自動(dòng)生產(chǎn)線安裝與調(diào)試（第2版） 課件 單元4 伺服電動(dòng)機(jī)及控制

自動(dòng)生產(chǎn)線與調(diào)試單元4

伺服電動(dòng)機(jī)及控制自動(dòng)生產(chǎn)線安裝與調(diào)試教材配套課件全國高職高專院校規(guī)劃教材·精品與示范系列現(xiàn)代高性能控制系統(tǒng)對電機(jī)的提出如下要求：1．從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。2．電機(jī)應(yīng)具有大的較長時(shí)間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4～6倍而不損壞。3．為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。4．電機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)5.1交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理一、交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)交流伺服電動(dòng)機(jī)是無刷電動(dòng)機(jī)，分為同步和異步電動(dòng)機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電動(dòng)機(jī)，它的功率范圍大，大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動(dòng)機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動(dòng)機(jī)相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小這兩個(gè)特點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)子做得細(xì)長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子.空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，反應(yīng)迅速，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。二、伺服電動(dòng)機(jī)工作原理伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電動(dòng)機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。這樣，就能夠很精確的控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。伺服電動(dòng)機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。伺服電動(dòng)機(jī)與單機(jī)異步電動(dòng)機(jī)相比，有三個(gè)顯著特點(diǎn)：

1．起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大由于轉(zhuǎn)子電阻大，其轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖3中曲線1所示，與普通異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線2相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉(zhuǎn)差率S0＞1，這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性（機(jī)械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有起動(dòng)快、靈敏度高的特點(diǎn)。2．運(yùn)行范圍較廣3．無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象正常運(yùn)轉(zhuǎn)的伺服電動(dòng)機(jī)，只要失去控制電壓，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)失去控制電壓后，它處于單相運(yùn)行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，定子中兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個(gè)轉(zhuǎn)矩相互作用,避免自轉(zhuǎn).四、交流伺服電動(dòng)機(jī)的安裝注意事項(xiàng):1．在安裝/拆卸耦合部件到伺服電動(dòng)機(jī)軸端時(shí)，不要用錘子直接敲打軸端。否則容易損壞伺服電動(dòng)機(jī)軸另一端的編碼器。

2．使軸端對齊到最佳狀態(tài)，否則可能導(dǎo)致振動(dòng)或軸承損壞。5.2交流伺服驅(qū)動(dòng)器5.2.1交流伺服驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及原理一、交流伺服驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)原理伺服系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)二、伺服驅(qū)動(dòng)器的接線1.主回路接線：1）R、S、T電源線的連接；2）伺服驅(qū)動(dòng)器U、V、W與伺服電動(dòng)機(jī)電源線U、V、W之間的接線；2.控制電源類接線：1）r、t控制電源接線；2）I/O口控制電源接線；3.I/O接口與反饋檢測類接線。三、伺服驅(qū)動(dòng)器主要參數(shù)1．位置比例增益①設(shè)定位置環(huán)調(diào)節(jié)器的比例增益；②設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大，相同頻率指令脈沖條件下，位置滯后量越小。但數(shù)值太大可能會(huì)引起振蕩或超調(diào)；③參數(shù)數(shù)值由具體的伺服系統(tǒng)型號和負(fù)載情況確定。2．位置前饋增益①設(shè)定位置環(huán)的前饋增益；②設(shè)定值越大時(shí)，表示在任何頻率的指令脈沖下，位置滯后量越?。虎畚恢铆h(huán)的前饋增益大，控制系統(tǒng)的高速響應(yīng)特性提高，但會(huì)使系統(tǒng)的位置不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生振蕩；④不需要很高的響應(yīng)特性時(shí)，本參數(shù)通常設(shè)為0表示范圍：0~100%3．速度比例增益①設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的比例增益；②設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號和負(fù)載值情況確定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大；③在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定較大的值。4．速度積分時(shí)間常數(shù)①設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)；④設(shè)置值越小，積分速度越快；參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號和負(fù)載情況確定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大；②在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定較小的值。5.2.2交流伺服驅(qū)動(dòng)的控制過程MADDT1207003全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)MHMD022P1U伺服電機(jī)含義。MHMD022P1U伺服電機(jī)為大慣量（電機(jī)類型MHMD），電機(jī)的額定功率為200W（02），電壓規(guī)格為200V（2），編碼器為增量式編碼器（P），脈沖數(shù)為2500p/r，分辨率10000，輸出信號線數(shù)為5根線。MADDT1207003的含義：MADDT表示松下A4系列A型驅(qū)動(dòng)器，T1表示最大瞬時(shí)輸出電流為10A，2表示電源電壓規(guī)格為單相200V，07表示電流監(jiān)測器額定電流為7.5A，003表示脈沖控制專用。伺服驅(qū)動(dòng)器的面板圖2.接線2．接線：位置控制模式控制信號接線圖3．伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置與調(diào)整

松下的伺服驅(qū)動(dòng)器有七種控制運(yùn)行方式，即位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、位置/速度控制、位置/轉(zhuǎn)矩、速度/轉(zhuǎn)矩、全閉環(huán)控制。位置方式就是輸入脈沖串來使電機(jī)定位運(yùn)行，電機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖串頻率相關(guān)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與脈沖個(gè)數(shù)相關(guān)；速度方式有兩種，一是通過輸入直流-10V至—+10V指令電壓調(diào)速，二是選用驅(qū)動(dòng)器內(nèi)設(shè)置的內(nèi)部速度來調(diào)速；轉(zhuǎn)矩方式是通過輸入直流-10V至—+10V指令電壓調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，這種方式下運(yùn)行必須要進(jìn)行速度限制，有兩種方法：1）設(shè)置驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的參數(shù)來限制，2）輸入模擬量電壓限速。4．參數(shù)設(shè)置方式操作說明

驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置面板顯示單元軸地址選擇開關(guān)轉(zhuǎn)矩監(jiān)測端子轉(zhuǎn)速監(jiān)測端子4．參數(shù)設(shè)置方式操作說明

驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置面板在模式顯示時(shí)有效，在以下5種模式之間切換：1）監(jiān)視器模式；2)參數(shù)設(shè)置模式；3）EEPROM寫入模式；4）自動(dòng)調(diào)整模式；5）輔助功能模式。

用來在模式顯示和執(zhí)行顯示之間切換僅對小數(shù)點(diǎn)閃爍的哪一位數(shù)據(jù)位有效，改變個(gè)模式里的顯示內(nèi)容、更改參數(shù)、選擇參數(shù)或執(zhí)行選中的操作僅對小數(shù)點(diǎn)閃爍的哪一位數(shù)據(jù)位有效，把移動(dòng)的小數(shù)點(diǎn)移動(dòng)到更高位數(shù)參數(shù)設(shè)置操作說明：1．參數(shù)設(shè)置，先按“Set”鍵，再按“Mode”鍵選擇到“Pr00”后，按向上、下或向左的方向鍵選擇通用參數(shù)的項(xiàng)目，按“Set”鍵進(jìn)入。然后按向上、下或向左的方向鍵調(diào)整參數(shù)，調(diào)整完后，按“S”鍵返回。選擇其它項(xiàng)再調(diào)整。2．參數(shù)保存，按“M”鍵選擇到“EE-SET”后按“Set”鍵確認(rèn)，出現(xiàn)“EEP-”，然后按向上鍵3秒鐘，出現(xiàn)“FINISH”或“reset”，然后重新上電即保存。3．手動(dòng)JOG運(yùn)行，按“Mode”鍵選擇到“AF-ACL”，然后按向上、下鍵選擇到“AF-JOG”按“Set”鍵一次，顯示“JOG-”，然后按向上鍵3秒顯示“ready”，再按向左鍵3秒出現(xiàn)“sur-on”鎖緊軸，按向上、下鍵，點(diǎn)擊正反轉(zhuǎn)。注意先將S-ON斷開。(1)Pr01LED初始狀態(tài)此設(shè)定值不影響伺服操作與功能。相關(guān)模式All05．常用參數(shù)說明(2)Pr02控制模式選擇相關(guān)模式All，參數(shù)設(shè)置范圍:0~6選擇伺服驅(qū)動(dòng)器的控制模式。Pr02參數(shù)設(shè)置值含義(3)Pr04行程限位禁止輸入無效設(shè)置相關(guān)模式All,參數(shù)設(shè)置范圍:0~6,設(shè)置兩個(gè)行程限位信號（CCWL,XS插頭第8引腳；CCWL，第9引腳）的輸入是否有效。0：行程限位動(dòng)作發(fā)生時(shí)，按pr66設(shè)定的時(shí)序發(fā)生動(dòng)作。1：行程限位信號輸入無效。2:CCWL或CWL信號（與COM一）斷路，都會(huì)發(fā)生Err38行程限位禁止輸入信號出錯(cuò)報(bào)警。設(shè)定此參數(shù)值必須在控制電源斷電重啟之后才能修改、寫入成功。選擇速度控制模式下的速度指令種類2當(dāng)左或右限位動(dòng)作，則會(huì)發(fā)生Err38行程限位禁止輸入信號出錯(cuò)報(bào)警。設(shè)置此參數(shù)值必須在控制電源斷電重啟之后才能修改、寫入成功。(4)Pr20慣量比相關(guān)模式All，參數(shù)設(shè)置范圍:0~10000，設(shè)置機(jī)械負(fù)載慣量對電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量之比率。單位：％。設(shè)定值（%）=（負(fù)載慣量／轉(zhuǎn)子慣量）x100。實(shí)時(shí)自動(dòng)增益調(diào)整時(shí)，此參數(shù)可自動(dòng)估算并每30分鐘在EEpROM中刷新保存。(5)Pr21實(shí)時(shí)自動(dòng)增益設(shè)置相關(guān)模式All,參數(shù)設(shè)置范圍:0~6用來設(shè)置實(shí)時(shí)自動(dòng)增益調(diào)整功能的運(yùn)行模式。設(shè)置值含義見表5-3載慣量在運(yùn)行時(shí)的變化情況，此參數(shù)值設(shè)得越大，響應(yīng)越快。但是由于運(yùn)行條件的限制，實(shí)時(shí)的調(diào)整也可能不穩(wěn)定。通常情況請?jiān)O(shè)成1或4。如果電動(dòng)機(jī)用于垂直軸請?jiān)O(shè)成4--6。Pr21設(shè)置值含義可以選擇實(shí)時(shí)自動(dòng)增益調(diào)整時(shí)的機(jī)械剛性1實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整為常規(guī)模式，運(yùn)行時(shí)負(fù)載慣量的變化情況很小。(6)Pr22實(shí)時(shí)自動(dòng)增益的機(jī)械剛性選擇 相關(guān)模式All,參數(shù)設(shè)置范圍:0~15可以選擇實(shí)時(shí)自動(dòng)增益調(diào)整時(shí)的機(jī)械剛性。此參數(shù)值設(shè)得越大，響應(yīng)越快。如果此參數(shù)突然設(shè)得很大，系統(tǒng)增益會(huì)發(fā)生顯著變化