伺服新教材PPT.ppt

1 交流伺服進(jìn)階課程 MR J3 A系列伺服放大器 2 主要內(nèi)容 伺服放大器基本原理 主回路和控制回路 伺服的作用三菱伺服介紹 包括產(chǎn)品分類及軟件的使用 AC伺服在傳送帶上的應(yīng)用 速度控制AC伺服在收放卷設(shè)備上的應(yīng)用 轉(zhuǎn)矩控制AC伺服在機(jī)床設(shè)備上的應(yīng)用 位置控制伺服產(chǎn)品的安裝維護(hù)及相關(guān)報(bào)警絕對(duì)位置控制系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介 3 1 1AC伺服原理 構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)的元件叫伺服元件 由驅(qū)動(dòng)放大器 AC放大器 驅(qū)動(dòng)電機(jī) AC伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī) 和檢測(cè)器組成 4 1 2 1伺服放大器主回路 5 a整流回路 將交流轉(zhuǎn)變成直流 可分為單相和三相整流橋 平滑電容 對(duì)整流電源進(jìn)行平滑 減少其脈動(dòng)成分 c再生制動(dòng) 所謂再生制動(dòng)就是指馬達(dá)的實(shí)際轉(zhuǎn)速高于指令速度時(shí) 產(chǎn)生能量回饋的現(xiàn)象 再生制動(dòng)回路就是用來(lái)消耗這些回饋能源的裝置 1 2 1伺服放大器主回路 6 按照再生制動(dòng)回路的種類 可以分為 1 小容量 0 4kw以下 電容再生方式 2 中容量 0 4kw至11kw 電阻再生制動(dòng)方式其中又可分為 內(nèi)置電阻方式外接電阻方式外接制動(dòng)單元方式 3 大容量 11kw以上 電源再生方式d逆變回路 生成適合馬達(dá)轉(zhuǎn)速的頻率 適合負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小的電流 驅(qū)動(dòng)馬達(dá) 逆變模塊采用IGBT開(kāi)關(guān)元件 e動(dòng)態(tài)制動(dòng)器 具有在基極斷路時(shí) 在伺服馬達(dá)端子間加上適當(dāng)?shù)碾娮杵鬟M(jìn)行短路消耗旋轉(zhuǎn)能 使之迅速停轉(zhuǎn)的功能 1 2 1伺服放大器主回路 7 1 2 2伺服電機(jī) 轉(zhuǎn)矩特性 三菱伺服電機(jī)屬于永磁同步電機(jī) 伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與電流成正比其從低速到高速都可以以恒定轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn) 思考 伺服電機(jī)與普通三相異步電機(jī)的區(qū)別 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域 瞬時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域 8 1 2 2伺服電機(jī) 編碼器種類和結(jié)構(gòu) 9 1 3 1伺服放大器控制回路 伺服控制回路 位置環(huán) 速度環(huán) 電流環(huán) 10 位置控制處理流程 1 3 1伺服放大器控制回路 假設(shè)脈沖指令為1個(gè)脈沖 輸入時(shí)動(dòng)作為 偏差計(jì)數(shù)器成為 1 轉(zhuǎn)變?yōu)?個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的電壓進(jìn)入放大器 放大器產(chǎn)生SPWM波驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn) 編碼器也相應(yīng)旋轉(zhuǎn) 發(fā)出1脈沖的震蕩 1脈沖的震蕩再次輸入到偏差計(jì)數(shù)器中 從原來(lái)的指令 1減去1脈沖的震蕩 計(jì)數(shù)器值成為0 結(jié)果使DA轉(zhuǎn)換輸出0V到放大器 放大器使馬達(dá)停止 完成1脈沖的定位 11 速度控制處理流程 模擬量形式的速度指令進(jìn)入速度運(yùn)算器 使電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行 電機(jī)運(yùn)行后使用編碼器旋轉(zhuǎn) 發(fā)出脈沖反饋 脈沖反饋經(jīng)過(guò)FV轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模擬量進(jìn)入伺服驅(qū)動(dòng)器 反饋值與給定值相比較 如果有偏差通過(guò)電流環(huán)輸出控制電流使用其差值改為零 1 3 1伺服放大器控制回路 12 伺服放大器三種控制方式1轉(zhuǎn)矩控制 通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來(lái)設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小 主要應(yīng)用于需要嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合 電流環(huán)控制2速度控制 通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制 速度環(huán)控制3位置控制 伺服中最常用的控制 位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小 通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度 所以一般應(yīng)用于定位裝置 三環(huán)控制思考 三環(huán)中哪個(gè)環(huán)的響應(yīng)性最快 1 3 1伺服放大器控制回路 13 1 3 1伺服放大器控制回路 變頻器與伺服放大器在主回路與控制回路上的區(qū)別 由變頻器變更為伺服時(shí) 需考慮 1 機(jī)械的剛性 2 換算到電機(jī)軸的負(fù)載慣量 3 電機(jī)軸的振動(dòng) 4 減速機(jī)構(gòu)的打滑 14 按照定位指令裝置輸出的脈沖串 對(duì)工件進(jìn)行定位控制 伺服電機(jī)鎖定功能當(dāng)偏差計(jì)數(shù)器的輸出為零時(shí) 如果有外力使伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 由編碼器將反饋脈沖輸入偏差計(jì)數(shù)器 偏差計(jì)數(shù)器發(fā)出速度指令 旋轉(zhuǎn)修正電機(jī)使之停止在滯留脈沖為零的位置上 該停留于固定位置的功能 稱為伺服鎖定 進(jìn)行適合機(jī)械負(fù)荷的位置環(huán)路增益和速度環(huán)路增益調(diào)整 2 2伺服的作用 15 3 1三菱伺服產(chǎn)品介紹 MR J3交流伺服系統(tǒng)豐富的產(chǎn)品線 16 3 1三菱伺服產(chǎn)品介紹 MR J3系列放大器型號(hào)構(gòu)成 MR J3 17 3 1三菱伺服產(chǎn)品介紹 MR J3系列伺服電機(jī)型號(hào)構(gòu)成 18 其他選件 線纜 接頭 再生制動(dòng)選件 電池單元 功率改善電抗器 EMC濾波器 抗干擾產(chǎn)品 3 2選件 19 伺服放大器各部分構(gòu)造 20 伺服放大器輸入電源電路 21 顯示和操作 22 實(shí)驗(yàn) 試運(yùn)行 點(diǎn)動(dòng)通過(guò)試運(yùn)行模式中的點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行確認(rèn)電機(jī)是否可以正常動(dòng)作操作方法 按住up和down鍵可使伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)松開(kāi) 電機(jī)停止 通過(guò)伺服設(shè)置軟件可以修改轉(zhuǎn)速和加減速時(shí)間常數(shù) 23 3 3伺服設(shè)置軟件介紹 軟件系統(tǒng) 24 3 3伺服設(shè)置軟件介紹 設(shè)置軟件MR Configuratorsetup221E 通訊連接 25 相關(guān)操作 通訊設(shè)置讀寫保存參數(shù)報(bào)警監(jiān)控狀態(tài)監(jiān)控趨勢(shì)圖采集 3 3伺服設(shè)置軟件介紹 26 3 3伺服設(shè)置軟件介紹 機(jī)械分析器 更精確的機(jī)械性能 頻率范圍 10HZ 1KHz 3HZ 4 5KHz 檢測(cè)能力得到很大提高 27 3 3伺服設(shè)置軟件介紹 趨勢(shì)圖功能 通道示波器 歷史查看功能 歷史數(shù)據(jù)重寫功能 同時(shí)監(jiān)控指令 滯留脈沖 力矩曲線圖 整定 機(jī)械特性確認(rèn) 采集數(shù)據(jù) 0 4msx30000點(diǎn) 12sec J2S 0 8msx1024點(diǎn) 28 3 3伺服設(shè)置軟件介紹 速度 力矩曲線數(shù)據(jù)監(jiān)控在操作模式中可以確認(rèn)力矩余量 速度 力矩曲線監(jiān)控功能 連続運(yùn)転領(lǐng)域 短時(shí)間運(yùn)転領(lǐng)域 實(shí)際運(yùn)行曲線 29 3 4容量選型軟件介紹 選型軟件MOTSZ111E 30 3 4容量選型軟件介紹 31 3 4容量選型軟件介紹 機(jī)械構(gòu)成圖 機(jī)械參數(shù) 如選用MR J3系列伺服 電機(jī)容量應(yīng)選擇多少 32 4 1AC伺服在傳送帶上的應(yīng)用 控制方式 速度控制模式控制特點(diǎn) 讓電機(jī)以參數(shù)中或者外部模擬量速度指令設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度高精度地平穩(wěn)的運(yùn)行 精細(xì)速度范圍寬速度波動(dòng)小 33 4 1AC伺服在傳送帶上的應(yīng)用 34 4 3速度控制使用時(shí)的接線 35 4 4實(shí)驗(yàn)一 多段速 相關(guān)參數(shù) PA01控制模式 必需設(shè)定 PC01加速時(shí)間常數(shù) 根據(jù)需要設(shè)定 PC02減速時(shí)間常數(shù) 根據(jù)需要設(shè)定 PC03S型加減速時(shí)間常數(shù) 根據(jù)需要設(shè)定 PC05 PC11內(nèi)部速度指令 設(shè)定內(nèi)部7段速 必須設(shè)定 PC37模擬量速度指令偏置PC12模擬速度指令最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度 問(wèn)題 1 使用軟件的趨勢(shì)圖功能監(jiān)控速度與轉(zhuǎn)矩曲線2 外部模擬量和多段速同時(shí)有效時(shí) 哪個(gè)優(yōu)先 3 如果需要設(shè)置三段以上的速度 如何定義SP3端子 4 外部電壓0v輸入時(shí) 監(jiān)測(cè)仍存在50mv的電壓 應(yīng)如何設(shè)置參數(shù)使電機(jī)保持停止 5 要求10v電壓對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r min 參數(shù)如何設(shè)置 多段速端子與速度關(guān)系表 36 4 4實(shí)驗(yàn)二 速度模式下的轉(zhuǎn)矩限制 作用 限制電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩 相關(guān)參數(shù) PA11 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩限制 設(shè)定最大轉(zhuǎn)矩限制 100 PA12 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩限制 設(shè)定最大轉(zhuǎn)矩限制 100 方法一 內(nèi)部參數(shù)設(shè)定 方法二 外部模擬量給定 問(wèn)題 1 通過(guò)趨勢(shì)圖功能監(jiān)控對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行限制后轉(zhuǎn)矩速度曲線的變化 2 當(dāng)外部模擬量轉(zhuǎn)矩限制和PA11 PA12都有給定時(shí) 哪種方式有效 37 5 1AC伺服在收放卷設(shè)備上的應(yīng)用 收放卷中張力控制的目的 穩(wěn)定傳送材料 防止變形 確保尺寸精度等張力控制基本結(jié)構(gòu) 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 將長(zhǎng)尺寸的材料從左向右傳送放卷機(jī)構(gòu) 為了保持一定的張力 需要隨著卷徑的減少相應(yīng)的減少制動(dòng)扭矩收卷機(jī)構(gòu) 為了保持一定的張力 需要隨著卷徑的增加相應(yīng)的增加制動(dòng)扭矩F T R其中F為張力 T為電機(jī)輸出扭矩R為卷徑 38 伺服系統(tǒng)張力控制原理 張力控制即轉(zhuǎn)矩控制 當(dāng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和負(fù)荷取得平衡時(shí) 電機(jī)轉(zhuǎn)速為平衡速度 因此轉(zhuǎn)矩控制時(shí)的速度由負(fù)荷決定 如電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩比電機(jī)負(fù)荷大 電機(jī)將會(huì)加速 為了防止出現(xiàn)過(guò)速度 應(yīng)設(shè)置速度限制值 伺服系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩控制主要由電流控制環(huán)完成 產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T為T K1 Ia符號(hào)說(shuō)明 T 轉(zhuǎn)矩K1 常數(shù) 磁通Ia 電流伺服系統(tǒng)在張力控制中的應(yīng)用 張力控制時(shí) 電機(jī)扭矩的選定是根據(jù)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩 而非短時(shí)間最大扭矩 在收卷和放卷中 最大卷徑時(shí)需要較大扭矩 而在最小卷徑時(shí)則高速旋轉(zhuǎn) 所以卷軸比 最大 最小卷徑的比率 變大時(shí) 需要相應(yīng)大功率的電機(jī) 5 1AC伺服在收放卷設(shè)備上的應(yīng)用 39 5 2AC伺服的選型 注 扭矩及轉(zhuǎn)速的允許使用范圍因各機(jī)種而不同 一般按照最低扭矩為額定扭矩1 以上 最低轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速1 100以上選取 40 5 3使用時(shí)的接線 41 5 41實(shí)驗(yàn)一 缺省參數(shù)下轉(zhuǎn)矩模式實(shí)驗(yàn) 要求 電機(jī)輸出扭矩為0 032N M 使用外部模擬量控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 并監(jiān)控電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)矩和速度曲線 電壓與轉(zhuǎn)矩關(guān)系圖如下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)RS1和反轉(zhuǎn)啟動(dòng)RS2決定的轉(zhuǎn)矩輸出與方向關(guān)系如下 相關(guān)參數(shù) PA01 控制模式PC01 加速時(shí)間常數(shù)PC02 減速時(shí)間常數(shù) 42 5 42實(shí)驗(yàn)二 轉(zhuǎn)矩模式下速度限制的應(yīng)用 第一種方式 內(nèi)部速度指令進(jìn)行速度限制相關(guān)參數(shù) PC05 內(nèi)部速度1 PC06 內(nèi)部速度2 PC07 內(nèi)部速度3 觀察并記錄SP1和SP2的不同通斷下組合下電機(jī)的轉(zhuǎn)速 第二種方式 外部模擬量進(jìn)行速度限制 43 5 43實(shí)驗(yàn)三 轉(zhuǎn)矩指令偏置和增益設(shè)置實(shí)驗(yàn) 增益調(diào)整 模擬轉(zhuǎn)矩指令最大輸出相關(guān)參數(shù) PC13 TLC 要求模擬量信號(hào)8v對(duì)應(yīng)為最大輸出轉(zhuǎn)矩的50 時(shí) 應(yīng)如何設(shè)定參數(shù) 偏置調(diào)整 相關(guān)指令 PC38 TPO 模擬轉(zhuǎn)矩指令偏置如TC上施加0v電壓的狀態(tài)下 有0 03v的電壓 PC38的值應(yīng)設(shè)置為正值還是負(fù)值 設(shè)為多少 44 6 1AC伺服在機(jī)床設(shè)備上的應(yīng)用 系統(tǒng)組成 伺服驅(qū)動(dòng)器 伺服驅(qū)動(dòng)裝置 伺服電機(jī) 位置檢測(cè)裝置 編碼器 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 以及執(zhí)行部件等 工作過(guò)程 控制特點(diǎn) 調(diào)速范圍寬 精度高 穩(wěn)定性好 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 能頻繁啟停和正反運(yùn)行 45 6 2AC伺服選型 選型條件 伺服電機(jī)在選型時(shí)需滿足以下 電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 系統(tǒng)所需之最高移動(dòng)轉(zhuǎn)速電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量與負(fù)載慣量相匹配電機(jī)的額定扭力 連續(xù)負(fù)載工作扭力電機(jī)最大輸出扭力 系統(tǒng)所需最大扭力 指加速時(shí)扭力 選型所需計(jì)算數(shù)據(jù)慣量匹配計(jì)算 JL JM 運(yùn)行速度計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速N fp CMX CDV 60 Pt其中fp為指令脈沖頻率 CMX CDV為電子齒輪比 Pt為編碼器分辨率負(fù)載扭矩計(jì)算 46 6 3使用時(shí)的接線 輸入輸出接線 47 6 3使用時(shí)的接線 輸入脈沖串選擇 參數(shù)PA13 三種輸入波形 正反轉(zhuǎn)脈沖串脈沖串 符號(hào)A B相脈沖連接 集電極開(kāi)路方式差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 48 6 4 2電子齒輪比的概念 齒輪比 兩個(gè)直徑不同的齒輪結(jié)合在一起轉(zhuǎn)動(dòng) 直徑大的齒輪轉(zhuǎn)速自然會(huì)比直徑小的齒輪轉(zhuǎn)慢一些 它們的轉(zhuǎn)速比例和齒輪直徑大小成反比 這個(gè)比例稱為齒輪比 電子齒輪比的作用也是用于對(duì)指令脈沖的指令調(diào)節(jié) 實(shí)現(xiàn)機(jī)械可以以任意倍率的輸入脈沖進(jìn)行移動(dòng) 49 6 42電子齒輪比的概念 電子齒輪比與指令脈沖的關(guān)系Pc1 Pc CMX CDV 電子齒輪比與脈沖頻率的關(guān)系fc1 fc CMX CDV 電子齒輪比的設(shè)定和機(jī)械系統(tǒng)的關(guān)系 lo Pb Pfo又因?yàn)镻c0 CMX CDV Pf0 lc Pb Pc0 Pb Pf0 CMX CDV lo CMX CDV 即 lc lo CMX CDV 馬達(dá)速度與電子齒輪比的關(guān)系CMX CDV fc1 fc Pf0 N fc 60 其中 Pc 指令脈沖數(shù) pulse fc 指令脈沖頻率 pps Pc1 偏差計(jì)數(shù)器輸入脈沖數(shù) pulse fc1 偏差計(jì)數(shù)器輸入指令脈沖頻率Pf 反饋脈沖數(shù) pulse lo 每個(gè)反饋脈沖的機(jī)械移動(dòng)量 mm pulse Pf0 馬達(dá)每轉(zhuǎn)的反饋脈沖數(shù) pulse rev lc 每個(gè)指令脈沖的機(jī)械位移量 mm pulse Pc0 馬達(dá)每轉(zhuǎn)的輸入脈沖數(shù) pulse rev CMX 指令脈沖倍率分子CDV 指令脈沖倍率分母 50 6 42電子齒輪比的概念 練習(xí)1 已知伺服電機(jī)的編碼器分辨率是131072p r 額定轉(zhuǎn)速為3000r min 上位機(jī)發(fā)送脈沖最大輸出頻率為200khz 要求達(dá)到額定轉(zhuǎn)速 那么電子齒輪比應(yīng)設(shè)為多少 練習(xí)2 已知伺服電機(jī)編碼器分辨率為262144p r 滾珠絲桿的進(jìn)給量為8mm 1 計(jì)算反饋脈沖當(dāng)量 l0 2 要求指令脈沖當(dāng)量為2um p 電子齒輪比應(yīng)設(shè)為多少 3 要求電機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000r min 指令脈沖頻率應(yīng)設(shè)為多少 是否適用于FX2N 10GM的定位模塊 其最大脈沖輸出頻率為200khz 51 6 43原點(diǎn)回歸 使定位指令裝置的指令坐標(biāo)與機(jī)械坐標(biāo)一致的必須操作之一增量型系統(tǒng)和絕對(duì)型系統(tǒng)原點(diǎn)回歸的不同 增量型系統(tǒng) 在電源關(guān)閉時(shí)不保持當(dāng)前位置 因而每次電源接通時(shí)必須進(jìn)行原點(diǎn)回歸 絕對(duì)型系統(tǒng) 在安裝時(shí)若進(jìn)行過(guò)原點(diǎn)回歸 即使關(guān)閉電源也可保持當(dāng)前位置在瞬停 報(bào)警 電源關(guān)閉之后的電源接通時(shí) 則不需要進(jìn)行原點(diǎn)回歸 絕對(duì)型定位指令和增量型定位指令絕對(duì)型指令 由以原點(diǎn)為基準(zhǔn)的當(dāng)前停止地址開(kāi)始移動(dòng)方向 取決于當(dāng)前停止地址與指定地址增量型指令 由當(dāng)前停止位置地址為基準(zhǔn)移動(dòng)方向取決于移動(dòng)量的符號(hào) 符號(hào) 52 6 43原點(diǎn)回歸 原點(diǎn)回歸方法典型的近點(diǎn)檔快式原點(diǎn)回歸 53 6 44位置 速度模式切換 使用控制切換 LOP 進(jìn)行位置模式和速度模式的切換LOP和控制模式的關(guān)系如下 切換要求 零速度下進(jìn)行切換 注 比零速度高的速度下進(jìn)行切換即使之后速度降為零了 也不能進(jìn)行控制模式的切換 54 7 11從安裝到運(yùn)轉(zhuǎn)的作業(yè)流程 55 7 12伺服放大器及電機(jī)安裝 放大器的安裝安裝一臺(tái)時(shí)安裝兩臺(tái)以上時(shí) 注 3 5kw以下的放大器可以密集安裝 5kw以上的放大器不可以緊湊安裝環(huán)境溫度0 45度 實(shí)際負(fù)載率在75 下使用 電機(jī)的安裝應(yīng)避免安裝在振動(dòng)較大的地方 避免對(duì)電機(jī)軸進(jìn)行敲擊 以免造成編碼器故障 56 7 2常見(jiàn)錯(cuò)誤和報(bào)警 位置控制模式下產(chǎn)生位置偏差的檢測(cè)方法 產(chǎn)生位置偏差時(shí) 需檢查圖中的 a 輸出脈沖計(jì)數(shù)器Q b 指令脈沖累積P c 反饋脈沖累積C d 機(jī)械停止位置M 當(dāng)Q P或者P CMX CDV C時(shí) 可能的原因有哪些 57 7 2常見(jiàn)錯(cuò)誤和報(bào)警 速度 轉(zhuǎn)矩控制模式下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)或反轉(zhuǎn)啟動(dòng)信號(hào)置on后