項目四 步進驅(qū)動系統(tǒng)的調(diào)整

1、項目四 步進驅(qū)動系統(tǒng)的調(diào)整一、實驗?zāi)康呐c要求：（一）熟悉步進電機運行原理及其驅(qū)動系統(tǒng)的連接；（二）掌握步進電機性能特性及其調(diào)試的基本方法。二、實驗工具：（一）數(shù)控綜合實驗臺一臺：（二）10mm十字起、2mm一字起各一把。三、實驗內(nèi)容：（一）世紀星HNC一21TF配步進電機時的參數(shù)設(shè)置 數(shù)控系統(tǒng)控制步進驅(qū)動器時，需要對系統(tǒng)參數(shù)進行必要的設(shè)置，才能夠正常的控制步進驅(qū)動器，按表l對步進電機有關(guān)參數(shù)設(shè)置坐標軸參數(shù)，按表2設(shè)置硬件參數(shù)。表1 坐標軸參數(shù)1 參數(shù)名 參數(shù)值外部脈沖當量分子 25外部脈沖當量分母 256伺服驅(qū)動型號 46伺服驅(qū)動器部仁號 O最大跟蹤誤差 O電機每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) 200伺服內(nèi)部參數(shù)【

2、O】 步進電機拍數(shù)4伺服內(nèi)部參數(shù)345 0 快移加減速時間常數(shù) 100快移加速度時間常數(shù) 64加工加減速時間常數(shù) lOO加工加速度時間常數(shù) 64表2硬件配置參數(shù)參數(shù)名型號 標識 地址配置【O配置1部件0 530l 46(不帶反饋) O O 01.步進電機驅(qū)動器細分數(shù)的設(shè)定 步進驅(qū)動器的細分可以講是將脈沖拍數(shù)進行細分或?qū)⑿D(zhuǎn)磁場進行數(shù)字化處理。將磁場進行細分，把繞組電流的突然變化變?yōu)檫B續(xù)變化，使電機運行時更加平滑，降低其工作時的嗓音。細分本身對于改變電機的控制精度影響并不是太大。其控制精度取決于步進電機自身精度的高低。不過也可根據(jù)不同廠家的步進電機進行修正，這不是一般驅(qū)動器生產(chǎn)廠家所能做到的。因

3、此鯽分驅(qū)動器往律用存減少黯和提高申機軸輸出的平穩(wěn)性上。本驅(qū)動器提供2-256細分，在步進電機步距角不能滿足使用的條件下，可采用細分驅(qū)動器來驅(qū)動步進電機，細分驅(qū)動器的原理是通過改變相鄰(A，B)電流的大小，以改變合成磁場的夾角來控制步進電機運轉(zhuǎn)的。如右圖所示。 根據(jù)下表，對驅(qū)動器所采用的細分數(shù)進行設(shè)定，撥碼開關(guān)5、6、7、8可以選擇驅(qū)動器的電流大小，下表列出撥碼不同的狀態(tài)對應(yīng)的輸出相電流大小。 SW5 SW6 SW7 SW8 2 1 l l 1 4 l O 1 1 8 l l O1 16 1 O 0 1 、 32 l 1 1 O 64 1 0 l 0 128 1 1 O 0 256 l 0 O

4、0注意： 如果驅(qū)動器的細分數(shù)發(fā)生了改變，那么系統(tǒng)軸參數(shù)中的脈沖當量分子、分母也要相應(yīng)的發(fā)生改變，跟據(jù)公式，正確計算出系統(tǒng)軸參數(shù)中的脈沖當量分子、分母的比值，并簡述軸參數(shù)中的脈沖當量分子、分母的比值對整個系統(tǒng)的影響：驅(qū)動細分數(shù) 2 8 16 32電子齒輪比運行狀態(tài)結(jié)論步進驅(qū)動器可以提供多種規(guī)格的相電流以供選擇，可以驅(qū)動不同功率的步進電機，現(xiàn)在實驗臺所使用的步進驅(qū)動器可以通過本身的撥碼開關(guān)來選擇電機的相電流。撥碼開關(guān)l、2、3可以選擇驅(qū)動器的電流大小，下表是撥碼開關(guān)不同的狀態(tài)對應(yīng)的電機相電流大小，通過下表可以看出其對應(yīng)關(guān)系，撥碼開關(guān)電流 SWl SW2 SW了 1.3 l l 1 1.6 0 l

5、41 1.9 l O l 2.2 O O l 2.5 l l O 2.9 O l 0 3.2 1 0 0 3.5 O O 02.半流功能的測試 步進電機由于靜止時的相電流很大，所以，一般驅(qū)動器都提供半流功能，半流功能的作用是當步進驅(qū)動器如果一定時間內(nèi)沒有接受到脈沖，那夏詞f薈藹萄可蔣龜葡：確相電流減小為原來的一半，用來防止驅(qū)動器過熱 M535驅(qū)動器也提供本功能，蔣波碼開關(guān)撥至OFF，半流功能開；將波碼開關(guān)撥至ON，半流功能關(guān)。(1)首先將半流功能打開，讓驅(qū)動器帶電的情況下靜止30分鐘，測出此時的電機溫度，并記錄下來(2)待電機冷卻后，將半流功能關(guān)閉，讓驅(qū)動器帶電的情況下靜止30分鐘，測出此時的

6、電機溫度，并記錄下來，烙兩次所測的溫度進行比較，我們可以得出的結(jié)論是：3.步進電機繞組的并聯(lián)與串聯(lián)接法實驗 本實驗臺所用步進電機為四相電機，一般情況下四相電機與兩相步進電機的繞組的繞法是一樣的，我們現(xiàn)在所提供的步進驅(qū)動器是兩相驅(qū)動器，我們?nèi)绻胍脙上嗖竭M驅(qū)動器來控制四榴步進電機，可以將四相步進電機的繞組線圈兩兩進行并聯(lián)或串聯(lián)在一起，當作兩相電機來進行使用。數(shù)控綜合實驗臺的電氣原理圖上提供了一種串聯(lián)的接法，我們現(xiàn)在將線圈更改為并聯(lián)接法如下圖：1）將電機繞組端子A+、C-并在一起接到驅(qū)動器A+端子上2）將電機繞組端子A-、C+并在一起接到驅(qū)動器A-端子上3）將電機繞組端子B+、D-并在一起接到

7、驅(qū)動器B+端子上4）將電機繞組端子B-、D+并在一起接到驅(qū)動器B-端子上 步進電機定子繞組并聯(lián)接法 在線路和電源檢查無誤后，進行通電試運行，用手動或手搖發(fā)送脈沖，控制電機慢速轉(zhuǎn)動和正反轉(zhuǎn)，在沒有堵轉(zhuǎn)等異常聲音情況下，逐漸控制電機快速轉(zhuǎn)動 注意：繞組并聯(lián)后，應(yīng)將步進電機的電流設(shè)置增大為電機相電流的14倍，串聯(lián)時電機電流為額定電流的0.7倍才不至于降低了低頻段的輸出轉(zhuǎn)矩。4.測定步進電機的空載啟動頻率 任何步進電機都有一定的啟動頻率，所謂的啟動頻率就是指電機在不丟步、不堵轉(zhuǎn)的情況下能夠瞬時啟動的最大頻率。這里我們可以利用數(shù)控系統(tǒng)來控制步進電機對其啟動頻率進行簡單的測試。具體的測試方法如下：（1）設(shè)

8、置x軸的加減速時問常數(shù)為2，并將快移與加工速度分別設(shè)為60005000；（2）在步進電機軸伸處作一標記，由世紀星設(shè)置步進電機整數(shù)轉(zhuǎn)的位移和速度：讓步進電機空載啟動： 例如；我們已知絲杠為5mm的情況下，如果想讓電機轉(zhuǎn)動一圈，那么我們可以給系統(tǒng)發(fā)出一個5mm的運行行程，在MDl方式下輸入： G9l GOI X5 F2000系統(tǒng)接受到命令后，應(yīng)該發(fā)出一個讓工作臺移動5mm的指令，工作臺移動5rmm，電機應(yīng)該恰好轉(zhuǎn)了一整圈。 注意：如果實驗臺安裝的是車床軟件，那么我們在給x軸提供運行指令的時候要注意是直徑編程還是半徑編程。（3）步進電機處于靜止狀態(tài)下，執(zhí)行上述運行指令，啟動旋轉(zhuǎn)一圈后停止，從軸伸標記

9、判斷步進電機是否失步或出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)級。（4）啟動時步進電機沒有失步或出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，則提高速度參數(shù)F值再測試，直到某一臨界速度，由此速度換算為脈沖頻率，即為電機的空載啟動頻率。（5）在工作臺上增加一定的負載，按上述步驟測定步進電機的空載啟動頻率，并進行比較相同減速的情況下，兩者的啟動頻率有什么區(qū)別。（6） 將步進電機驅(qū)動器的電流減為原來的1/3，再次按上述步驟測定步進電機的空載起動頻率，并與前兩次進行比較有什么區(qū)別。 加工加減速時間常數(shù)2ms4ms64ms空載啟動頻率加負載的情況下的啟動頻率減小電流后的啟動頻率結(jié)論項目五 交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的調(diào)整 一、實驗?zāi)康模海ㄒ唬┦煜そ涣魉欧到y(tǒng)的構(gòu)成及原理以及伺服

10、電機、驅(qū)動器、數(shù)控系統(tǒng)的互聯(lián)；（二）掌握交流伺服電機及驅(qū)動器的性能，特性；（三）熟悉交流伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性及其基本參數(shù)調(diào)整。二、實驗工具（一）數(shù)控綜合實驗臺一臺；（二）1.52mm一字起各一把。三、實驗內(nèi)容：（一）世紀星HNC21TF配伺服驅(qū)動時的參數(shù)設(shè)置實驗 數(shù)控系統(tǒng)控制伺服驅(qū)動器時，需要對系統(tǒng)參數(shù)進行必要的設(shè)置，才能夠正常的控制伺服驅(qū)動器，按表1對伺服電機有關(guān)參數(shù)設(shè)置坐標軸參數(shù)，按表2設(shè)置硬件參數(shù)。（二）伺服驅(qū)動器的調(diào)節(jié)實驗實驗臺所選用的三洋驅(qū)動器操作面板有五個按鍵，其功能如下表3所述，可以通過這五個按鍵來進行參數(shù)的修改和調(diào)試。1.空載下調(diào)試及運轉(zhuǎn)在沒有控制系統(tǒng)的情況下，我們?yōu)榱伺袛嗨欧?qū)

11、動系統(tǒng)的功能是否正常，可以直接利用伺服驅(qū)動器對電機進行控制。實驗臺的Z軸采用的是伺服電機，我們可以完成此項功能的測試。具體調(diào)試步驟如下：(1)按下MODE鍵顯示測試模式，然后選擇頁面屏幕，通過上下鍵來增加和減少數(shù)值(2)按下WR鍵1秒鐘顯示起初屏幕頁面當按下MODE鍵，返回到頁面選擇屏幕。當再次按下MODE鍵，轉(zhuǎn)換到下一組模式(3)監(jiān)控模式各頁碼說明見表4：(4)進入選擇測試調(diào)整模式“Ad05”手動操作，按WR鍵一秒鐘以上，D數(shù)碼顯示為“yn”后選擇yesD數(shù)碼顯示為“rdy”然后按WR鍵一秒鐘以上，現(xiàn)在按UP鍵電機按正方向運轉(zhuǎn)，按down鍵時電機按反方向運轉(zhuǎn)，松開手電機則停止運轉(zhuǎn)。2.通過修

12、改伺服驅(qū)動器的通用參數(shù)，改變驅(qū)動器的運動性能注意：在做此實驗時如果發(fā)生Z軸嘯叫、抖動或其他不良情況，請務(wù)必將急停拍下或?qū)⑺欧婋姅嗦?，然后將參?shù)恢復(fù)，以防損壞設(shè)備。 (1)PA000位置比例增益(30) 設(shè)定位置環(huán)調(diào)節(jié)器的比例增益。 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)值太大可能會引起振蕩或超調(diào)。 參數(shù)數(shù)值由具體的伺服系統(tǒng)型號和負載情況確定。 下面可以對驅(qū)動器的位置比例增益進行更改，然后讓系統(tǒng)以一個固定的頻率給驅(qū)動器發(fā)送脈沖，既讓Z軸以一個固定的速度運行，然后選擇系統(tǒng)跟蹤誤差顯示模式，記錄下來運行穩(wěn)定時的跟蹤誤差值，填入下表：(2)PA002速度比例增益

13、(50) 設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的比例增益。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)動系統(tǒng)型號和負載值的情況而定，一般情況下，負載值越大，設(shè)定值越大。 在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定較大的值 (3)PA003速度積分時間常數(shù)(20) 設(shè)定速度調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)。 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)動系統(tǒng)型號和負載情況確定。一般情況下，負載慣量越大，設(shè)定值越大。在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的條件下，盡量設(shè)定較小的值 通過修改參數(shù)，觀察電機的運行性能，觀察什么情況下電機會出現(xiàn)抖動，嘯叫，超調(diào)，在參數(shù)不同的情況下，電機運轉(zhuǎn)時觀察系統(tǒng)坐標的變化情況，系統(tǒng)跟蹤誤差的大小，回零時的不同現(xiàn)

14、象，將電機調(diào)節(jié)到比較理想的狀態(tài)，電機動作時的不同現(xiàn)象。(4)下面根據(jù)下表對伺服進行調(diào)試，把觀察到的工作臺的運行狀態(tài)，伺服電機的運行狀態(tài)及系統(tǒng)的狀態(tài)填入下表： 從以上實驗中得出什么樣的結(jié)論：3.數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動器的指令脈沖匹配實驗 數(shù)控系統(tǒng)可以提供三種脈沖指令形式：單脈沖、雙脈沖與AB相脈沖的指令控制類型，數(shù)控系統(tǒng)采用什么類型的控制指令，要根據(jù)所控制的伺服系統(tǒng)需要什么類型的控制指令。 綜合實驗臺所提供的伺服驅(qū)動器可以接收的指令為單脈沖、雙脈沖與AB相脈沖，所以我們可以通過調(diào)節(jié)數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動器的參數(shù)，來對數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的指令類型進行匹配。具體的做法如下： (1)系統(tǒng)參數(shù)的修改，定義系統(tǒng)控

15、制指令類型的參數(shù)是硬件配置參數(shù)中的配置0，配置0的大小是一個字節(jié)，這個字節(jié)用二進制表示共有八位，每一位都有不同的功能定義： 對于脈沖接口伺服驅(qū)動器來說： DO-D3：是指步進電機的軸號，在這里我們定義它為2號軸，數(shù)值為0010； D4-D5：指數(shù)控系統(tǒng)脈沖指令形式 00- (缺省)單脈沖輸出 01一單脈沖輸出 10- 雙脈沖輸出 11一 A B相輸出 D6D7：數(shù)控系統(tǒng)接受反饋脈沖的指令形式 00-(缺省)A B相反饋 01一單脈沖反饋 10-雙脈沖反饋 11一A B相反饋(2)現(xiàn)在伺服驅(qū)動器運行指令與反饋指令都采用的是AB相脈沖，那么配置0的數(shù)值為： 換算成十進制為：50或242。將其輸入到

16、配置0中，數(shù)控系統(tǒng)輸出指令與反饋指令脈沖形式為AB相脈沖。(3)伺服參數(shù)的修改，伺服可以通過修改參數(shù)PA400的數(shù)值來改變伺服驅(qū)動器的指令脈沖接受形式，如下表：(4)如果數(shù)控系統(tǒng)脈沖輸出指令采用單脈沖。反饋信號采用AB相脈沖，系統(tǒng)硬件配置參數(shù)設(shè)為( )；伺服參數(shù)PA400設(shè)為( )；系統(tǒng)才能夠正常運行。并用實驗進行驗證是否正確。 (5)如果數(shù)控系統(tǒng)脈沖輸出指令采用雙脈沖。反饋信號采用朋相脈沖，系統(tǒng)硬件配置參數(shù)設(shè)為( )；如果此時伺服系統(tǒng)指令信號采用單脈沖，伺服參數(shù)PA400設(shè)為( )；這時運行運行Z軸，會發(fā)生什么現(xiàn)象，并分析其原因為： 4.利用三洋伺服串口通訊軟件對伺服參數(shù)進行修改實驗： 利用三洋伺服串口通訊軟件及通訊電纜可以實現(xiàn)計算機與伺服的通訊以及對伺服參數(shù)進行修改、備份和恢復(fù)，具體步驟如下； (1)在PC機中安裝三洋伺服通訊軟件，建議PC機的操作系統(tǒng)為windowXP (2)利用把三洋伺服串口通訊電纜把伺服與PC機聯(lián)接在一起。(3)把伺服驅(qū)動器的控制電源準備好，然后打