運動控制技術(shù)基礎(chǔ)課件 項目15 應用位置控制模式實現(xiàn)伺服電機的位置閉環(huán)控制

BasicsOfMotionControlTechnology運動控制技術(shù)基礎(chǔ)項目15應用位置控制模式實現(xiàn)伺服電機位置閉環(huán)控制背景描述

項目15

應用位置控制模式實現(xiàn)伺服電機位置閉環(huán)控制雖然能夠?qū)λ俣群娃D(zhuǎn)矩進行精確的控制，但相對于普通的電機來說，伺服電機最重要的用途還是用于位置控制。實際應用中，對精確的位置控制有著廣泛的需求，比如印刷伺服控制，數(shù)控機床伺服控制、機器人伺服控制等。在位置控制的過程中，實際上是包括對速度和位置兩個方面的控制，通常是以指令脈沖作為輸入信號，控制伺服電機跟隨指令的變化進行加速度、速度以及位移等方面的控制，簡單來說就是，在要求的時間內(nèi)準確的到達預期的位置。通常對自控系統(tǒng)的要求所說的“穩(wěn)、快、準”，歸結(jié)到位置伺服控制，就是加減速快、運行穩(wěn)、到達目的準。示范實例：資訊

A工廠為設備進行升級改造，增加了一臺伺服電機，型號為安川SGMGV-13A，配套的伺服驅(qū)動器型號為安川SGDV-120A。伺服電機和滾珠絲杠剛性直連，滾珠絲杠的導程為6mm，要求每脈沖對應位移量為5μm（脈沖當量），能夠以每分鐘600mm的速度正向運行或者以每分鐘750mm的速度反向運行。設備設有正轉(zhuǎn)啟動按鈕、反轉(zhuǎn)啟動按鈕、停止按鈕以及正反向兩個限位開關(guān)。設備每次正向進給200mm后后停止或反向進給300mm后停止，按下停止按鈕則電機立即停止。系統(tǒng)采用S7-300PLC進行控制，相關(guān)元器件已準備好，請根據(jù)控制要求完成以下任務：1.確定I/O分配表；2.完成PLC-伺服驅(qū)動器控制電路圖；3.完成PLC-伺服驅(qū)動器控制電路連接；4.完成伺服驅(qū)動器參數(shù)設置；5.完成PLC程序編寫；6.完成PLC程序下載并控制PLC-伺服電機運行。項目15

應用位置控制模式實現(xiàn)伺服電機位置閉環(huán)控制示范實例：資訊

位置伺服控制系統(tǒng)的位置指令為脈沖序列，脈沖數(shù)量決定了位移量的大小。由于實際設備的機械傳動方式各異，傳動比不一，使得不同的系統(tǒng)中脈沖數(shù)量與位移量存在不同的比值關(guān)系。這一方面造成脈沖數(shù)量與位移量的轉(zhuǎn)化計算繁瑣復雜，另一方面可能因為傳動比和位移距離之間的比值無法整除而導致脈沖數(shù)量的計算誤差，造成無謂的控制精度損失。因此，在實際的位置伺服控制系統(tǒng)中，都會設置電子齒輪比這個計算參數(shù)，通過電子齒輪比的調(diào)整，保證任何位移量都有唯一確定的脈沖數(shù)量與之精確對應。通常把一個脈沖所對應的位移量稱為脈沖當量。脈沖當量往往是設備的最小設定單位，根據(jù)需要可取不同的值。當指令脈沖頻率不變時，脈沖當量越小則設備可能達到的精度就越高，但同時運動的速度就會越低。項目15

應用位置控制模式實現(xiàn)伺服電機位置閉環(huán)控制示范實例：資訊

電子齒輪比包括兩個參數(shù):1.電子齒輪比分母2.電子齒輪比分子它們的比值就像在系統(tǒng)中設置了一對傳動齒輪，因此得名電子齒輪比。相比實際存在的物理齒輪，電子齒輪比可以根據(jù)需要方便的修改，從而滿足脈沖當量這一基本計算要求，大大減少了系統(tǒng)的計算工作量，相對提高了系統(tǒng)的精度。成為伺服控制系統(tǒng)中不可或缺的重要參數(shù)之一。當設置好電子齒輪比之后，為了獲得較大的速度范圍，可以使用指令脈沖輸入倍率。指令脈沖輸入倍率的作用是以較低的輸入脈沖頻率獲得較高的輸出速度。項目15

應用位置控制模式實現(xiàn)伺服電機位置閉環(huán)控制示范實例：計劃

序號項目內(nèi)容時間人員1編制I/O分配表確定所需要的I/O點數(shù)并分配用途，編制I/O分配表（需提交）5分鐘全體人員2繪制PLC-伺服驅(qū)動器控制電路圖根據(jù)I/O分配表繪制PLC-伺服驅(qū)動器控制電路圖15分鐘全體人員3連接PLC-伺服驅(qū)動器控制電路根據(jù)電路圖完成PLC-伺服驅(qū)動器控制電路連接15分鐘全體人員4設置伺服驅(qū)動器參數(shù)根據(jù)控制要求設置伺服驅(qū)動器10分鐘全體人員5編寫伺服電機位置控制PLC程序根據(jù)控制要求編寫伺服電機位置控制PLC程序25分鐘全體人員6下載PLC程序運行把控制程序下載到PLC，實現(xiàn)伺服電機的速度控制10分鐘全體人員項目15

應用位置控制模式實現(xiàn)伺服電機位置閉環(huán)控制示范實例：決策

按照工作計劃表，項目小組全體成員共同確定I/O分配表，然后按兩個小組分別實施系統(tǒng)硬件裝調(diào)、伺服驅(qū)動器參數(shù)設置、程序編寫以及調(diào)試運行，合作完成任務并提交任務評價表。項目15

應用位置控制模式實現(xiàn)伺服電機位置閉環(huán)控制示范實例：實施

（一）編制I/O分配表（二）繪制PLC-伺服驅(qū)動器控制電路圖（三）連接PLC-伺服驅(qū)動器控制電路（四）設置伺服驅(qū)動器（五）編寫PLC程序1.指令脈沖的確定2.正反轉(zhuǎn)控制程序3.位置控制程序（六）下載PLC程序運行項目15

應用位置控制模式實現(xiàn)伺服電機位置閉環(huán)控制示范實例：檢查

項目分值評分標準檢查情況得分編制I/O分配表101.所有輸入地址編排合理，節(jié)約硬件資源，元件符號與元件作用說明完整，5分；2.所有輸出地址編排合理，節(jié)約硬件資源，元件符號與元件作用說明完整，5分。

繪制PLC-伺服驅(qū)動器控制電路圖101.電路圖元件齊全，標注正確，5分；2.電路功能完整，布局合理，5分。

連接PLC-伺服驅(qū)動器控制電路101.安全違章扣10分；2.安裝不達標一項扣2分。

設置伺服驅(qū)動器參數(shù)10能根據(jù)控制需要正確設置驅(qū)動器。

編寫伺服電機位置控制PLC程序501.功能正確，程序段合理，30分；2.符號表正確完整，10分；3.絕對地址、符號地址顯示正確，程序段注釋合理，10分。

下載PLC程序運行101.程序下載正確，PLC指示燈正常，5分；2.程序運行操作正確，能實現(xiàn)預定功能，5分。合計100

項目15

應用位置控制模式實現(xiàn)伺服電機位置閉環(huán)控制示范實例：評價

表15-5應用位置控制模式實現(xiàn)伺服電機位置閉環(huán)控制項目自評表

簽名：日期：表15-6應用位置控制模式實現(xiàn)伺服電機位置閉環(huán)控制項目他評表

簽名：日期：項目15

應用位置控制模式實現(xiàn)伺服電機位置閉環(huán)控制實踐練習

某設備的工件進給裝置擬采用SINAMICSV90PTI伺服驅(qū)動器和SIMOTICSS-1FL6044-1AF61-2AA1伺服電機進行控制，伺服電機帶20位增量式編碼器，系統(tǒng)脈沖當量為1μm。伺服電機和滾珠絲杠采用減速齒輪連接，減速比為2。滾珠絲杠的導程為6mm，正向進給速度為每分鐘1000mm，反向進給速度為每分鐘1200mm。要求每正向進給150mm后后停止或者反向進給100mm后停止，按下停止按鈕則電機立即停止。設備設有正轉(zhuǎn)啟動按鈕、反轉(zhuǎn)啟動按鈕以及停止按鈕。該設備采用S7-300PLC進行控制，步進電機、相關(guān)元器件已準備好，請根據(jù)控制要求完成以下任務：1.確定I/O分配表；2.完成PLC-伺服驅(qū)動器控制電路圖；3.完成PLC-伺服驅(qū)動器控制電路連接；4.完成伺服驅(qū)動器參數(shù)設置；5.完成PLC程序編寫；6.完成PLC程序下載并控制PLC-伺服電機運行。項目15

應用位置控制模式實現(xiàn)伺服電機位置閉環(huán)控制擴展提升

某設備的工件傳送轉(zhuǎn)盤采用伺服驅(qū)動，驅(qū)動器為ASDA-B2系列，伺服電機為ECMAA-C21010ES，通過減速器和轉(zhuǎn)盤相連，減速比為50。系統(tǒng)脈沖當量為0.01o，轉(zhuǎn)速為每分鐘5圈。要求轉(zhuǎn)盤能夠正反轉(zhuǎn)切換，正向轉(zhuǎn)動1/5圈后停止或者反向轉(zhuǎn)動1/5圈后停止，按下停止按鈕則電機立即停止。設備設有正轉(zhuǎn)啟動按鈕、反轉(zhuǎn)啟動按鈕以及停止按鈕。該設備采用S7-300PLC進行控制，相關(guān)元