伺服電機(jī)控制轉(zhuǎn)速與干擾措施的學(xué)習(xí)總結(jié)

伺服電機(jī)控制轉(zhuǎn)速與干擾措施的學(xué)習(xí)總結(jié)伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。伺服電機(jī)作為自動(dòng)化工廠的動(dòng)力肌肉，我們?cè)诠た卦O(shè)計(jì)與維護(hù)當(dāng)中是無法避免的，那么我們今天就伺服的轉(zhuǎn)速控制與抗干擾措施進(jìn)行一下總結(jié)學(xué)習(xí)。我們常用的伺服電機(jī)分很多種，選型也不是一件簡單的事，每一種伺服都熟練，對(duì)于我們的學(xué)習(xí)是有非常大壓力的，我們只能采取的措施是，選用自己平時(shí)工作中能遇到最多的型號(hào)來學(xué)習(xí)，順便了解市場(chǎng)上使用比較多的幾種型號(hào)品牌。伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速從一千，一千五，三千不同，我們按使用最多的3000RPM交流伺服來代表。我們?cè)趯?shí)際使用當(dāng)中，選擇了一臺(tái)或者正在使用的一臺(tái)伺服是3000RPM，我們需要的轉(zhuǎn)速是0-3000變速，那么我們可以通過哪些手段來改變當(dāng)前伺服轉(zhuǎn)速。伺服速度的調(diào)整需要看我們是使用什么方式來控制，以及控制方式的選擇，我們是使用脈沖控制轉(zhuǎn)速，模擬量控制轉(zhuǎn)速還是直接驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)定控制調(diào)整速度，我們對(duì)應(yīng)的方式也是不一樣的。我們對(duì)應(yīng)三種不同的控制方式來總結(jié)一下速度改變。1、轉(zhuǎn)矩控制，轉(zhuǎn)速是自由的(隨負(fù)載變)轉(zhuǎn)矩控制是我們平時(shí)使用比較多的一種控制方式，我們通過外部模擬量或直接地址賦值來設(shè)定輸出轉(zhuǎn)矩的大小，那么對(duì)應(yīng)的速度我們是不一定的，因?yàn)樵O(shè)備老化摩擦系數(shù)的變化，負(fù)載的變化，都會(huì)影響到速度的輸出，這種使用情況下我們基本不會(huì)需要調(diào)整速度，因?yàn)槭亲詣?dòng)調(diào)節(jié)，我們需要的是系統(tǒng)的穩(wěn)定度，持續(xù)長時(shí)間的轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定?？梢酝ㄟ^即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用主要在對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如繞線裝置或拉光纖設(shè)備，使用伺服的目的是防止纏繞物料的變化改變受力。2、位置控制，精準(zhǔn)定位，轉(zhuǎn)速與扭矩均可嚴(yán)格控制位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過脈沖的個(gè)數(shù)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。由于位置模式可以對(duì)速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等等。我們?cè)谑褂卯?dāng)中需要了解PLC或者其他發(fā)送脈沖額定頻率是多少?20KHz，100KHz，200KHz，實(shí)際需要移動(dòng)的距離，對(duì)應(yīng)伺服選定的脈沖當(dāng)量，我們就可以計(jì)算出伺服移動(dòng)到指定位置的上限運(yùn)行速度和時(shí)間。伺服上線速度是我們必須計(jì)算出來的，只有選擇合適的伺服型號(hào)才能滿足現(xiàn)場(chǎng)的使用要求。伺服上線運(yùn)行速度=指令脈沖額定頻率×伺服上限速度伺服控制器一般帶有編碼器，并可接收編碼器接收反饋脈沖，在速度環(huán)上設(shè)定編碼器反饋脈沖頻率，設(shè)定編碼器反饋脈沖頻率=編碼器周反饋脈沖數(shù)×伺服電機(jī)設(shè)定速度(r/s)又因?yàn)橹噶蠲}沖頻率=編碼器反饋脈沖頻率/電子齒輪比，所以也可以設(shè)定“指令脈沖頻率”，來設(shè)定伺服電機(jī)速度。3、速度模式，轉(zhuǎn)矩是自由的(隨負(fù)載變)通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。速度模式相對(duì)位置模式相對(duì)應(yīng)，位置信號(hào)存在誤差，位置模式的信號(hào)由終端負(fù)載檢測(cè)裝置提供，減少中間傳動(dòng)誤差，相對(duì)增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。我們速度控制模式主要采用的是0-10電壓信號(hào)來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，模擬量幅值的大小決定了給定速度的大小，正負(fù)決定電機(jī)應(yīng)關(guān)系取決于速度指令增益，在負(fù)載慣量大的場(chǎng)合使用速度模式，我們需要設(shè)定速度環(huán)增益，讓系統(tǒng)響應(yīng)更迅速。調(diào)整時(shí)需要兼顧設(shè)備的振動(dòng)，不能因?yàn)轫憫?yīng)速度而產(chǎn)生系統(tǒng)振動(dòng)。我們使用速度控制時(shí)，還需注意加減速的設(shè)定，如果沒有閉環(huán)控制時(shí)，我們需要通過零鉗位或比例控制使得電機(jī)完全停止。用上位機(jī)作位置閉環(huán)時(shí)，模擬量不能自動(dòng)調(diào)零。通過控制系統(tǒng)給伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送+/-10V的模擬電壓指令控制速度，其優(yōu)點(diǎn)是伺服響應(yīng)快，但缺點(diǎn)是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)干擾較敏感，調(diào)試稍復(fù)雜。速度控制的應(yīng)用場(chǎng)合相當(dāng)廣：需要快速響座的連續(xù)調(diào)速系統(tǒng);由上位閉環(huán)的定位系統(tǒng);需要多段速度進(jìn)行快速切換的系統(tǒng)。在伺服系統(tǒng)的使用和調(diào)試過程中，會(huì)不時(shí)發(fā)生各種意外的干擾，特別是對(duì)于發(fā)送脈沖的伺服電機(jī)的應(yīng)用。下面將從幾個(gè)方面對(duì)干擾的類型和產(chǎn)生方式進(jìn)行分析，以達(dá)到有針對(duì)性的抗干擾目的，希望大家共同學(xué)習(xí)和研究。1、來自電源的干擾現(xiàn)場(chǎng)使用條件會(huì)有各種限制，我們通常會(huì)遇到很多復(fù)雜情形，我們需要做到習(xí)慣性避免，把問題原因盡可能的規(guī)避。很多情況下，我們會(huì)通過增加穩(wěn)壓器，隔離變壓器等設(shè)備，給旋轉(zhuǎn)編碼器的供電模塊和運(yùn)動(dòng)控制器加濾波器,驅(qū)動(dòng)器改接DC電抗器,驅(qū)動(dòng)器位置低通濾波時(shí)間和載波率參數(shù)更改，減少電源引入引起的干擾，避免伺服控制系統(tǒng)故障。伺服系統(tǒng)動(dòng)力線應(yīng)單獨(dú)走線槽，縮短驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)動(dòng)力線距離等等手段，避免干擾控制線，引起驅(qū)動(dòng)器故障。2、來自接地系統(tǒng)混亂的干擾接地是提高電子設(shè)備抗干擾的有效手段，能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾，也避免受外部干擾影響，但是錯(cuò)誤的接地反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使系統(tǒng)無法正常工作。控制系統(tǒng)的地線一般包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。如果接地系統(tǒng)混亂，對(duì)伺服系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，電纜屏蔽段兩端，接地線，大地，其他設(shè)備接地點(diǎn)等不同接地點(diǎn)間存在電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。解決此類干擾的關(guān)鍵就在于分清接地方式，為系統(tǒng)提供良好的接地性能。伺服做好的接地線注意環(huán)境電磁兼容，對(duì)高頻電磁波、射頻裝置等加以屏蔽;電源噪聲干擾源要加以抑制、剔除，比如同一個(gè)電源變壓器上或者配電母線上不要有諸如高頻，中頻，大功率的整流和逆變用電裝置等......介紹一個(gè)非常規(guī)接地處理，因?yàn)榕潆娋€路不可避免的存在大干擾源，驅(qū)動(dòng)器單獨(dú)安裝在柜子里，安裝板使用非金屬板，把與伺服驅(qū)動(dòng)器有關(guān)的地線都懸浮，其他的測(cè)量系統(tǒng)可靠接地，這樣可能要好一點(diǎn)。3、來自系統(tǒng)內(nèi)部的干擾主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射、模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。信號(hào)線及控制線應(yīng)選用屏蔽線，這樣對(duì)防止干擾有利。當(dāng)線路較長時(shí)，例如距離超過100m，導(dǎo)線截面應(yīng)放大些。信號(hào)線及控制線最好穿管放置，避免與動(dòng)力線相互干擾。傳輸信號(hào)以選用電流信號(hào)為主，電流信號(hào)的衰減與抗干擾相對(duì)較好。實(shí)際應(yīng)用中傳感器輸出多是電壓信號(hào)，可以通過變換器轉(zhuǎn)換。對(duì)模擬弱電路的直流電源進(jìn)行濾波，可以加兩個(gè)0.01uF(630V)電容，一端接在電源正負(fù)極上，另一端接到機(jī)殼上再和大地相連。很有效果。伺服發(fā)出吱吱聲時(shí)，輸出高頻諧波干擾，可以在伺服驅(qū)動(dòng)母線電源的P、N端分別接個(gè)0.1u/6