伺服驱动器原理及选型课件

YASKAWAQualityandBeauty1动作控制伺服驱动器基础课程安川电机（上海）有限公司YASKAWAQualityandBeauty2１伺服的基本概念１.1伺服的定义和外观结构１.2伺服驱动的构成１.3伺服的性能评价YASKAWAQualityandBeauty31.1伺服的定义和构成要素伺服的定义伺服的构成要素伺服系统—-----是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标值(或给定值)的任意变化的自动控制系统。反馈回路（半闭式）目标值发生装置伺服驱动机械速度／位置输出全闭位置环检出器伺服电机YASKAWAQualityandBeauty41.1.1伺服的外观结构和铭牌YASKAWAQualityandBeauty5整流部逆变部电源部控制部电流演算部商用电源指令信号电机编码器回転角度情報反馈1.2伺服的构成YASKAWAQualityandBeauty6－－－＋＋1.2.1控制部的构成速度控制部编码器位置反馈＋电流反馈电流控制部位置控制部位置→速度变换速度反馈速度环位置环电流环位置指令电机环路是由位置控制部、速度控制部、电流控制部发出的指令→控制部→输出→指令反馈所形成的闭合回路。电流回路在伺服器内闭合，位置回路、速度回路向伺服驱动外输出。YASKAWAQualityandBeauty7・数字伺服的位置决定指令输入信号是脉冲列。位置决定量是脉冲数，位置决定速度是单位时间（秒）的脉冲量。（ＰＰＳ：Ｐｕｌｓｅ／Ｓｅｃｏｎｄ）・输入的脉冲量与反馈的脉冲数量相一致时，这才完成了位置决定这一构成。・在位置控制部中，因为有输入脉冲的加算、反馈脉冲的减算，所以有一个计数器。（也称偏差计数器）1.2.2位置控制部的构成YASKAWAQualityandBeauty81.2.3速度控制部的构成速度控制部的构成和积分器的运作无积分器的话，必定有一个克服负荷摩擦的转矩，必然存在指令值与当前值的差，所以速度会达不到指令值。多早去追上指令，这个时间可通过伺服器内部的时参数来设定，这个值依存于机械的刚性。时参数请参照后页设定方法、刚性等后述象这样比例控制（Proportional）和积分控制（Integral）的组合就称为PI控制。像始动时那样,尽可能使应答迟缓减小的情况时,PI-I单纯作为比例增幅器运作。在正常运行时,由于外乱转矩等,PI-I作为积分器运作.可对速度偏差进行积分,实行修正控制.YASKAWAQualityandBeauty9ＸＹＰＫＰＹｐ＝Ｋｐ・Ｘｔｘｙ1.2.4比例動作（Ｐ動作）・将增益调整到一个相当的量时，比例动作增强，应答速度变快。・输入偏差为0时，有连续的运作。ＸｔＹＰT=0T=0YASKAWAQualityandBeauty10ＸＹｉＫｉＹｉ＝Ｋｉ・∫ＸｄｔｔｔＹｉｘｙ1.2.5積分動作（Ｉ動作）Ｘ・偏差变小、负荷动作越困难偏差微量存在，这个量就称为残留偏差（偏移）。・即使是小偏差,也可以积累成大的操作量。直到偏差成为0，负荷才可以运作。T=0T=0YASKAWAQualityandBeauty11ＸＹＰ－ｉＫＰＹｐ-i＝Ｋｐ・（Ｘ＋１／Ｔｒ・∫Ｘｄｔ）ｔｔＹＰ－ｉ1.2.6比例積分動作（Ｐ－Ｉ動作）Ｔｒ：积分时间Ｔ=0Ｔｒ・P动作与I动作并用。・Ｔｒ越短，动作表现越强。T=0ｘｙYASKAWAQualityandBeauty12有关电流控制的性能评价电流环增益有关速度控制的性能评价速度环增益过渡应答的速度环增益频率应答的环增益速度环积分时参数有关位置控制的性能评价位置环增益位置决定整定时间位置决定精度1.3伺服的性能评价评价伺服的应答性（指令输入后输出的情况（电机如何转动），使用回路增益这个用语。ゲイン就是GAIN，获得和利益的意思。是输入和输出之比所解释的技术术语，现在直接使用增益来表示。输入A输出B系统增益＝B/AYASKAWAQualityandBeauty131.3.1有关电流控制的性能评价所谓电流控制的回路增益，就是由电流控制部输入电流指令，电流是怎样流动的应答性。但是，这个应答性是不依存机械而存在的，回路在伺服内部，并且，这个应答性可以充分地高，因此不能与机械相调整。电流控制部电流输出应答与电机的应答相比显著地早YASKAWAQualityandBeauty141.3.2有关速度控制的性能评价速度环增益和速度环积分时参数影响速度控制的性能。速度环增益中又包括过度应答的速度环增益和频率应答的速度环增益。关于速度控制的性能评价A-1)过度应答的速度环增益A-2)频率应答的速度环增益A)速度回路增益B)速度回路积分时参数YASKAWAQualityandBeauty15②过度应答速度环增益输入阶梯状的信号之后到输出指令值到达63.2%的这一段时间称为时参数，这个逆数称为速度环增益。63.2％速度100％阶梯状的速度指令（输入）实际的电机应答（输出）速度环增益Kv＝1／Tm（単位は1／ｓ）时间（ｓ）时参数Tm（ｓ）1.3.2-A）速度环增益YASKAWAQualityandBeauty16A-2）所谓的频率应答特性速度环增益电机回转速度伺服器电机速度指令输入端子速度指令电压电机回转速度增益＝Eｏ／Ei位相遅れ＝Φ增益是（１／）＝－３ｄｂ的频率称为这个频率的频率特性ΣⅡ是４００ＨＺ21.3.2-A）速度环增益YASKAWAQualityandBeauty17＊过度应答性的速度环增益Ｋｖ和频率应答性的速度环增益Ｋｖ`的关系Ｋｖ＝２πＫｖ‘1.3.2-A）速度环增益YASKAWAQualityandBeauty18速度环积分时参数能对应机械刚性进行设定。速度环积分时参数缩短，指令也一致缩短时间，如果不缩短，机械会发生振动。有必要设定适合的机械刚性。時間→速度环增益和积分时参数之间有一定的关系.即使设定了最适的速度环增益速度時間积分时参数设定不良时1.3.2ｰB）速度环积分时参数YASKAWAQualityandBeauty19＊位置环增益・位置环增益就是进行位置决定的时候速度的应答性。・在数字伺服中，位置决定指令是以脉冲信号输入的。位置决定量就是脉冲量。位置决定速度就是单位时间（S）内通过的脉冲数（ＰＰＳ：Ｐｕｌｓｅ／Ｓｅｃｏｎｄ）。・输入的脉冲数和反馈的脉冲数一致时，才完成了位置决定过程。・在位置控制部，输入脉冲的加算，反馈脉冲的减算，设置计数器（也称偏差计数器）。1.3.3位置环增益YASKAWAQualityandBeauty20速度指令の大きさで回転する。位置决定动作的实例指令单位０．００１ｍｍ在２０的距离中以１０ｍｍ／ｓ进行位置决定。位置决定脉冲数：２０，０００位置决定速度：１０，０００ＰＰＳε1.3.3位置环增益（続き）YASKAWAQualityandBeauty21２用户参数目标:在学习伺服系统在机械电机方面的安装时，首先要学习如何调节用户参数。它是位置控制与电气之间的一个界面，它包含了电机与编码器的工作。其他的自动控制机器的连续性和互锁性。2.1用户参数的定义和安装2.2用户参数实例YASKAWAQualityandBeauty222.1用户参数的定义和安装用户参数有两个类型。选择型＊由16个环节4行组成。＊根据各行的设定，选择机能。调整型设定数值。用户参数可通过∑WIN+软件，数字操作器，面板操作器设定。2-2YASKAWAQualityandBeauty232.2用户参数概要选择型(Pn-000～003等)・控制模式选择(位置,速度,转矩控制)・机能使用、不使用设定・报警时的伺服运作选择・电机回转方向的设定・I/O信号的开断（使用）／不使用（常時ON、OFF））调整型(Pn100等)・各种增益・位置决定单位、速度、及转矩指令信号・点动速度・有关转矩速度的参数・连续参数以下是SGDM(SGDH)伺服用的二个类型的参数。YASKAWAQualityandBeauty242.2.1选择型用户参数的代表例分類設定値説明电机电机回转方向设定Pn000的0位0以及１0:正转1:逆转控制模式选择Pn000的1位0～B0:速度控制1:位置控制2:转矩控制3:内部设定速度选择等伺服OFF时及报警发生时的停止法Pn001的0位0､1以及20:以动态制动（DB）停止1:以DB停止、在这之后DB解除2:自由运行状态停止超程时停止选择Pn001的1位0､１以及20:自由运行停止１：减速停止后伺服振动2:减速停止后自由运行状态AC/DC电源输入选择Pn001的2位0以及１0:AC电源输入1:DC电源输入警报代码输出Pn001的3位0以及１0:只在端子AOL1,AOL2,AOL3输出警告代码1:故障代码、警告代码两方面输出Pn000Pn001YASKAWAQualityandBeauty25分類参数名称出厂设定增益关系Pn100Pn101Pn102Pn103Pn104Pn105Pn106速度环增益速度环积分时参数位置环参数惯性力矩比第2速度环增益第2速度环积分时参数第2速度环增益40200040040200040单位HZ0.01ms１／s％HZ0.01ms１／ｓ2.2.2用户参数（调整型）代表例YASKAWAQualityandBeauty26３伺服增益的调整3.1增益的特性确认3.2在线自动运行3.3手动运行目标：伺服增益特性的增益。YASKAWAQualityandBeauty273.1增益特性确认1Kv=120,Kp=80Kv=120,Kp=120位置环增益的变更→整定时间变化COIN信号使用YASKAWAQualityandBeauty283.1增益特性确认2速度环积分时参数超程的影响Kv=120Hz,Ti=8.0msKv=120Hz,Ti=2.0ms超程小、位置决定迟缓超程大、位置决定快速YASKAWAQualityandBeauty29位置决定量：10转位置决定速度：3000min-1只上升Kp,应答变快,观察速度带来的振动。Kv=40,Kp=100,JL/JM=460%Kv=160,Kp=100,JL/JM=460%Kv=40,Kp=40,JL/JM=460%3.1增益特性确认3Ｋｖ和Ｋｐ的平衡YASKAWAQualityandBeauty301)在线自动运行在伺服的运行中测定负荷惯性的最大值,一定地保持以速度环增益或位置环增益为目标的机能。２)自动运行下的自动设定增益①速度环增益Kv（Pn100）②速度环积分时参数Ti（Pn101）③位置环增益Kp（Pn102）④转矩指令滤波器时参数（Pn401）设定机械刚性以最初设定运转运作ＯＫ运作ＯＫ手动调整保存结果ＪＬ变动设定常时自动运行运作ＯＫＹＥＳＮＯＮＯＹＥＳＮＯＹＥＳＮＯＹＥＳ3.2在线自动运行YASKAWAQualityandBeauty313.3手动运行在手动运行不能满足应答特性的情况、还可通过提前运行、分别地对增益一个一个地进行运行。模拟指令增益的调整指令电压偏移最小化速度环增益的调整积分时参数的调整位置环增益的调整位置关系提前运行机能的调整仅位置控制的时候根据上位控制的指令输出，进行增益的调整。来自上位控制的指令输出为0的时候，电机完全停止，调整偏置。即使手动运行还不能满足应答特性的情况,提前运行机能可适用,进行调整。积分时参数长，位置环增益小。为了得到最适应答性，调整速度环增益。直到无机械振动,将积分时参数进行缩短调整。直到无机械振动,将位置环增益进行扩大调整。YASKAWAQualityandBeauty32根据不同的增益,学习如何改变应答特性。Kv=40HZTi=20msTf=1msKv=85HZTi=10msTf=0.5msKv=160HZTi=6msTf=0.21ms由始动开始到达指令值指时间为8ｍｓ同5ｍｓ同3.7ｍｓ3.3手动运行YASKAWAQualityandBeauty33４电机的机种和容量的选定4.1选定公式的导入4.2为选定而讨论的项目选定讲习4.34.4样本读取的方法再生讨论4.5目标：学习伺服电机(机种和容量)选型公式的要点。并且根据向本社用户提供的电机选型软件,进行选型讲习和再生讨论.YASK