9__交流伺服驱动器原理及调试

伺服驱动器孙海亮主要内容一、伺服驱动器的种类及结构二、伺服驱动器发展趋势四、伺服驱动器的控制原理：五、伺服驱动器的接口：六、与伺服调节有关的参数八、进给伺服驱动系统常见故障及处理七、进给伺服常见报警三、伺服驱动器电气原理：进给驱动装置电源与控制模块的关系电源模块进给电动机1控制模块1电机电源反馈进给电动机2控制模块2电机电源反馈…进给电动机进给驱动装置电机电源反馈交流电源（a）集成式交流电源PPNN电源模块控制模块PN（b）分离式一、伺服驱动器的种类及结构伺服进给系统的要求1.调速范围宽2.定位精度高minmax/nrnn二、伺服驱动器发展趋势3.有足够的传动刚性和高的速度稳定性4.快速响应，无超调为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快，因为数控系统在启动、制动时，要求加、减加速度足够大，缩短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。5.低速大转矩，过载能力强一般来说，伺服驱动器具有数分钟甚至半小时内1.5倍以上的过载能力，在短时间内可以过载4～6倍而不损坏。6.可靠性高要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。1、从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。2、电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4～6倍而不损坏。3、为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。4、电机应能承受频繁启、制动和反转。对电机的要求三、伺服驱动器的电气控制原理1.外部控制电路结构2.内部电路结构功率电路结构控制电路结构接地排低通滤波器L1L2L3PE注1注2注3注5进给驱动装置电源供电示意图变压器非熔断丝断路器交流电源1电抗器接触器器DC24V开关电源进给驱动装置注6灭弧器注4交流电源2注7交流伺服系统结构图开关电源PN直流公共母线编码器输出接口脉冲输入接口模拟量接口第二编码器输入接口RS232串行口键盘及显示I/O控制PG三相整流器软起动及泵生控制电路IPM逆变器开关电源DSPADMC401FPGAA42MX09MPUAT89S8252门极驱动电路故障检测电路SPINDLE(SERVO)MOTORiaib霍尔元件RST220V控制电源三相380V电源HSV-20P电源模块逆变器HSV-20P电源模块结构图制动控制PBBK2BK1PN内部制动电阻止保险TPEXT1RSTPOWOKDCRDYT1三相整流桥24V24V-GNDPWROK1PWROK2其它监测信号220AA输入输出TSRXT1控制电源220BB母线电压监测XT2微控制器状态显示光电隔离晶闸管直流电抗器软启动电阻控制电路结构功率电路结构四、伺服驱动器的运行控制原理位置环电流环速度环华中数控1.主回路接线：1）驱动器R、S、T电源线的连接；2）驱动器与电动机电源线之间的接线；2.控制电源类接线：1）r、t控制电源接线；2）I/O接口控制电源接线；3.信号指令线1)指令接口2)I/O接口3)反馈检测类接线五、伺服驱动器的接线：伺服系统主回路的接线图松下伺服驱动器I/F速度控制接线图松下伺服驱动器I/F位置控制接线图三洋伺服系统与数控系统连接图六、伺服参数1、控制类参数2、控制运动功能相关的参数3、逻辑接口相关的一些参数伺服控制是一个比较复杂的过程，参数的使用也相对比较复杂，一般伺服参数个数少的也有几十个，多的有七、八百个，修改起来比较麻烦。但是总的来说，伺服参数可以分成三类。在参数的调节时，我们主要调节与控制功能相关的一些参数，其他参数只与设计和硬件相关。基本上伺服系统确定以后，参数也就确定下来，不需要我们调试人员去修改。控制功能的参数不多，常用的有几个.控制类参数可以选择输入/输出信号定义，内部控制功能选择等。位置指令脉冲方向或速度指令输入取反；是否允许反馈断线报警是否允许CCW极限开关输入；是否允许由系统内部启动SVR-ON控制例如:伺服运动特性调节有关的参数①设定位置环调节器的比例增益。②设置值越大，增益越高，刚度越大，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调。③参数数值由具体的伺服系统型号和负载情况确定。位置比例增益①设定位置环的前馈增益。②设定值越大时，表示在任何频率的指令脉冲下，位置滞后量越小③位置环的前馈增益大，控制系统的高速响应特性提高，但会使系统的位置不稳定，容易产生振荡。④不需要很高的响应特性时，本参数通常设为0表示范围：0~100%位置前馈增益①设定速度调节器的比例增益。②设置值越大，增益越高，刚度越大。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载值情况确定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。③在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较大的值。速度比例增益①设定速度调节器的积分时间常数。④设置值越小，积分速度越快。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。②在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较小的值。速度积分时间常数①设定速度反馈低通滤波器特性。②数值越大，截止频率越低，电机产生的噪音越小。如果负载惯量很大，可以适当减小设定值。数值太大，造成响应变慢，可能会引起振荡。③数值越小，截止频率越高，速度反馈响应越快。如果需要较高的速度响应，可以适当减小设定值。速度反馈滤波因子加减速时间常数与位置控制有关的参数位置超差检测范围①设置位置超差报警检测范围。②在位置控制方式下，当位置偏差计数器的计数值超过本参数值时，伺服驱动器给出位置超差报警。①设置位置指令脉冲的分倍频②在位置控制方式下，通过对参数设置,可以很方便地与各种脉冲源相匹配，以达到用户理想的控制分辨率（即角度/脉冲）电子齿轮P×G=N×C×4P：输入指令的脉冲数G：电子齿轮比N：电机旋转圈数；C：光电编码器线数/转现方法一般有两种，通过硬件或通过软件的方式①设置位置指令脉冲的输入形式。②通过参数设定为3种输入方式之一；1：两相正交脉冲输入；2：脉冲+方向；3：CCW脉冲/CW脉冲③CCW是从伺服电机的轴向观察，反时针方向旋转，定义为正向。④CW是从伺服电机的轴向观察，顺时针方向旋转，定义为反向。位置指令脉冲输入方式用于选择伺服驱动器的控制方式。0：位置控制方式，接收位置脉冲输入指令；1：模拟速度控制方式，接收模拟速度指令；2：模拟转矩控制方式，接收模拟转矩指令；3：其他(内部速度控制方式)控制方式选择与速度/转矩控制有关的参数速度指令输入增益①设置模拟速度指令的电压值与转速的关系。设定值为电压对应的转速值.②只在模拟速度输入方式下有效。速度指令零漂补偿①在模拟速度控制方式下，利用本参数可以调节模拟速度指令输入的零漂。调整方法如下：将模拟控制输入端与信号地短接。设置参数值，至电机不转。电位器转矩指令输入增益①设置模拟转矩指令的电压值与转矩的关系。设置值为指令最高电压对应的转矩值②只在模拟转矩输入方式下有效①设置伺服电机的最高限速值。②与旋转方向无关。③如果设置值超过额定转速，则实际最高限速为额定转速。最高速度限制①设置伺服电机的内部转矩限制值。②任何时候，这个限制都有效最大输出转矩设置主轴定向偏移角度其他常用参数①设定位置控制方式下定位完成脉冲范围。②，当位置偏差计数器内的剩余脉冲数小于或等于本参数设定值时，驱动器认为定位已完成.③在位置控制方式时，输出位置定位完成信号.定位完成范围①设置到达速度②在非位置控制方式下，如果电机速度超过本设定值，则速度到达开关信号为ON，否则为OFF。③在位置控制方式下，不用此参数。④与旋转方向无关。到达速度范围设定伺服电机的光电编码器线数；编码器分辨率伺服电机的磁极对数设定伺服电机的磁极对数；位置指令脉冲输入计数位置指令脉冲反馈输入计数接通伺服驱动器的电源，先进入测试调整模式,测试调整模式可以执行伺服驱动器的测试操作,自整定,报警复位和编辑清除.空载下调试实验进给伺服驱动FANUC0系统进给轴的驱动使用交流同步电动机,目前为α系列。根据其负载特性和快速性分为:α(标准型)αM(高加速特性)αC(经济型)αL(低惯量型)。最大力矩为400N.m。0-C配置α型;0-D配置αC型。αM加速特性好,从0至最高转速的启动过程为24ms，故用于高速加工。华中数控