伺服系統(tǒng)基本應(yīng)用

1、伺服系統(tǒng)基本應(yīng)用,部門：ICS自動化 2010.11.17,伺服系統(tǒng)基本應(yīng)用,一. 伺服系統(tǒng)的組成及分類,二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,三. 伺服馬達(dá)的選型,四. 伺服系統(tǒng)的基本程序設(shè)計(jì),一.伺服系統(tǒng)的組成及分類,伺服系統(tǒng)是以位置和角度為控制量的控制系統(tǒng)的總稱,與位置和角度相關(guān)聯(lián)的速度、角速度、加速度、力等為控制量的系統(tǒng).,1. 組成,控制X-Y工作臺,旋轉(zhuǎn)工作臺,w,一.伺服系統(tǒng)的組成及分類,2.1按控制結(jié)構(gòu)分類為:開環(huán)方式、閉環(huán)方式,2. 分類,指 令 脈沖源,脈 沖 分配器,功 率 放大器,步進(jìn) 電機(jī),負(fù) 載,a) 開環(huán)控制方式,b) 閉環(huán)控制方式,指 令 脈沖源,脈 沖 分配器,功 率

2、 放大器,伺服 電機(jī),負(fù) 載,位置 編碼器,一.伺服系統(tǒng)的組成及分類,2. 分類,2.2按驅(qū)動部件分類:,a.步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng) (屬於開環(huán)方式),b.直流伺服電機(jī)伺服系統(tǒng) (屬於閉環(huán)方式),c.交流電機(jī)伺服系統(tǒng) (屬於閉環(huán)方式),注: 因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)步距角與其位移量有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)係,另步距誤差 不會積累的特點(diǎn),沒有必要採用半閉環(huán)或全閉環(huán)控制方式,通常是 開環(huán)控制方式.,一.伺服系統(tǒng)的組成及分類,3.步進(jìn)電機(jī).直流伺服電機(jī).交流伺服電機(jī)比較,3.1 步進(jìn)特性 優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行平穩(wěn)，剛性好，停止制動響應(yīng)時間快. 缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)速低-步距角細(xì)分有限決定它精度不高； 最高轉(zhuǎn)速不超過1000rpm；不適合作高速控制.

3、 尺寸大-同等轉(zhuǎn)矩的電機(jī)尺寸比伺服電機(jī)大。,3.2伺服特性 優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行平穩(wěn);電子齒輪分頻，精度高(360度/10000脈沖); 速度快可達(dá)30005000rpm.適合作高速高精度控制. 缺點(diǎn)：同等轉(zhuǎn)矩慣量比步進(jìn)小(不含中慣量).,3.3交流伺服優(yōu)先使用原因: 由於直流伺服電機(jī)有電刷和換向器,維護(hù)麻煩,成本高. 交流電機(jī)過載能力和最高轉(zhuǎn)速比直流伺服電機(jī)高，故 優(yōu)先選交流伺服電機(jī).,二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,1. 伺服電機(jī)工作方式,1.1 位置控制方式,1.2 速度控制方式: 在SPR端輸入0+/-10V的電壓,依電壓和速度指令 輸入放大系數(shù)來調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。,1.3 轉(zhuǎn)矩控制方式 在TRQR端

4、輸入0+/-10V的電壓,依電壓和轉(zhuǎn)矩指令 輸入放大系數(shù)來 調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)矩。,集電極開路輸入脈沖，允許最高頻率為200kpps。,差分驅(qū)動輸入脈沖，允許最高頻率為1Mpps。,二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,2.使用品牌： 步進(jìn)：東方步進(jìn)電機(jī).MyCom步進(jìn)電機(jī). 多摩川步進(jìn)電機(jī).國產(chǎn)四通步進(jìn)電機(jī). 伺服： 分離型-鬆下伺服電機(jī).三菱伺服電機(jī)安川伺服電機(jī). 四通伺服電機(jī)(北京和利時). 集成型-SmartMotor(驅(qū)動器集成於馬達(dá)內(nèi)部),3.目前ICS產(chǎn)品處伺服使用狀況如下：,自制設(shè)備:80左右為鬆下；10左右為三菱；10%為其它 品牌如四通.東方.臺彎羅升等.,外購設(shè)備:三菱(成型機(jī)).鬆下.

5、安川.西門子等.,二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,1.定位模塊QD75的定位原理,二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,2.定位模塊QD75的焊線圖,二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,3.QD75的I/O,二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,4.1 QD75緩存區(qū)主要參數(shù)介紹,二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,1500：定位啟動編號。1-600。指定位數(shù)據(jù)編號。 9001：機(jī)械原點(diǎn)回歸。 9002：高速原點(diǎn)回歸。 9003：當(dāng)前值變更。 9004：多軸同時啟動。,4.2 QD75緩存區(qū)主要參數(shù)介紹,二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,定位完成：單步執(zhí)行 連續(xù)定位控制：執(zhí)行完一個定位數(shù)據(jù)后，執(zhí)行下一個定位 數(shù)據(jù)（速度要降為0

6、） 連續(xù)軌跡控制：執(zhí)行完一個定位數(shù)據(jù)后，執(zhí)行下一個定位數(shù)據(jù)（速度不降為0）,5.定位運(yùn)行方式介紹,6.1 QD75基本參數(shù),二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,6.2 QD75基本參數(shù),二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,6.3 QD75基本參數(shù),二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,6.4 QD75基本參數(shù),二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,6.5 QD75基本參數(shù),二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,6.6 QD75基本參數(shù),二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,6.7 QD75基本參數(shù),二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用及定位模塊,三.伺服馬達(dá)的選型,根據(jù)所要製作機(jī)械的需求及特性選擇適當(dāng)之傳動結(jié)構(gòu).,1.馬達(dá)選用程序,1.1 決定傳動結(jié)構(gòu),

7、1、滾珠螺桿傳動,應(yīng)用場合：短距離移動，高精度,2、時規(guī)皮帶傳動,時規(guī)齒輪,時規(guī)皮帶,應(yīng)用場合：大型搬運(yùn)及精密機(jī)械,1.2 決定運(yùn)轉(zhuǎn)模式,三.伺服馬達(dá)的選型,3、齒條及小齒輪傳動,齒條,小齒輪,應(yīng)用場合：較長距離移動,4、鏈條傳動,應(yīng)用場合：長距離及高速位移,V,10,速 度 （m/min）,ta,td,tf,1.0,tc,時間（s）,決定加減速時間,等速時間及停止時間.運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)的時間以及移動的距離.運(yùn)轉(zhuǎn)模式的各項(xiàng)參數(shù)對於馬達(dá)大小的選擇有很重要的影響,譬如要使加速時間減少一半,則需一倍的加速扭力才可達(dá)成.,三.伺服馬達(dá)的選型,依據(jù)傳動機(jī)構(gòu)負(fù)載質(zhì)量計(jì)算出負(fù)載之轉(zhuǎn)動慣量,並求出負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量與馬達(dá)轉(zhuǎn)

8、子之轉(zhuǎn)動慣量比值,請注意本篇均以SI單位制,轉(zhuǎn)動慣量的單位為 .,1.3 計(jì)算負(fù)載之轉(zhuǎn)動慣量,1.4 計(jì)算所需之旋轉(zhuǎn)速度,以所需之移動距離,加減速時間,最高驅(qū)動速度計(jì)算馬達(dá)所需之旋轉(zhuǎn)速度.,1.5 計(jì)算扭力,以所負(fù)載之轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算出所需之加速扭力,及運(yùn)動循環(huán)的平均扭力.,三.伺服馬達(dá)的選型,選擇能夠符合35項(xiàng)的馬達(dá).,1.6 選擇馬達(dá),2. 選擇相關(guān)之計(jì)算項(xiàng)目,2.1 馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度,系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時所需的馬達(dá)最大旋轉(zhuǎn)速度須小於馬達(dá)額定旋轉(zhuǎn)速度,如此機(jī)械才可以長期運(yùn)轉(zhuǎn) . 馬達(dá)長期處於最大旋轉(zhuǎn)速度時,需特別注意扭力及溫度上升問題.,2.2 轉(zhuǎn)動慣量比值,加速時間*Vmax+ 等速時間*Vmax+ 減速

9、時間*Vmax=移動距離,三.伺服馬達(dá)的選型,轉(zhuǎn)動慣量代表一個物體容不容易被外加的力矩轉(zhuǎn)起來.這裡所說的轉(zhuǎn)動慣量比值是指馬達(dá)負(fù)載之轉(zhuǎn)動慣量為馬達(dá)轉(zhuǎn)子之轉(zhuǎn)動慣量的多少倍.一般而言使用小型馬達(dá)之機(jī)械設(shè)備需維持在20倍以下;而使用大型馬達(dá)之機(jī)械設(shè)備需維持在10倍以下,對於需要高響應(yīng)特性的機(jī)械設(shè)備其比值需更小,例如一般工作母機(jī)都維持在5倍以下.,空心圓柱,D （m）,d （m）,圓柱體,中空圓柱,J=1/8WD kg m W:重量kg D:外徑m,2,.,2,J=1/8W(D +d )kg m W:重量kg D:外徑m d:內(nèi)徑m,2,.,2,2,下面為各種傳動結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算公式:,三.伺服馬達(dá)的選型,V ,W,P,皮帶傳動,滾珠絲桿,J=JB+WP /4 kg m W:負(fù)載重量kg P:絲桿導(dǎo)程m JB:絲桿慣量kg m ,2,.,2,2,2,.,三.伺服馬達(dá)的選型,3.扭力 動作中馬達(dá)所需要最大扭力一般為加減速扭力,因此只要計(jì)算出最大扭力即