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第五章伺服系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)與模式李鑫合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院第五章伺服系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)與模式5.1伺服系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)5.2伺服系統(tǒng)的控制模式5.3伺服系統(tǒng)的常見故障及產(chǎn)生的原因5.4伺服系統(tǒng)的常用軟件總結(jié)2024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機器人.hfut25.1.1三閉環(huán)結(jié)構(gòu)3伺服控制回路三閉環(huán)控制框圖5.1.2伺服系統(tǒng)的控制器42024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機器人.hfut作為驅(qū)動器的給定,伺服系統(tǒng)控制器的輸出主要包含兩種信號給定方式:脈沖輸入和內(nèi)部緩存器輸入。具有方向性的命令脈沖輸入可經(jīng)由外界來的脈沖來操縱電機的轉(zhuǎn)動角度,而緩存器輸入有兩種應(yīng)用方式,第一種為使用者在動作前,先將不同位置命令值設(shè)于命令緩存器,再進行相關(guān)規(guī)劃和切換;第二種為利用通訊方式來改變命令緩存器的內(nèi)容值??刂破鞯倪x擇包括PLC(可編程邏輯控制器)、PC、運動控制卡。PLC是專為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置,它采用一類可編程的存儲器,用于其內(nèi)部存儲程序,執(zhí)行邏輯運算,順序控制,定時,計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分,可以用于給伺服驅(qū)動器發(fā)送給定信號。PC也叫桌面機,是一種獨立相分離的計算機,主要部件如主機、顯示器、鍵盤、鼠標、音響一般都是相對獨立的,一般需要放置在電腦桌或者專門的工作臺上。PC也可以作為控制器的一種,為伺服驅(qū)動器提供輸入信號。運動控制卡是基于PC總線,利用高性能微處理器(如DSP)及大規(guī)??删幊唐骷崿F(xiàn)多個伺服電機的多軸協(xié)調(diào)控制的一種高性能的步進/伺服電機運動控制卡,包括脈沖輸出、脈沖計數(shù)、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、D/A輸出等功能,它可以發(fā)出連續(xù)的、高頻率的脈沖串,通過改變發(fā)出脈沖的頻率來控制電機的速度,改變發(fā)出脈沖的數(shù)量來控制電機的位置,它的脈沖輸出模式包括脈沖/方向、脈沖/脈沖方式。5.2伺服系統(tǒng)的控制模式52024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機器人.hfut伺服系統(tǒng)一般都有三種控制方式:轉(zhuǎn)矩控制方式、速度控制方式、位置控制方式。如果對位置和速度有一定的精度要求,而對實時轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心,用轉(zhuǎn)矩模式不太方便,用速度或位置模式比較好。如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能,用速度控制效果會好一點。如果本身要求不是很高,或者基本沒有實時性的要求,用位置控制方式對上位控制器沒有很高的要求。就伺服驅(qū)動器的響應(yīng)速度來看,轉(zhuǎn)矩模式運算量最小,驅(qū)動器對控制信號的響應(yīng)最快;位置模式運算量最大,驅(qū)動器對控制信號的響應(yīng)最慢。5.2.1轉(zhuǎn)矩控制模式62024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機器人.hfut轉(zhuǎn)矩控制最內(nèi)的PID環(huán)就是電流環(huán),此環(huán)完全在伺服驅(qū)動器內(nèi)部進行,通過霍爾裝置檢測驅(qū)動器給電機的各相的輸出電流,負反饋給電流的設(shè)定進行PID調(diào)節(jié),從而達到輸出電流盡量接近等于設(shè)定電流,電流環(huán)就是控制電機轉(zhuǎn)矩的,所以在轉(zhuǎn)矩模式下驅(qū)動器的運算最小,動態(tài)響應(yīng)最快。轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小。轉(zhuǎn)矩模式基本控制架構(gòu)5.2.2速度控制模式72024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機器人.hfut速度控制模式包含了速度環(huán)和電流環(huán)。電流環(huán)是控制的根本,在速度和位置控制的同時系統(tǒng)實際也在進行電流(轉(zhuǎn)矩)的控制以達到對速度和位置的相應(yīng)控制。通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉(zhuǎn)動速度的控制,在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度模式也可以進行定位,但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號,此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉(zhuǎn)速,位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了,這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差,增加了整個系統(tǒng)的定位精度。速度模式基本控制架構(gòu)5.2.3位置控制模式82024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機器人.hfut位置控制的根本任務(wù)就是使執(zhí)行機構(gòu)對位置指令的精確跟蹤。被控量一般是負載的空間位移,當給定量隨機變化時,系統(tǒng)能使被控量準確無誤地跟蹤并復(fù)現(xiàn)給定量,給定量可能是角位移或直線位移。所以,位置控制必然是一個反饋控制系統(tǒng),組成位置控制回路,即位置環(huán)。它處于系統(tǒng)最外環(huán),其組成各部分包括位置檢測器、位置控制器、功率變換器、伺服電動機以及速度和電流控制的兩個內(nèi)環(huán)等。位置模式基本控制架構(gòu)5.2.4位置/速度伺服控制模式92024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機器人.hfut基于位置伺服控制模式的運動控制系統(tǒng)框圖基于位置速度控制模式的運動控制系統(tǒng)框圖在某些傳動領(lǐng)域內(nèi),即需要對某些被控對象實現(xiàn)高精度的位置控制,又需要對其它被控對象實現(xiàn)各種不同的運動控制功能。單一的伺服控制模式,無論是位置伺服控制或速度伺服控制還是轉(zhuǎn)矩伺服控制,往往都很難實現(xiàn)。實現(xiàn)對被控對象的高精度位置控制的一個基本條件是需要有高精度的執(zhí)行機構(gòu)。以永磁同步電機及其伺服驅(qū)動器為執(zhí)行部件的交流伺服系統(tǒng)具有位置伺服控制、速度伺服控制和轉(zhuǎn)矩伺服控制等多種伺服控制模式,可以很好地實現(xiàn)對各種被控對象的不同控制要求。5.3伺服系統(tǒng)的常見故障及處理102024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機器人.hfut伺服系統(tǒng)常見的故障可以分為三類:功率電路(逆變器)類故障、硬件類故障、軟件類故障。當發(fā)生故障時伺服驅(qū)動器操作面板會提示錯誤代碼,使用時可根據(jù)錯誤代碼查閱伺服驅(qū)動器手冊查到故障類型,分析故障發(fā)生的原因、進行故障排查并處理。1.功率電路(逆變器)類故障主電路過壓主電路欠壓過電流短路IPM模塊故障制動故障5.3伺服系統(tǒng)的常見故障及處理112024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機器人.hfut常見的硬件類故障有過熱異常、電源異常、編碼器斷線、CPU異常、A/D轉(zhuǎn)換異常。2.硬件類故障常見的軟件類故障有超速、偏差、過載等。3.軟件類故障4.其他常見故障風(fēng)扇故障;串行編碼器通信錯誤報警;電池低電壓報警;工作過程中,振動或爬行;運動失控(飛車);機床定位精度或加工精度差;竄動;爬行;伺服電機靜止時抖動或尖叫(高頻振蕩);伺服電動機開機后即自動旋轉(zhuǎn);伺服電機出力不足;啟動時升降軸的位置變化。5.4伺服系統(tǒng)的常用軟件122024/8/7伺服系統(tǒng)與工業(yè)機器人.hfut伺服驅(qū)動器帶操作面板的可以監(jiān)控、設(shè)置參數(shù)并操作,但操作面板功能通常比較小巧操作起來不是特別靈活,通過伺服調(diào)試軟件可以幫助用戶更好的管理伺服驅(qū)動器,用來對伺服驅(qū)動器在線運行調(diào)試、診斷運行,也可作為離線數(shù)據(jù)分析的工具。ASDA-Soft

:ASDA-Soft軟件是臺達電子專為伺服驅(qū)動器開發(fā)的調(diào)試軟件,包含示波器監(jiān)控、裝置監(jiān)控、異警監(jiān)控、數(shù)位輸入輸出控制參數(shù)編輯器、自動調(diào)機功能等。lnoDriverShop

:lnoDriverShop是匯川公司伺服驅(qū)動器的調(diào)試軟件,功能包含示波器、參數(shù)管理、慣量辨識、機械特性分析、運動JOG、增益調(diào)整等。SINAMICSV-ASISTANT:SINAMICSV-ASISTANT是西門子提供的用于調(diào)試V90伺服的管理軟件,該軟件利用圖形界面與用戶進行互動,讓伺服機的監(jiān)控管理提供了便利。SINAMICSV-ASSIATANT調(diào)試軟件基本功能有選擇驅(qū)動、設(shè)置參數(shù)、監(jiān)控狀態(tài)、測試電機、優(yōu)化驅(qū)動及診斷。PANATERM:PANATERM伺服調(diào)試軟件是松下伺服系統(tǒng)專用調(diào)試設(shè)置軟件。PANATERMVer.6.0版本專為松下MINASA6家族/A5家族伺服系統(tǒng)推出,支持32位/64位操作系統(tǒng),讓用戶可以

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