒng)的理解(lji)浙江奇賽其自動化科技(kj)有限公司KISEKI伺服系統(tǒng)及實例應(yīng)用歐陽建清 2015.11.25共四十六頁目錄(ml) 一、 伺服系統(tǒng)定義 二、 伺服系統(tǒng)組成 三、 伺服系統(tǒng)要求及分類 四、 伺服系統(tǒng)的實例(shl)應(yīng)用共四十六頁伺服系統(tǒng)定 義 以移動部件(bjin)的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)（Feed Servo System）共四十六頁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反饋功率驅(qū)動位置檢測+伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)組成(z chn)伺服系統(tǒng)組成(z chn)1. 組成： 伺服

2、系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：位置控制單元；速度控制單元；驅(qū)動元件(電機)；檢測與反饋單元；機械執(zhí)行部件。共四十六頁伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)要求(yoqi) 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：RN=Fmax/Fmin 一般(ybn)要求： RN 1000， 且 0.1 mm/min Fmin 1 mm/min 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)性顯得特別重要。 2. 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0.010.001mm，甚至可高至0.1m。 3.穩(wěn)定性好 即負載特性要硬，當(dāng)負載發(fā)生變化或承受外界干擾的情況下，輸出速度應(yīng)基本不變，而且保

3、持平穩(wěn)均勻。 4.動態(tài)響應(yīng)快 即有高的靈敏度，達到最大穩(wěn)態(tài)速度的時間要短，一般要求在200100ms，甚至小于幾十毫秒。動態(tài)響應(yīng)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表面質(zhì)量的好壞。共四十六頁 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(fnku)，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)動伺服電動機以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到指令位置與反饋(fnku)的實際位置的差值等于零為止。伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)組成(z chn) 基本工作原理共四十六頁伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)分類(fn li) 伺服系統(tǒng)是一個位置隨動系統(tǒng)

4、，按有無(yu w)位置檢測和反饋有以下三種： 開環(huán)伺服系統(tǒng) 半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)共四十六頁步進電機(dinj)步進驅(qū)動(q dn)裝置控制器脈沖串方向脈沖相電壓伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng) 開環(huán)伺服系統(tǒng)組成信號單向流動，沒有反饋。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試簡單。 缺點： 位置精度較低，抗干擾能力差，對環(huán)境和元件的要求嚴格。共四十六頁位置(wi zhi)控制調(diào)節(jié)器速度(sd)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+編碼器伺服電機位置指令伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成檢測位置共四十六頁位置(wi zhi)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

5、驅(qū)動位置檢測+伺服電機測速發(fā)電機或編碼器伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng) 全閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成(z chn)共四十六頁 將檢測裝置裝在移動部件(bjin)上，直接測量移動部件(bjin)的實際位移來進行位置反饋的進給系統(tǒng)稱為閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 優(yōu)點：抗干擾能力強，穩(wěn)定可靠，精度較高。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 設(shè)計和調(diào)試技術(shù)復(fù)雜。伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)特征(tzhng)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)的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度要低一些。共四十六頁伺服系統(tǒng)全數(shù)字式伺服系統(tǒng) 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)字信號的形式傳送給伺服驅(qū)動裝置

6、，伺服驅(qū)動裝置本身具有位置和速度控制功能。 控制器與伺服驅(qū)動裝置之間通過總線相互傳遞如下信息： 位置指令和實際位置 速度指令和實際速度 轉(zhuǎn)矩指令和實際轉(zhuǎn)矩 伺服系統(tǒng)及伺服電機參數(shù)(cnsh) 伺服狀態(tài)和報警 全數(shù)字式伺服系統(tǒng)共四十六頁 CNC 第 n 軸伺服單元 第 1 軸伺服單元SMPC總線總線SMPC 控制器 第 n 軸伺服單元(dnyun) 第 1 軸伺服單元(dnyun)SMPC總線總線SMPC伺服系統(tǒng)全數(shù)字式伺服系統(tǒng) 全數(shù)字式伺服系統(tǒng)組成共四十六頁伺服系統(tǒng) 全數(shù)字式伺服系統(tǒng)組成(z chn)總線(zn xin)型共四十六頁伺服系統(tǒng)全數(shù)字式伺服系統(tǒng) 全數(shù)字式伺服系統(tǒng)特點(tdin)1.

7、 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(fù)合控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。4. 由于全數(shù)字式伺服系統(tǒng)采用總線通信方式(fngsh)，極大地減小了連接電纜，便于設(shè)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)控伺服狀態(tài)。共四十六頁 當(dāng)前 ，全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)在機電一體化設(shè)備驅(qū)動中得到了廣泛應(yīng)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信號，并自帶位置環(huán)，具有豐富的自診斷、報警(bo jng)功能。各控制參數(shù)通過以下方法用數(shù)字方式設(shè)定：

8、 通過(tnggu)驅(qū)動裝置上的顯示器和按鍵進行設(shè)定 通過驅(qū)動裝置上的通信接口與上位機通信進行設(shè)定 通過可分離式編程器和驅(qū)動裝置上的接口進行設(shè)定伺服系統(tǒng)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)共四十六頁伺服系統(tǒng)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)控制器總線(zn xin)驅(qū)動(q dn)裝置顯示設(shè)定窗口編碼器信號線三相電源進線伺服電機三相電源共四十六頁電機部分：交流永磁電機 功率變換(binhun)部分：可控整流、直流斬波、逆變等控制器部分：PID控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、智能控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等二、 交流(jioli)伺服系統(tǒng)的組成共四十六頁CNC裝置(zhungzh)伺服驅(qū)動(q dn)X-Y運動平臺指令電流位置/速度反

9、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、 交流伺服系統(tǒng)的組成共四十六頁1.5伺服電動機典型(dinxng)生產(chǎn)廠家伺服產(chǎn)品(chnpn)伺服電機及驅(qū)動器德國西門子，產(chǎn)品外形有：伺服電機伺服電機驅(qū)動器共四十六頁美國(mi u)科爾摩根，產(chǎn)品外形有：伺服電機伺服電機驅(qū)動器1.5伺服電動機典型(dinxng)生產(chǎn)廠家伺服產(chǎn)品伺服電機及驅(qū)動器共四十六頁日本松下(sn xi)及安川，產(chǎn)品外形有：松下交流伺服電機及驅(qū)動器安川伺服電機驅(qū)動器1.5伺服電動機典型(dinxng)生產(chǎn)廠家伺服產(chǎn)品伺服電機及驅(qū)動器共四十六頁5.2伺服電機驅(qū)動器1、主要功能（1）根據(jù)給定信號輸出與此成正比的控

10、制電壓UC；（2）接收編碼器的速度和位置(wi zhi)信號；（3）I/O信號接口共四十六頁5.2伺服電機驅(qū)動器數(shù)碼顯示(xinsh)窗口參數(shù)設(shè)置鍵計算機RS232口I/O信號(xnho)接口編碼器信號接口電機電源輸入輸出接線端子2、外部接口共四十六頁5.2伺服電機驅(qū)動器3、控制(kngzh)模式（1）位置(wi zhi)控制模式最大輸入脈沖頻率500KPPS（微分接收器）和200KPPS（用于開路收集器）（2）速度控制模式 模擬速度指令輸入：010V/額定轉(zhuǎn)速（3）力矩控制模式模擬力矩指令輸入：010V/最大力矩共四十六頁編碼器部分 安裝在電機(dinj)后端，其轉(zhuǎn)盤（光柵）與電機(dinj

11、)同軸。5V5V0V0V伺服電機控制精度(jn d)取決于編碼器精度(jn d)。5.1 伺服電機編碼器編碼器伺服產(chǎn)品伺服電機及驅(qū)動器共四十六頁絕對值和增量(zn lin)編碼器的區(qū)別 增量(zn lin)編碼器絕對值編碼器傳送在一轉(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(yīng)用于角度測量及往復(fù)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伺服產(chǎn)品伺服電機及驅(qū)動器共四十六頁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(li j)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)多少脈沖表示共四十六頁絕對值編碼器應(yīng)

12、用于角度測量及往復(fù)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(fù)零 !碼盤材質(zhì)一般為玻璃(b l)或高分子材料！共四十六頁305.3伺服電機共四十六頁5.3交流(jioli)伺服系統(tǒng)應(yīng)用圖 2-2 交流伺服電機系統(tǒng)(xtng)接線示意圖交流伺服電機驅(qū)動器連接AC220V I/O板5.3.1交流伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)共四十六頁PC機運動控制器I/O電路驅(qū)動器電 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DO 21/22速度信號DA

13、C 0/15.3交流伺服電機系統(tǒng)(xtng)應(yīng)用5.3.1交流(jioli)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)共四十六頁1、啟動(qdng)軟件2、進入TEST功能，使用JOG模式(msh)調(diào)試系統(tǒng)3、正反轉(zhuǎn)試運行2 、使用計算機設(shè)置調(diào)試伺服系統(tǒng)共四十六頁1 、設(shè)置(shzh)參數(shù)方法一聯(lián)接計算機使用(shyng)軟件設(shè)置方法二直接在驅(qū)動器面板按鈕設(shè)置5.3.2交流伺服電機系統(tǒng)使用共四十六頁四、伺服系統(tǒng)實例(shl)分析1、系統(tǒng)的組成(z chn) 飛剪系統(tǒng)包括電氣控制和機械結(jié)構(gòu)兩部分組成，其中電氣控制部分包括：人機界面、PLC、運動控制器、互連模塊、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)、測長輪編碼器、限位開關(guān)等；機械部分包括工作臺、

14、絲杠、切刀、液壓缸和測長輪等。 實例1：型材飛剪系統(tǒng)共四十六頁四、伺服系統(tǒng)實例(shl)分析1、系統(tǒng)的組成 S1、S2、S3為接近開關(guān)，負責(zé)切刀的上下限位和工作臺的返回(fnhu)零位；S4、S5、S6為滾輪式行程開關(guān)，負責(zé)工作臺的終端停車及超行程保護。 實例1：型材飛剪系統(tǒng)共四十六頁四、伺服系統(tǒng)實例(shl)分析1、系統(tǒng)(xtng)的組成人機界面，設(shè)有手動運行、自動運行、參數(shù)設(shè)定、故障診斷等畫面，具有控制系統(tǒng)的啟動、停車、長度設(shè)定、產(chǎn)量設(shè)定、故障報警等功能。實例1：型材飛剪系統(tǒng)共四十六頁四、伺服系統(tǒng)實例(shl)分析2、系統(tǒng)的工作過程 帶材首先通過輥壓機組冷彎成需要的型材，然后通過飛剪機構(gòu)剪

15、切成一段段符合預(yù)先設(shè)定長度的型材。伺服電機通 過絲杠拖動工作臺往復(fù)運動，由液壓缸帶動(didng)刀具完成沖切任務(wù)，其運行過程如下： 實例1：型材飛剪系統(tǒng)共四十六頁四、伺服系統(tǒng)實例(shl)分析1、系統(tǒng)的工作過程 (1)型材以恒速向前(xin qin)移動，由測長輪測定型材長度，當(dāng)達到預(yù)定值時，單軸運動控制器啟動伺服電機，工作臺開始移動。 實例1：型材飛剪系統(tǒng)共四十六頁四、伺服系統(tǒng)實例(shl)分析2、系統(tǒng)的工作過程(guchng) (2)當(dāng)工作臺的前進速度與型材的移動速度達到同步時，互連模塊輸出同步剪切信號，PLC檢測到該信號后，啟動液壓缸動作，刀具開始沖切，當(dāng)接近開關(guān)S2檢測到?jīng)_切到位信號

16、時，刀具抬起。 實例1：型材飛剪系統(tǒng)共四十六頁四、伺服系統(tǒng)實例(shl)分析2、系統(tǒng)的工作過程 (3)工作臺繼續(xù)移動，當(dāng)?shù)毒叻祷氐匠跏嘉恢脮r，接近開關(guān)Sl有信號(xnho)輸出，單軸運動控制器控制伺服電機反轉(zhuǎn)，工作臺高速返回。 實例1：型材飛剪系統(tǒng)共四十六頁四、伺服系統(tǒng)實例(shl)分析2、系統(tǒng)的工作過程 (4)工作臺返回到接近開關(guān)S3位置時，工作臺停止，根據(jù)切割的根數(shù)，決定繼續(xù)運行還是停車。 (5)工作臺的單循環(huán)時間由型材的移動速度和型材剪切長度(chngd)確定。實例1：型材飛剪系統(tǒng)共四十六頁四、伺服系統(tǒng)實例(shl)分析1、系統(tǒng)的組成 (1)轉(zhuǎn)盤由安川伺服驅(qū)動器和伺服電機。 (2)工位檢測由5圈編碼(bin m)盤完成。實例2：32工位轉(zhuǎn)盤定位系統(tǒng)2 、系統(tǒng)的運行請看視頻。共四十六頁實例3：張力(zhngl)控制共四十六頁謝謝觀看！浙江奇賽其自動化科技(kj)有限公司KISEKI Auto. (Zhejiang) Co., LTD創(chuàng)造奇跡共四十六頁內(nèi)容摘要技術(shù)培訓(xùn)：我對伺服系統(tǒng)的理解。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)）。穩(wěn)定性：指輸出速度的波動要少