變頻及伺服應(yīng)用技術(shù)（第2版）（微課版）課件 項目5 伺服電機的應(yīng)用

項目5伺服電機的應(yīng)用變頻及伺服應(yīng)用技術(shù)項目5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識01項目5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制02項目5.3

伺服電機的位置控制03學習目標學習目標學習目標任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識任務(wù)導(dǎo)入伺服控制系統(tǒng)一般包括伺服控制器、伺服驅(qū)動器、執(zhí)行機構(gòu)（伺服電機）、被控對象（工作臺）、測量/反饋環(huán)節(jié)等五部分組成。伺服系統(tǒng)主要由三種控制模式，分別是位置控制模式、速度控制模式、轉(zhuǎn)矩控制模式。

任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識1.課堂導(dǎo)入學海領(lǐng)航：作為工業(yè)母機，數(shù)控機床是制造所有工業(yè)產(chǎn)品時最重要的高端加工裝備之一，而伺服電機則是數(shù)控機床的動力心臟。高檔數(shù)控機床加工精度越來越高，要求伺服電機體積更小、功率更大，如何攻克這一難題，制造出功率密度世界領(lǐng)先的數(shù)控機床伺服電機？請在網(wǎng)上搜索《大國重器》第三季《動力澎湃》第5集《聚力天地間》，并掃碼學習“大國重器之動力澎湃”揭秘世界領(lǐng)先的伺服電機制造背后的工業(yè)智慧。相關(guān)知識任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識

伺服電機是將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換成電機軸上的角位移或角速度輸出，以驅(qū)動控制對象，改變控制電壓可以改變伺服電機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。在自動控制系統(tǒng)中，伺服電機用作執(zhí)行元件，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。伺服電機通常用于速度控制和位置控制中。1.課堂導(dǎo)入任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識2.伺服電機的分類按使用的電源性質(zhì)直流伺服電機交流伺服電機有刷直流電機無刷直流電機按工作原理交流感應(yīng)異步電機交流永磁同步電機任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識（a）伺服電機的銘牌SFS表示中等容量、中等慣性時間常數(shù)、高轉(zhuǎn)速20代表額定輸出功率為2

000W2表示輸出轉(zhuǎn)速為2

000r/min任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識3.伺服電機的銘牌和外部結(jié)構(gòu)3.伺服電機的銘牌和外部結(jié)構(gòu)任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識三菱伺服電機可選用增量式編碼器和絕對值編碼器。編碼器

安裝在電機后端，其轉(zhuǎn)盤（光柵）與電機同軸。增量式編碼器不具有斷電保持功能，每次驅(qū)動器上電后都需要重新回原點。

絕對值編碼器由軸的機械位置確定編碼，掉電可保持位置（無需電池。絕對值編碼器只需要進行一次編碼器校準即可，以后斷電再上電時不需要重新回原點。3.伺服電機的銘牌和外部結(jié)構(gòu)任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識4.伺服電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理定子轉(zhuǎn)子編碼器前端蓋后端蓋后軸承前軸承電機動力電纜編碼器電纜根據(jù)永磁體磁極在轉(zhuǎn)軸中的位置不同，伺服電機可以分為表貼式和內(nèi)置式兩種結(jié)構(gòu)形式。伺服電機的結(jié)構(gòu)任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識rrggbbNS⊙⊙⊙⊕⊕ACBZYX⊕伺服電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖伺服電機工作原理示意圖4.伺服電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識永磁同步伺服電機的轉(zhuǎn)速可用下式表示：

改變轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù)或定子繞組的電源頻率，均可改變電動機的轉(zhuǎn)速。永磁同步伺服電動機是通過改變定子繞組的電源頻率來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的。4.伺服電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識（1）高性能的伺服系統(tǒng)大多采用交流永磁同步伺服電機。（2）西門子伺服電機分為200V的低慣量伺服電機和400V的高慣量伺服電機兩種類型。（3）伺服電機的尾部都帶有編碼器，主要測量電機的實際位置和速度。5.課堂小結(jié)任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識1．三菱伺服驅(qū)動器的銘牌說明及外部結(jié)構(gòu)任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識1．三菱伺服驅(qū)動器的銘牌說明及外部結(jié)構(gòu)2024/7/22輸入輸出連接器編碼器連接器主電路接頭USB通信用連接器任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識2024/7/22斷路器接觸器交流電抗器噪聲濾波器任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識緊急停止按鈕在接觸器電路和EM2輸入端子上采用同一個按鈕，目的是防止伺服驅(qū)動器的意外重啟KA故障保護，一旦故障，切斷伺服的電源任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識1．伺服驅(qū)動器的引腳排列及功能2024/7/22P：位置控制模式，S：速度控制模式，T：轉(zhuǎn)矩控制模式數(shù)字量輸入端采用雙光電耦合。數(shù)字量輸入引腳和輸出引腳分為漏型輸入和輸出，源型輸入和輸出漏型接線的電流通路各引腳詳細說明見手冊P52-P541．伺服驅(qū)動器的引腳排列及功能任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識1．伺服驅(qū)動器的引腳排列及功能任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識1．伺服驅(qū)動器的引腳排列及功能任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識1．伺服驅(qū)動器的引腳排列及功能任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識1．伺服驅(qū)動器的引腳排列及功能任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識2．通用輸入引腳的參數(shù)設(shè)定在表5-3中，xx是設(shè)定值輸入位。標“*”的參數(shù)必須斷電之后才能生效。

任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識2．通用輸入引腳的參數(shù)設(shè)定任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識3．通用輸出引腳的參數(shù)設(shè)定在表5-5中，xx是設(shè)定值輸入位。標“*”的參數(shù)必須斷電之后才能生效。

任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識3．通用輸出引腳的參數(shù)設(shè)定1．數(shù)字量輸入引腳的接線

伺服驅(qū)動器的數(shù)字量輸入引腳用于輸入開關(guān)信號，如啟動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止信號等。根據(jù)開關(guān)閉合時輸入引腳的電流方向不同，可分為漏型輸入方式和源型輸入方式，不管采用哪種輸入方式，三菱伺服驅(qū)動器都能接受，這是因為數(shù)字量引腳內(nèi)部采用雙向光電耦合器。漏型輸入DICOM引腳接24V電源的正極任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識2024/7/22源型輸入DICOM引腳接24V電源的負極1．數(shù)字量輸入引腳的接線任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識2024/7/22圖5-13伺服驅(qū)動器數(shù)字量輸出的接線方式在線圈兩端并聯(lián)一只二極管來吸收線圈產(chǎn)生的反峰電壓兩種輸出接線方式中，二極管的極性不要接反。2．數(shù)字量輸出引腳的接線

數(shù)字量輸出引腳通過內(nèi)部三極管的導(dǎo)通與截止來輸出0、1信號，能夠驅(qū)動指示燈、繼電器或者光耦合器。其輸出接線方式也分為漏型和源型兩種情況任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識2024/7/22圖5-14輸出端接指示燈的接線圖由于指示燈的冷電阻很小，為防止三極管剛導(dǎo)通時因流過的電流過大而損壞，通常需要給指示燈串接一個限流電阻，以便對浪涌電流進行抑制2．數(shù)字量輸出引腳的接線任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識2024/7/223．模擬量輸入/輸出引腳的接線（1）模擬量輸入。三菱伺服驅(qū)動器中模擬量輸入主要是完成速度調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)或速度限制及轉(zhuǎn)矩限制。圖5-15模擬量輸入接線圖在速度控制模式中，其兩端電壓變化范圍為0～10V；在轉(zhuǎn)矩控制模式中其電壓變化范圍為0～8V，但直流電源為15V，大于二者電壓最高值，所以需要電位器RP1分壓，一般情況下RP1及RP2的阻值為2kΩ。任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識2024/7/22（2）模擬量輸出。三菱伺服驅(qū)動器中模擬量輸出的主要功能是反映伺服驅(qū)動器的狀態(tài)，如電動機旋轉(zhuǎn)速度、輸入脈沖頻率、輸出轉(zhuǎn)矩等。圖5-16模擬量輸出接線圖模擬量輸出有兩個通道：MO1和MO23．模擬量輸入/輸出引腳的接線任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識【設(shè)備和工具】MR-JE伺服驅(qū)動器三菱MR-JE-10A伺服驅(qū)動器1臺、伺服電機1臺、《三菱MR-JE系列伺服驅(qū)動器手冊》1本、開關(guān)和按鈕若干、通用電工工具1套。任務(wù)實施電工工具一套伺服電機任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識按鈕任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識2．認識操作面板任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識3．各種模式的顯示與切換任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識4．參數(shù)顯示與設(shè)置任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識5．伺服驅(qū)動器外部輸入/輸出信號顯示任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識2．接線試運行只有使伺服開啟信號（SON）為OFF后才能進行，因此圖中的SON不接開關(guān)。

用緊急停止按鈕SB0將EM2端與DOCOM端相連接，否則顯示報警信息ALE6.1

任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識2．參數(shù)設(shè)置使用JOG試運行時，需要將EM2、正轉(zhuǎn)行程終端LSP和反轉(zhuǎn)行程終端LSN等信號設(shè)置成ON。因此，緊急停止信號EM2在圖5-22中必須通過常閉按鈕實現(xiàn)ON，而LSP、LSN信號通過將PD01設(shè)置為“_C__”，可以自動閉合，不需要從外部輸入引腳接行程開關(guān)。3.運行操作。連續(xù)按2次“MODE”鍵進入診斷畫面，此時顯示RD-OF。按照圖5-23所示的步驟選擇點動運行或者無電機運行。任務(wù)5.1伺服電機和伺服驅(qū)動器的認識任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制相關(guān)知識模擬量速度給定方式內(nèi)部速度指令給定方式漏型輸入方式ALM故障時，RA1失電伺服電機速度達到設(shè)定值附近時，RA3得電伺服開啟，進入可運行狀態(tài)，RA4得電1．接線圖任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制2．速度控制方式（1）模擬速度指令控制方式

伺服驅(qū)動器通過VC（模擬速度指令）的加載電壓設(shè)置的速度運行，此種方法需要將電位器接在P15R、VC和LG引腳上，將正反轉(zhuǎn)啟動開關(guān)接在ST1和ST2引腳上。任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制2．速度控制方式

伺服電機旋轉(zhuǎn)分為順時針和逆時針，則對應(yīng)的輸入電壓應(yīng)分為+10V和?10V。在初始設(shè)置下，±10V對應(yīng)額定轉(zhuǎn)速，±10V時的轉(zhuǎn)速可以在PC12中進行變更。（1）模擬速度指令控制方式任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制2．速度控制方式（1）模擬速度指令控制方式任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制2．速度控制方式（1）模擬速度指令控制方式任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制2．速度控制方式（1）模擬速度指令控制方式任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制2．速度控制方式（1）模擬速度指令控制方式任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制2．速度控制方式（2）內(nèi)部速度指令控制方式將伺服驅(qū)動器的數(shù)字量輸入引腳設(shè)置為SP1（速度選擇1）、SP2（速度選擇2）及SP3（速度選擇3）的功能，即在PD03～PD20參數(shù)中將其值設(shè)置為20（SP1）、21（SP2）、22（SP3），通過這3個輸入引腳的不同組合，就可以控制伺服電機實現(xiàn)7段速（7個速度設(shè)置在PC05～PC11中）控制。任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制2．速度控制方式（2）內(nèi)部速度指令控制方式任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制0～±8V的電壓漏型輸入接線方式1．接線圖任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制2.轉(zhuǎn)矩控制在±8V下產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩。另外，±8V輸入時對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩可以在PC13中進行變更。任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制2.轉(zhuǎn)矩控制【設(shè)備和工具】MR-JE伺服驅(qū)動器三菱FX3U-32MT/ESPLC1臺、三菱MR-JE-10A伺服驅(qū)動器1臺、三菱交流伺服電機1臺、開關(guān)和按鈕若干、《三菱MR-JE系列伺服驅(qū)動器手冊》1本、通用電工工具1套。任務(wù)實施伺服電機任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制三菱FX3U系列PLC安裝有GXWork2軟件的電腦任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制1．任務(wù)要求用按鈕和開關(guān)控制伺服電機實現(xiàn)7段速運行，運行轉(zhuǎn)速分別為500r/min、600r/min、700r/min、800r/min、900r/min、1000r/min、1100r/min。任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制2．硬件電路任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制3．參數(shù)設(shè)置任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制3．參數(shù)設(shè)置任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制2．硬件電路由于三菱PLC的輸出是NPN型，因此伺服驅(qū)動器采用漏型輸入接線方式任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制3．參數(shù)設(shè)置任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制3．參數(shù)設(shè)置任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制4．程序設(shè)計具體程序請參考教材P212或在人郵教育社區(qū)官網(wǎng)/book/details/49465下載源程序任務(wù)5.2伺服電機的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制任務(wù)5.3伺服電機的位置控制任務(wù)5.3伺服電機的位置控制任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)5.3伺服電機的位置控制相關(guān)知識輸入指令脈沖串可以采用集電極開路輸入方式或差動輸入方式兩種EMG、LSP、LSN必須接入常閉觸點輸入脈沖串采用集電極開路輸入方式時，需要將OPC端子接入DC24V的正極。1．接線圖任務(wù)5.3伺服電機的位置控制2．脈沖輸入引腳的接線三菱伺服驅(qū)動器的脈沖輸入有兩種方式：集電極脈沖輸入方式和差動脈沖輸入方式。將伺服驅(qū)動器的OPC接到24V電源的正極PP引腳為正轉(zhuǎn)脈沖輸入端NP引腳為反轉(zhuǎn)脈沖輸入端三菱MR-JE系列的伺服驅(qū)動器工作在位置控制模式時，只能接受NPN輸入信號；脈沖列輸入接口中使用了光耦合器，因此，在脈沖列信號線上不能連接電阻。任務(wù)5.3伺服電機的位置控制差動脈沖輸入方式輸入脈沖的最高頻率為4MHz任務(wù)5.3伺服電機的位置控制3．脈沖輸入形式任務(wù)5.3伺服電機的位置控制3．脈沖輸入形式任務(wù)5.3伺服電機的位置控制4．定位完成（INP）INP是定位完成，當偏差計數(shù)器的滯留脈沖在設(shè)置的定位范圍（PA10）以下時，INP將會開啟。將負載范圍設(shè)定為很大的值，低速運行時，會進入常通狀態(tài)。任務(wù)5.3伺服電機的位置控制1．原點回歸指令ZRN[S1]：原點回歸速度。[[S2]：爬行速度。[S3]：近點DOG（原點）輸入信號[D]：脈沖輸出端任務(wù)5.3伺服電機的位置控制1．原點回歸指令ZRN任務(wù)5.3伺服電機的位置控制2．帶DOG搜索的原點回歸指令DSZR[S1]：近點DOG輸入信號[S2]：零點輸入信號[D1]：脈沖輸出端[D2]：電機方向輸出端任務(wù)5.3伺服電機的位置控制2．帶DOG搜索的原點回歸指令DSZR任務(wù)5.3伺服電機的位置控制3．相對定位指令DRVI[S1]：輸出脈沖數(shù)，即相對地址[S2]：輸出脈沖頻率，即移動速度[D1]：脈沖輸出端[D2]：電