自動生產線安裝與調試（第2版） 課件 單元4 伺服電動機及控制

自動生產線與調試單元4

伺服電動機及控制自動生產線安裝與調試教材配套課件全國高職高專院校規(guī)劃教材·精品與示范系列現代高性能控制系統(tǒng)對電機的提出如下要求：1．從最低速到最高速電機都能平穩(wěn)運轉，轉矩波動要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現象。2．電機應具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉矩的要求。一般直流伺服電機要求在數分鐘內過載4～6倍而不損壞。3．為了滿足快速響應的要求，電機應有較小的轉動慣量和大的堵轉轉矩，并具有盡可能小的時間常數和啟動電壓。4．電機應能承受頻繁啟、制動和反轉5.1交流伺服電動機的結構及工作原理一、交流伺服電動機的結構交流伺服電動機是無刷電動機，分為同步和異步電動機，目前運動控制中一般都用同步電動機，它的功率范圍大，大慣量，最高轉動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應用。交流伺服電動機的轉子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調速范圍、線性的機械特性，無“自轉”現象和快速響應的性能，它與普通電動機相比，應具有轉子電阻大和轉動慣量小這兩個特點。目前應用較多的轉子結構有兩種形式：一種是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉子，為了減小轉子的轉動慣量，轉子做得細長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉子內放置固定的內定子.空心杯形轉子的轉動慣量很小，反應迅速，而且運轉平穩(wěn)，因此被廣泛采用。二、伺服電動機工作原理伺服電動機內部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電動機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。這樣，就能夠很精確的控制電動機的轉動，從而實現精確的定位，可以達到0.001mm。伺服電動機的精度決定于編碼器的精度（線數）。伺服電動機與單機異步電動機相比，有三個顯著特點：

1．起動轉矩大由于轉子電阻大，其轉矩特性曲線如圖3中曲線1所示，與普通異步電動機的轉矩特性曲線2相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉差率S0＞1，這樣不僅使轉矩特性（機械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動轉矩。因此，當定子一有控制電壓，轉子立即轉動，即具有起動快、靈敏度高的特點。2．運行范圍較廣3．無自轉現象正常運轉的伺服電動機，只要失去控制電壓，電機立即停止運轉。當伺服電動機失去控制電壓后，它處于單相運行狀態(tài)，由于轉子電阻大，定子中兩個相反方向旋轉的旋轉磁場與轉子作用所產生的兩個轉矩相互作用,避免自轉.四、交流伺服電動機的安裝注意事項:1．在安裝/拆卸耦合部件到伺服電動機軸端時，不要用錘子直接敲打軸端。否則容易損壞伺服電動機軸另一端的編碼器。

2．使軸端對齊到最佳狀態(tài)，否則可能導致振動或軸承損壞。5.2交流伺服驅動器5.2.1交流伺服驅動器的結構及原理一、交流伺服驅動器的結構原理伺服系統(tǒng)控制結構二、伺服驅動器的接線1.主回路接線：1）R、S、T電源線的連接；2）伺服驅動器U、V、W與伺服電動機電源線U、V、W之間的接線；2.控制電源類接線：1）r、t控制電源接線；2）I/O口控制電源接線；3.I/O接口與反饋檢測類接線。三、伺服驅動器主要參數1．位置比例增益①設定位置環(huán)調節(jié)器的比例增益；②設置值越大，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。但數值太大可能會引起振蕩或超調；③參數數值由具體的伺服系統(tǒng)型號和負載情況確定。2．位置前饋增益①設定位置環(huán)的前饋增益；②設定值越大時，表示在任何頻率的指令脈沖下，位置滯后量越??；③位置環(huán)的前饋增益大，控制系統(tǒng)的高速響應特性提高，但會使系統(tǒng)的位置不穩(wěn)定，容易產生振蕩；④不需要很高的響應特性時，本參數通常設為0表示范圍：0~100%3．速度比例增益①設定速度調節(jié)器的比例增益；②設置值越大，增益越高，剛度越大。參數數值根據具體的伺服驅動系統(tǒng)型號和負載值情況確定。一般情況下，負載慣量越大，設定值越大；③在系統(tǒng)不產生振蕩的條件下，盡量設定較大的值。4．速度積分時間常數①設定速度調節(jié)器的積分時間常數；④設置值越小，積分速度越快；參數數值根據具體的伺服驅動系統(tǒng)型號和負載情況確定。一般情況下，負載慣量越大，設定值越大；②在系統(tǒng)不產生振蕩的條件下，盡量設定較小的值。5.2.2交流伺服驅動的控制過程MADDT1207003全數字交流永磁同步伺服驅動裝置驅動MHMD022P1U伺服電機含義。MHMD022P1U伺服電機為大慣量（電機類型MHMD），電機的額定功率為200W（02），電壓規(guī)格為200V（2），編碼器為增量式編碼器（P），脈沖數為2500p/r，分辨率10000，輸出信號線數為5根線。MADDT1207003的含義：MADDT表示松下A4系列A型驅動器，T1表示最大瞬時輸出電流為10A，2表示電源電壓規(guī)格為單相200V，07表示電流監(jiān)測器額定電流為7.5A，003表示脈沖控制專用。伺服驅動器的面板圖2.接線2．接線：位置控制模式控制信號接線圖3．伺服驅動器的參數設置與調整

松下的伺服驅動器有七種控制運行方式，即位置控制、速度控制、轉矩控制、位置/速度控制、位置/轉矩、速度/轉矩、全閉環(huán)控制。位置方式就是輸入脈沖串來使電機定位運行，電機轉速與脈沖串頻率相關，電機轉動的角度與脈沖個數相關；速度方式有兩種，一是通過輸入直流-10V至—+10V指令電壓調速，二是選用驅動器內設置的內部速度來調速；轉矩方式是通過輸入直流-10V至—+10V指令電壓調節(jié)電機的輸出轉矩，這種方式下運行必須要進行速度限制，有兩種方法：1）設置驅動器內的參數來限制，2）輸入模擬量電壓限速。4．參數設置方式操作說明

驅動器參數設置面板顯示單元軸地址選擇開關轉矩監(jiān)測端子轉速監(jiān)測端子4．參數設置方式操作說明

驅動器參數設置面板在模式顯示時有效，在以下5種模式之間切換：1）監(jiān)視器模式；2)參數設置模式；3）EEPROM寫入模式；4）自動調整模式；5）輔助功能模式。

用來在模式顯示和執(zhí)行顯示之間切換僅對小數點閃爍的哪一位數據位有效，改變個模式里的顯示內容、更改參數、選擇參數或執(zhí)行選中的操作僅對小數點閃爍的哪一位數據位有效，把移動的小數點移動到更高位數參數設置操作說明：1．參數設置，先按“Set”鍵，再按“Mode”鍵選擇到“Pr00”后，按向上、下或向左的方向鍵選擇通用參數的項目，按“Set”鍵進入。然后按向上、下或向左的方向鍵調整參數，調整完后，按“S”鍵返回。選擇其它項再調整。2．參數保存，按“M”鍵選擇到“EE-SET”后按“Set”鍵確認，出現“EEP-”，然后按向上鍵3秒鐘，出現“FINISH”或“reset”，然后重新上電即保存。3．手動JOG運行，按“Mode”鍵選擇到“AF-ACL”，然后按向上、下鍵選擇到“AF-JOG”按“Set”鍵一次，顯示“JOG-”，然后按向上鍵3秒顯示“ready”，再按向左鍵3秒出現“sur-on”鎖緊軸，按向上、下鍵，點擊正反轉。注意先將S-ON斷開。(1)Pr01LED初始狀態(tài)此設定值不影響伺服操作與功能。相關模式All05．常用參數說明(2)Pr02控制模式選擇相關模式All，參數設置范圍:0~6選擇伺服驅動器的控制模式。Pr02參數設置值含義(3)Pr04行程限位禁止輸入無效設置相關模式All,參數設置范圍:0~6,設置兩個行程限位信號（CCWL,XS插頭第8引腳；CCWL，第9引腳）的輸入是否有效。0：行程限位動作發(fā)生時，按pr66設定的時序發(fā)生動作。1：行程限位信號輸入無效。2:CCWL或CWL信號（與COM一）斷路，都會發(fā)生Err38行程限位禁止輸入信號出錯報警。設定此參數值必須在控制電源斷電重啟之后才能修改、寫入成功。選擇速度控制模式下的速度指令種類2當左或右限位動作，則會發(fā)生Err38行程限位禁止輸入信號出錯報警。設置此參數值必須在控制電源斷電重啟之后才能修改、寫入成功。(4)Pr20慣量比相關模式All，參數設置范圍:0~10000，設置機械負載慣量對電機轉子慣量之比率。單位：％。設定值（%）=（負載慣量／轉子慣量）x100。實時自動增益調整時，此參數可自動估算并每30分鐘在EEpROM中刷新保存。(5)Pr21實時自動增益設置相關模式All,參數設置范圍:0~6用來設置實時自動增益調整功能的運行模式。設置值含義見表5-3載慣量在運行時的變化情況，此參數值設得越大，響應越快。但是由于運行條件的限制，實時的調整也可能不穩(wěn)定。通常情況請設成1或4。如果電動機用于垂直軸請設成4--6。Pr21設置值含義可以選擇實時自動增益調整時的機械剛性1實時自動調整為常規(guī)模式，運行時負載慣量的變化情況很小。(6)Pr22實時自動增益的機械剛性選擇 相關模式All,參數設置范圍:0~15可以選擇實時自動增益調整時的機械剛性。此參數值設得越大，響應越快。如果此參數突然設得很大，系統(tǒng)增益會發(fā)生顯著變化