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          伺服驅動(dòng)器需要什么樣的脈沖?

            伺服驅動(dòng)器(servo drives)又稱(chēng)為“伺服控制器”、“伺服放大器”,是用來(lái)控制伺服電機的一種控制器,其作用類(lèi)似于變頻器作用于普通交流馬達,屬于伺服系統的一部分,主要應用于高精度的定位系統。一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進(jìn)行控制,實(shí)現高精度的傳動(dòng)系統定位,目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。

            伺服驅動(dòng)器是現代運動(dòng)控制的重要組成部分,被廣泛應用于工業(yè)機器人及數控加工中心等自動(dòng)化設備中。尤其是應用于控制交流永磁同步電機的伺服驅動(dòng)器已經(jīng)成為國內外研究熱點(diǎn)。當前交流伺服驅動(dòng)器設計中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設計合理與否,對于整個(gè)伺服控制系統,特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用 。

            在伺服驅動(dòng)器速度閉環(huán)中,電機轉子實(shí)時(shí)速度測量精度對于改善速度環(huán)的轉速控制動(dòng)靜態(tài)特性至關(guān)重要。為尋求測量精度與系統成本的平衡,一般采用增量式光電編碼器作為測速傳感器,與其對應的常用測速方法為M/T測速法。M/T測速法雖然具有一定的測量精度和較寬的測量范圍,但這種方法有其固有的缺陷,主要包括:

            1)測速周期內必須檢測到至少一個(gè)完整的碼盤(pán)脈沖,限制了最低可測轉速;

            2)用于測速的2個(gè)控制系統定時(shí)器開(kāi)關(guān)難以嚴格保持同步,在速度變化較大的測量場(chǎng)合中無(wú)法保證測速精度。因此應用該測速法的傳統速度環(huán)設計方案難以提高伺服驅動(dòng)器速度跟隨與控制性能 。

            工作原理

            目前主流的伺服驅動(dòng)器均采用數字信號處理器(DSP)作為控制核心,可以實(shí)現比較復雜的控制算法,實(shí)現數字化、網(wǎng)絡(luò )化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設計的驅動(dòng)電路,IPM內部集成了驅動(dòng)電路,同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過(guò)程對驅動(dòng)器的沖擊。功率驅動(dòng)單元首先通過(guò)三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流,得到相應的直流電。經(jīng)過(guò)整流好的三相電或市電,再通過(guò)三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來(lái)驅動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅動(dòng)單元的整個(gè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單的說(shuō)就是AC-DC-AC的過(guò)程。整流單元(AC-DC)主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。

            隨著(zhù)伺服系統的大規模應用,伺服驅動(dòng)器使用、伺服驅動(dòng)器調試、伺服驅動(dòng)器維修都是伺服驅動(dòng)器在當今比較重要的技術(shù)課題,越來(lái)越多工控技術(shù)服務(wù)商對伺服驅動(dòng)器進(jìn)行了技術(shù)深層次研究。

            伺服驅動(dòng)器是現代運動(dòng)控制的重要組成部分,被廣泛應用于工業(yè)機器人及數控加工中心等自動(dòng)化設備中。尤其是應用于控制交流永磁同步電機的伺服驅動(dòng)器已經(jīng)成為國內外研究熱點(diǎn)。當前交流伺服驅動(dòng)器設計中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設計合理與否,對于整個(gè)伺服控制系統,特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用。

            基本要求

            伺服進(jìn)給系統的要求:

            1、調速范圍寬

            2、定位精度高

            3、有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩定性

            4、快速響應,無(wú)超調

            為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量,除了要求有較高的定位精度外,還要求有良好的快速響應特性,即要求跟蹤指令信號的響應要快,因為數控系統在啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí),要求加、減加速度足夠大,縮短進(jìn)給系統的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間,減小輪廓過(guò)渡誤差。

            5、低速大轉矩,過(guò)載能力強

            一般來(lái)說(shuō),伺服驅動(dòng)器具有數分鐘甚至半小時(shí)內1.5倍以上的過(guò)載能力,在短時(shí)間內可以過(guò)載4~6倍而不損壞。

            6、可靠性高

            要求數控機床的進(jìn)給驅動(dòng)系統可靠性高、工作穩定性好,具有較強的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應能力和很強的抗干擾的能力。

            對電機的要求

            1、從最低速到最高速電機都能平穩運轉,轉矩波動(dòng)要小,尤其在低速如0.1r/min或更低速時(shí),仍有平穩的速度而無(wú)爬行現象。

            2、電機應具有大的較長(cháng)時(shí)間的過(guò)載能力,以滿(mǎn)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(guò)載4~6倍而不損壞。

            3、為了滿(mǎn)足快速響應的要求,電機應有較小的轉動(dòng)慣量和大的堵轉轉矩,并具有盡可能小的時(shí)間常數和啟動(dòng)電壓。

            4、電機應能承受頻繁啟、制動(dòng)和反轉。

            伺服驅動(dòng)器需要什么樣的脈沖?

            正反脈沖控制(CW+CCW);脈沖加方向控制(pulse+direction);AB相輸入(相位差控制,常見(jiàn)于手輪控制)。

            伺服驅動(dòng)器主程序主要用來(lái)完成系統的初始化、LO接口控制信號、DSP內各個(gè)控制模塊寄存器的設置等。

            伺服驅動(dòng)器所有的初始化工作完成后,主程序才進(jìn)入等待狀態(tài),以及等待中斷的發(fā)生,以便電流環(huán)與速度環(huán)的調節。

            中斷服務(wù)程序主要包括四M定時(shí)中斷程序光電編碼器零脈沖捕獲中斷程序、功率驅動(dòng)保護中斷程序、通信中斷程序。

            伺服電動(dòng)機的其他問(wèn)題處理技巧

            (1)電動(dòng)機竄動(dòng):在進(jìn)給時(shí)出現竄動(dòng)現象,測速信號不穩定,如編碼器有裂紋;接線(xiàn)端子接觸不良,如螺釘松動(dòng)等;當竄動(dòng)發(fā)生在由正方向運動(dòng)與反方向運動(dòng)的換向瞬間時(shí),一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向問(wèn)隙或伺服驅動(dòng)增益過(guò)大所致;

            (2) 電動(dòng)機爬行:大多發(fā)生在起動(dòng)加速段或低速進(jìn)給時(shí),一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤滑狀態(tài)不良,伺服系統增益低及外加負載過(guò)大等因素所致。尤其要注意的是,伺服電動(dòng)機和滾珠絲杠聯(lián)接用的聯(lián)軸器,由于連接松動(dòng)或聯(lián)軸器本身的缺陷,如裂紋等,造成滾珠絲杠與伺服電動(dòng)機的轉動(dòng)不同步,從而使進(jìn)給運動(dòng)忽快忽慢;

            (3)電動(dòng)機振動(dòng):機床高速運行時(shí),可能產(chǎn)生振動(dòng),這時(shí)就會(huì )產(chǎn)生過(guò)流報警。機床振動(dòng)問(wèn)題一般屬于速度問(wèn)題,所以應尋找速度環(huán)問(wèn)題;

            (4)電動(dòng)機轉矩降低:伺服電動(dòng)機從額定堵轉轉矩到高速運轉時(shí),發(fā)現轉矩會(huì )突然降低,這時(shí)因為電動(dòng)機繞組的散熱損壞和機械部分發(fā)熱引起的。高速時(shí),電動(dòng)機溫升變大,因此,正確使用伺服電動(dòng)機前一定要對電動(dòng)機的負載進(jìn)行驗算;

            (5) 電動(dòng)機位置誤差:當伺服軸運動(dòng)超過(guò)位置允差范圍時(shí)(KNDSD100出廠(chǎng)標準設置PA17:400,位置超差檢測范圍),伺服驅動(dòng)器就會(huì )出現“4”號位置超差報警。主要原因有:系統設定的允差范圍小;伺服系統增益設置不當;位置檢測裝置有污染;進(jìn)給傳動(dòng)鏈累計誤差過(guò)大等;

            (6)電動(dòng)機不轉:數控系統到伺服驅動(dòng)器除了聯(lián)結脈沖+方向信號外,還有使能控制信號,一般為DC+24 V繼電器線(xiàn)圈電壓。伺服電動(dòng)機不轉,常用診斷方法有:檢查數控系統是否有脈沖信號輸出;檢查使能信號是否接通;通過(guò)液晶屏觀(guān)測系統輸入/出狀態(tài)是否滿(mǎn)足進(jìn)給軸的起動(dòng)條件;對帶電磁制動(dòng)器的伺服電動(dòng)機確認制動(dòng)已經(jīng)打開(kāi);驅動(dòng)器有故障;伺服電動(dòng)機有故障;伺服電動(dòng)機和滾珠絲杠聯(lián)結聯(lián)軸節失效或鍵脫開(kāi)等。

            小結

            綜上所述,數控機床伺服驅動(dòng)器的正確使用除按用戶(hù)手冊正確設置參數外,還應結合使用現場(chǎng)和負載情況,靈活操作。實(shí)際工作中,使用者只有具備較強的參數理解能力和實(shí)踐技能,才能摸索出調試驅動(dòng)器和電動(dòng)機的技巧,才能用好伺服驅動(dòng)和伺服電動(dòng)機。

          聯(lián)系方式

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