施耐德运动伺服入门培训（PDF66页）

今天我们一起MOTION一下rdyACCRUNSchneiderElectric2-OEM/ECPAE-JingJixing–080702主要内容●运动控制系统概述●伺服系统选型SchneiderElectric3-OEM/ECPAE-JingJixing–080702主要内容●运动控制系统概述●伺服系统选型SchneiderElectric4-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统（motion）概述运动控制：迅速、精确的完成运动动作运动控制的描述特征●运动曲线：起点终点速度和加速度●控制性能：静态和动态精度响应速度响应稳定性●位置：绝对位置相对位置SchneiderElectric5-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－组成运动控制系统组成•控制器：大脑，计算、控制速度/位置给定；•驱动器：神经，控制电机；•电机：四肢，动力执行机构，向负载提供转矩；•传感器：五官/触觉，检测运动状态，向控制器或驱动器反馈位置和速度信号；SchneiderElectric6-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－控制对象运动控制系统的主要控制方式（控制对象）：设备的/轴的速度、位置、转矩SchneiderElectric7-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－应用位置控制精确位置控制：●机床工具的位置控制●机器人手臂位置●直线精确定位●平面X-Y曲线的位置SchneiderElectric8-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－应用速度控制高精度速度控制（精度0.05％）：●带材张力：通过速度控制张力●成型：速度波动会影响表面精度SchneiderElectric9-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－应用转矩控制高精度转矩控制：●收放卷●螺纹切削SchneiderElectric10-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述变频运动控制数控•机器人、机械手•金属/木材/玻璃切割泵风机简单动作提升压缩机快速处理码垛机包装机性能（位置，速度，加速度，转矩等）简单运动独立/插补，单轴/多轴复杂程度SchneiderElectric11-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－控制器控制器SchneiderElectric12-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－控制器控制器功能：•通过编程计算、控制单轴或多轴的运动•定义了运动路径（轨道）：根据位置和时间的关系，输出速度①单轴以S1的速度从X0位置移动到X1位置②单轴以S2的速度从X1位置返回到X0位置SchneiderElectric13-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－控制器单轴的运动：有限位的单轴往复运动轴的运动在Xa点和Xb点范围内，有低限位和高限位单向的运动轴轴的运动是单向的，无限位。SchneiderElectric14-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－控制器内置插补的线形单轴运动：通过同步程序的线性插补，轴的运动跟随平面（2轴）或立体（3轴）运动控制器同时控制多轴的同步加速和减速SchneiderElectric15-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－控制器凸轮控制：机械凸轮：一个机械结构，根据主轴和凸轮的轮廓决定从轴的运动。凸轮特定的外形，称作“凸轮曲线”。机械凸轮的缺点：•运动关系无法修改（机械已经定了）•依赖于机械结构SchneiderElectric16-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－控制器凸轮控制：电子凸轮：内部公式计算的凸轮曲线通过控制器编程，计算轴的运动SchneiderElectric17-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－控制器总体来说：•控制器接受系统反馈信号•计算、处理各种信号和数据•将处理结果送至驱动器，用于最终控制负载SchneiderElectric18-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－驱动器SchneiderElectric19-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－驱动器驱动器，执行机构用于控制速度，提供电机所需的电流（转矩、动力）异步电机同步电机步进/无刷电机SchneiderElectric20-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－电机SchneiderElectric21-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－电机电机：将电流转化为转矩。类型：异步、同步、步进形式：旋转的、直线的异步步进直线同步（无刷）SchneiderElectric22-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－步进电机结构示意图定子转子永磁体材料励磁线圈SchneiderElectric23-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－步进电机工作原理：•转子为永磁材料的成对磁极；•定子通常有2相线圈绕组；•电流通过定子绕组时，转子转动到下一个平衡位置；•转动的最小增量（步）取决于转子的极对数；•不需要位置反馈信号；定子转子永磁体材料动力线圈SchneiderElectric24-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－异步电机部件结构：定子铁心定子绕组SchneiderElectric25-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－异步电机部件结构：铸铝转子绕线转子SchneiderElectric26-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－异步电机工作原理：•在定子绕组中通入对称三相电流，产生旋转磁场；•该磁场使转子中产生电流；•转子电流也产生旋转磁场；•转子跟随旋转磁场，从而产生旋转。•两个磁场间总是存在一定的角度差。称作异步。¾如果这两个磁场没有角度差，则电机输出转矩为0。¾电机转矩来自于两个磁场的转差，称为“滑差”。SchneiderElectric27-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－同步电机结构示意图：电源电缆编码器电缆无刷电机定子：3相绕组，和异步电机相同转子：永磁体SchneiderElectric28-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－同步电机工作原理：•编码器指示电机的角度位置；•转子具有永久磁场（永磁材料）；•定子磁场是变化的（通过驱动器改变振幅和频率）；•转子速度跟随定子磁场变化的速度（同步）。¾编码器通常使用resolver编码器工作特征：•电机转矩：正比于定子电流；•电机转速：正比于定子频率；•注意：不同永磁材料的转子所获得的转矩会不同。SchneiderElectric29-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－同步Vs异步¾在任何速度下（甚至是0速），同步电机可以输出更大的峰值转矩和更稳定持续转矩。¾同步电机可以提供更高的转速和精确的位置控制；¾异步电机只能提供转速控制和低精度的转矩控制。SchneiderElectric30-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－同步Vs步进¾控制精度不同：•同步电机控制精度由编码器决定。编码器线数可以很高（如2500线）。（高）•步进电机的控制精度由“步距角”决定。根据相数不同，精度固定。（低）¾矩频特性不同：•同步电机额定转速内，为恒转矩输出。•步进电机的输出转矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降。¾过载能力不同：•同步电机具有强的过载能力。•步进电机一般不具备过载能力。SchneiderElectric31-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－同步Vs步进¾运行性能不同：•同步电机为闭环控制，控制性能可靠，不会出现丢步、堵转、过冲等现象。•步进电机为开环控制，控制不当可能出现丢步、堵转、过冲。¾响应速度性能不同：•同步电机加速至高速（例如3000rpm）仅需几毫秒。•步进电机从静止加速到工作转速（一般为几百转/分）需要200～400毫秒。综上，同步电机多方面性能优于步进电机。选择所需要的SchneiderElectric32-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－直线电机¾工作原理：•直线电机，可以看作是未卷绕的电机（定子被拉成直线）•由于特殊的结构，需要特殊的电缆¾分类：•多种类型，如步进、永磁。通常为无刷电机。SchneiderElectric33-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－直线电机¾优点：•高速和加速度；•高精度和重复精度；•长距离；•取代机械结构（齿条、丝杠）；•不需要加油（食品、医药行业应用）¾缺点：•贵•机械设计时要考虑电机的安装•金属切削行业，永磁场会吸引铁屑，造成麻烦SchneiderElectric34-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－位置传感器SchneiderElectric35-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－位置传感器¾位置传感器安装在电机轴端，用于测量电机的转速和位置。三种类型：•Resolver（旋转变压器）•增量型•绝对值型描述位置传感器的3个参数（特性）：•分辨率•精度•重复精度SchneiderElectric36-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－传感器特性分辨率分辨率：最小增量单位：点/转分辨率用每圈的脉冲数决定，如1024线，即每圈1024个脉冲。分辨率高的编码器可以使设备达到高的精度。SchneiderElectric37-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－传感器特性精度精度：测量值和实际值之间的差距单位：弧度当速度取决于位置时，影响速度的精度SchneiderElectric38-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－传感器特性重复精度例中：精度很差，但是重复精度很好单位：弧度或个数重复运动中，重复精度很重要。例如贴标签的生产线（贴标机）。SchneiderElectric39-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－传感器类型Resolver（旋转变压器）励磁输出信号波形Resolver就是一个旋转变压器，产生正弦波信号。所处角度决定输出电压的幅值。因此，它指示的是圆周中的绝对位置。Lexium可以使用Resolver的信号，对电机进行位置/速度控制。SchneiderElectric40-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－传感器类型光学编码器：增量型和绝对值型增量型单圈绝对值多圈绝对值SchneiderElectric41-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－传感器类型增量型编码器：码盘‰增量型编码器输出两相（A&B）信号，指示位置的增量。两相间存在90度相位差，用于测量旋转方向。‰第三相（Z）作为零点标记脉冲。●位置的测量需要进行计数计算；●只能指示相对位置。输出信号SchneiderElectric42-OEM/ECPAE-JingJixing–080702运动控制系统概述－传感器类型绝对值编码器：•有多层码盘，用于记录单圈或多圈的绝对位置•多层码盘间采用机械连接，可以直接得到当前位置