運動控制技術(shù)基礎(chǔ)課件 項目14 應(yīng)用速度控制模式實現(xiàn)伺服電機的速度閉環(huán)控制

BasicsOfMotionControlTechnology運動控制技術(shù)基礎(chǔ)項目14應(yīng)用速度控制模式實現(xiàn)伺服電機速度閉環(huán)控制背景描述

項目14

應(yīng)用速度控制模式實現(xiàn)伺服電機速度閉環(huán)控制相比較變頻調(diào)速和步進開環(huán)速度控制，伺服系統(tǒng)的速度控制在技術(shù)指標上具有絕對優(yōu)勢。變頻調(diào)速雖然可以精確的控制異步電機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，但異步電機因負載變化而變化的轉(zhuǎn)差率導(dǎo)致其實際輸出轉(zhuǎn)速可能會有較大的波動。步進開環(huán)速度控制雖然能達到較高的精度，但在調(diào)速范圍和輸出功率還是有較大的局限性。伺服系統(tǒng)既具有變頻調(diào)速對旋轉(zhuǎn)磁場的精準控制，又沒有轉(zhuǎn)差率對速度穩(wěn)定的不利影響，還因閉環(huán)控制帶來的反饋調(diào)整能及時消除外界影響，同時又具有同步電機功率密度大、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢，在當(dāng)前的運動控制領(lǐng)域獨樹一幟，引領(lǐng)著運動控制技術(shù)的發(fā)展方向。示范實例：資訊

A工廠為設(shè)備進行升級改造，增加了一臺伺服電機和配套的伺服驅(qū)動器，伺服電機型號為安川SGMGV-13A，伺服驅(qū)動器型號為安川SGDV-120A。要求伺服電機能夠在0~1500RPM之間實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運行。速度值由上位機傳送給S7-300PLC，S7-300PLC輸出模擬量到伺服驅(qū)動器，設(shè)備設(shè)有正轉(zhuǎn)啟動按鈕、反轉(zhuǎn)啟動按鈕以及停止按鈕，相關(guān)元器件已準備好，請根據(jù)控制要求完成以下任務(wù)：1.確定I/O分配表；2.完成PLC-伺服驅(qū)動器控制電路圖；3.完成PLC-伺服驅(qū)動器控制電路連接；4.完成伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置；5.完成PLC程序編寫；6.完成PLC程序下載并控制PLC-伺服電機運行。項目14

應(yīng)用速度控制模式實現(xiàn)伺服電機速度閉環(huán)控制示范實例：資訊

在伺服控制系統(tǒng)中，編碼器是構(gòu)成閉合控制環(huán)路的重要元件，為系統(tǒng)提供至關(guān)重要的反饋信號。編碼器是一種測量運動的傳感器，用于把轉(zhuǎn)動或平動的速度、方向和位置轉(zhuǎn)換為脈沖信號輸出。根據(jù)機械結(jié)構(gòu)形式不同，編碼器可以分為旋轉(zhuǎn)編碼器（RotaryEncoder）和線性編碼器（LinearEncoder）；根據(jù)編碼方式不同，可分為增量型編碼器（IncrementalEncoder）和絕對值型編碼器（AbsoluteEncoder），絕對值型編碼器包含單圈絕對值型編碼器（Single-TurnAbsoluteEncoder）和多圈絕對值型編碼器（Muliti-TurnAbsoluteEncoder）；根據(jù)檢測工作原理不同，編碼器可分為光電編碼器（PhotoelectricEncoder）、磁性編碼器（MagneticEncoder）、電感式編碼器（InductiveEncoder）以及電容式編碼器（CapacitiveEncoder）。項目14

應(yīng)用速度控制模式實現(xiàn)伺服電機速度閉環(huán)控制示范實例：資訊

光電編碼器分為透射型和反射型兩種，主要由碼盤和光電檢測電路組成。伺服電機使用的編碼器通常為透射型光電編碼器。編碼器的碼盤上刻有可以透過光線的光柵，光源經(jīng)過棱鏡透過光柵，由安裝在光柵對面的光敏元件接收后產(chǎn)生相應(yīng)的電信號。當(dāng)碼盤隨著伺服電機一起旋轉(zhuǎn)時，由于光柵的遮擋，透過光柵的光信號時有時無，光敏元件于是產(chǎn)生與之對應(yīng)的電脈沖信號。這個電脈沖信號的頻率與伺服電機轉(zhuǎn)動的速度相對應(yīng)，脈沖的數(shù)量與伺服電機轉(zhuǎn)過的角度相對應(yīng)。通常會在光柵對面安裝兩個光敏元件，根據(jù)兩個光敏元件產(chǎn)生的電脈沖的相位可以判斷伺服電機的轉(zhuǎn)向。項目14

應(yīng)用速度控制模式實現(xiàn)伺服電機速度閉環(huán)控制示范實例：資訊

增量型編碼器和絕對值型編碼器最主要的區(qū)別在于碼盤的光柵不一樣。增量型編碼器的光柵在碼盤上沿圓周均勻分布，輸出的是均勻變化的脈沖序列。絕對值型編碼器的光柵在碼盤上是按同心圓分布的，每個同心圓稱為一個“碼道”，代表一個二進數(shù)的“位”，最外道為第0位（Bit0），往里依次是第1位（Bit1）、第2位（Bit2）......絕對值型編碼器輸出的是一組二進制數(shù)。增量型編碼圓周上的光柵數(shù)目越多，編碼器的分辨率就越高；絕對值型編碼器碼道的數(shù)目越多，編碼器的分辨率就越高。項目14

應(yīng)用速度控制模式實現(xiàn)伺服電機速度閉環(huán)控制示范實例：計劃

序號項目內(nèi)容時間人員1編制I/O分配表確定所需要的I/O點數(shù)并分配具體用途，編制I/O分配表（需提交）5分鐘全體人員2繪制PLC-伺服驅(qū)動器控制電路圖根據(jù)I/O分配表繪制PLC-伺服驅(qū)動器控制電路圖15分鐘全體人員3連接PLC-伺服驅(qū)動器控制電路根據(jù)電路圖完成PLC-伺服驅(qū)動器控制電路連接15分鐘全體人員4設(shè)置伺服驅(qū)動器根據(jù)控制要求設(shè)置伺服驅(qū)動器10分鐘全體人員5編寫伺服電機速度控制PLC程序根據(jù)控制要求編寫伺服電機速度控制PLC程序25分鐘全體人員6下載PLC程序運行把控制程序下載到PLC，實現(xiàn)伺服電機的速度控制10分鐘全體人員項目14

應(yīng)用速度控制模式實現(xiàn)伺服電機速度閉環(huán)控制示范實例：決策

按照工作計劃表，項目小組全體成員共同確定I/O分配表，然后按兩個小組分別實施系統(tǒng)硬件裝調(diào)、驅(qū)動器設(shè)置、程序編寫以及調(diào)試運行，合作完成任務(wù)并提交任務(wù)評價表。項目14

應(yīng)用速度控制模式實現(xiàn)伺服電機速度閉環(huán)控制示范實例：實施

（一）編制I/O分配表（二）繪制PLC-伺服驅(qū)動器控制電路圖（三）連接PLC-伺服驅(qū)動器控制電路（四）設(shè)置伺服驅(qū)動器（五）編寫PLC程序1.S7-300PLC模擬量輸出的硬件組態(tài)2.伺服電機速度控制程序（六）下載PLC程序運行項目14

應(yīng)用速度控制模式實現(xiàn)伺服電機速度閉環(huán)控制示范實例：檢查

項目分值評分標準檢查情況得分編制I/O分配表101.所有輸入地址編排合理，節(jié)約硬件資源，元件符號與元件作用說明完整，5分；2.所有輸出地址編排合理，節(jié)約硬件資源，元件符號與元件作用說明完整，5分。

繪制PLC-伺服驅(qū)動器控制電路圖101.電路圖元件齊全，標注正確，5分；2.電路功能完整，布局合理，5分。

連接PLC-伺服驅(qū)動器控制電路101.安全違章扣10分；2.安裝不達標一項扣2分。

設(shè)置伺服驅(qū)動器10能根據(jù)控制需要正確設(shè)置驅(qū)動器。

編寫伺服電機速度控制PLC程序501.功能正確，程序段合理，30分；2.符號表正確完整，10分；3.絕對地址、符號地址顯示正確，程序段注釋合理，10分。

下載PLC程序運行101.程序下載正確，PLC指示燈正常，5分；2.程序運行操作正確，能實現(xiàn)預(yù)定功能，5分。合計100

項目14

應(yīng)用速度控制模式實現(xiàn)伺服電機速度閉環(huán)控制示范實例：評價

表14-5應(yīng)用速度控制模式式實現(xiàn)伺服電機速度閉環(huán)控制項目自評表

簽名：日期：表14-6應(yīng)用速度控制模式式實現(xiàn)伺服電機速度閉環(huán)控制項目他評表

簽名：日期：項目14

應(yīng)用速度控制模式實現(xiàn)伺服電機速度閉環(huán)控制實踐練習(xí)

某公司生產(chǎn)線改造，其中一臺選料電機擬采用伺服控制。采用SINAMICSV90PTI伺服驅(qū)動器和SIMOTICSS-1FL6044-1AF61-2AA1伺服電機。要求伺服電機能夠在0~3000RPM之間實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運行。設(shè)備設(shè)有正轉(zhuǎn)啟動按鈕、反轉(zhuǎn)啟動按鈕、速度選擇按鈕以及停止按鈕。該設(shè)備采用S7-300PLC進行控制，相關(guān)元器件已準備好，請根據(jù)控制要求完成以下任務(wù)：1.確定I/O分配表；2.完成PLC-伺服驅(qū)動器控制電路圖；3.完成PLC-伺服驅(qū)動器控制電路連接；4.完成伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置；5.完成PLC程序編寫；6.完成PLC程序下載并控制PLC-伺服電機運行。項目14

應(yīng)用速度控制模式實現(xiàn)伺服電機速度閉環(huán)控制擴展提升

某車間有一臺輸送機采用伺服控制，伺服驅(qū)動器為ASDA-B2系列，伺服電機為ECMAA-C21010ES，要求伺服電機能夠在0~3000RPM之間實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運行。設(shè)備設(shè)有正轉(zhuǎn)啟動按鈕、反轉(zhuǎn)啟動按鈕以及停止按鈕。該設(shè)備采用S7-300PLC