伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置及編碼器替代技巧

1、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置方法及編碼器替代技巧伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的正確使用除按用戶手冊(cè)正確設(shè)置參數(shù)外， 還應(yīng)結(jié)合使用現(xiàn)場(chǎng)和負(fù)載情況， 靈活操作。 同樣，維修伺服電機(jī)系統(tǒng)除采用同型號(hào)的部件進(jìn)行替代外，也可以對(duì)原設(shè)備的功能、信號(hào)分析后，使用不同型號(hào)部件進(jìn)行替代?，F(xiàn)將有關(guān)資料供給讀者參考。一、伺服電機(jī)編碼器替代技巧從結(jié)構(gòu)上講，伺服系統(tǒng)分為三部分：伺服電機(jī)、編碼器、驅(qū)動(dòng)器。伺服電機(jī)的精度取決于編碼器，故障也常見(jiàn)于這三方面。由于技術(shù)、利益等關(guān)系，各廠家所生產(chǎn)的配件不可代替，而進(jìn)口配件的渠道不很暢通，造成維修上很大困難。我們可以通過(guò)對(duì)其測(cè)量，分析研究工作原理，嘗試采用替換的方法進(jìn)行維修。例如，手頭上有一個(gè) 15

2、芯電纜的編碼器，嘗試替代日本安川 9 芯電纜的編碼器，該編碼器分辨率為 1024,6 極，配套在安川公司生產(chǎn)的型號(hào)為 SGMP-06AFTF22 的交流伺服電機(jī)上，其原理如圖 1 所示。即編碼器的接線除 a 正、a 負(fù)、b 正、b 負(fù)、z 正、z 負(fù)，加上正負(fù)電源和屏蔽共 9 根線。而手頭上的 15 根線編碼器與電機(jī)裝配的 9 根線編碼器無(wú)法替代使用，可作如下嘗試。首先，對(duì)一臺(tái)同型號(hào)且完女?的伺服電機(jī)裝配的 9 根線編碼器進(jìn)行測(cè)量，得到如圖 2 所示波形。分析得知，a、b 信號(hào)的波形與 15 線編碼器 a、b 信號(hào)的波形相同，而 X 信號(hào)為圖 3 所示。從中可看出，當(dāng) U、V、W 分別換相時(shí)，

3、X 的波形就發(fā)生一次變化。在一個(gè)角度的過(guò)程中共有 6 種波形，分別定義為 I 區(qū)、n 區(qū)、山區(qū)、IV區(qū)、V 區(qū)、V1 區(qū)，依測(cè)繪結(jié)果推測(cè)，此編碼器送出的 a、b、X 信號(hào)，在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中可以將其解碼后得到 U、V、W 信號(hào)。據(jù)此，用一個(gè)常用 1024 線 6 極交流伺服電機(jī)編碼器,只要設(shè)計(jì)合理的電路，用其 u、v、w 以其 a、b 信號(hào)合成完全相同的 X 信號(hào)，就可以完全代替原9 芯線編碼器。為便于理解，如圖 3 為替代原理圖，其中虛線部分即為被替代的編碼器。甘-LTLrLTLrLrLri-rLrLrLrLrLrLrLrLrLrLnjyLLrLrLn_rLn_nIrLrLrLr_LTLjr

4、Ln_rLrLrLrLr_M;!,i：irLrLrLrLnJirLTLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrL_n_j_Ln_n_r_ur_Ln_rLjn_n_n_r_|_n_r_Lnj_L_n_n_rhIIiITJ-LrLTLrLTLnvita.圖 2 測(cè)繪出的編碼器對(duì)應(yīng)輸出波形圖光電接收電路光電接收電路整形放大電路整形放大電路圖 1 編碼器原理方框圖nkab氏線驊動(dòng)電跳氏線驊動(dòng)電跳圖 3 替代原理圖其次，依據(jù)測(cè)繪及原理分析，設(shè)計(jì)電路。方法是寫(xiě)出圖 2 中每一區(qū)間所對(duì)應(yīng)的表達(dá)式，如表 1 所示；按數(shù)字電路的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)如圖 4 所示的邏輯電路。而對(duì)于于合成信號(hào)中的零點(diǎn)信號(hào)，讓 a、b、c

5、同時(shí)高電平時(shí)作為零信號(hào)根據(jù)以上真值表，可以寫(xiě)出 X 的表達(dá)式為：X=abcabuvwauvwabuvw（abab）uvwabuvwbuvw然后，根據(jù)以上分析推理，繪出如圖 4 硬件電路原理圖對(duì)應(yīng)的 PCB 板，并利用 Protel 仿真得到預(yù)期波形。結(jié)論：采用上述設(shè)計(jì)的電路，用 15 線編碼器替代 9 線編碼器，根據(jù)仿真結(jié)果，完全可以正常工作。利用這種方法，已成功維修好多臺(tái)進(jìn)口伺服電機(jī)，解決了進(jìn)口設(shè)備維修難的問(wèn)題。二、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置的方法與技巧以北京凱恩帝數(shù)控技術(shù)有限責(zé)任公司（KND）生產(chǎn)的 KNDSD200-20 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為例，說(shuō)明其基本參數(shù)的設(shè)置方法與技巧。1 .驅(qū)動(dòng)器基本功

6、能KNDSD200-20 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用國(guó)際上先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、大規(guī)?？删幊涕T(mén)陣列（FPGA） 、新一代智能化功率模塊（1PM）等組成。集成度高，體積小。具有超速、過(guò)流、過(guò)載、主電源過(guò)壓欠壓、編碼器異常和位置超差等保護(hù)功能。伺服電動(dòng)機(jī)自帶編碼器，位置信號(hào)反饋至伺服驅(qū)動(dòng)器，與開(kāi)環(huán)位置控制器一起構(gòu)成半閉環(huán)控制系統(tǒng)。調(diào)速比寬 1:5000;轉(zhuǎn)矩恒定，1r 和 2000r的扭矩基本一樣，從低速到高速都具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩特性和很快的響應(yīng)特性。采用全數(shù)字控制，控制簡(jiǎn)單靈活。用戶可以通過(guò)設(shè)定用戶參數(shù)，對(duì)伺服的工作方式、運(yùn)行特性作出適當(dāng)?shù)娜我饨M態(tài)。例如：可以組成位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)矩控

7、制系統(tǒng)等。2 .驅(qū)動(dòng)器基本參數(shù)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一般為用戶提供了豐富的用戶參數(shù) 059 個(gè)，報(bào)警參數(shù) 132 個(gè)，監(jiān)視方式（電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，位置偏差等）22 個(gè)。用戶可以根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整參數(shù)，以達(dá)到最佳控制效果。幾種常用的參數(shù)的含義是：區(qū)域UVWXI 區(qū)010abn區(qū)011a山區(qū)001abIV區(qū)101ab+abV區(qū)100abV1區(qū)110b15 線編碼器真值表表 1圖 4 合成 X 波形的硬件原理圖(1)“那參數(shù)為密碼參數(shù)，出廠值 315,用戶改變伺服電機(jī)型號(hào)時(shí)必須將此密碼改為(2)“傳參數(shù)為型號(hào)代碼，對(duì)應(yīng)同系列不同功率級(jí)別的驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)。(3)“聘參數(shù)為控制方式選擇，改變此參數(shù)可設(shè)置驅(qū)動(dòng)器的控

8、制方式。其中，“寬位置控制方式；“偽速度控制方式；“媯試運(yùn)行控制方式；“的 JOG 控制方式；“物編碼器調(diào)零方式；“物開(kāi)環(huán)控制方式(用戶測(cè)試電壓及編碼器)；的轉(zhuǎn)矩控制方式。(4)“月參數(shù)為速度比例增益，出廠值為 150。此設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大。參數(shù)設(shè)置根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)器型號(hào)和負(fù)載情況設(shè)定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大。在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩情況下，應(yīng)盡量設(shè)定較大些。(5)“外參數(shù)為速度積分時(shí)間常數(shù)，出廠值為 20。此設(shè)定值越小，積分速度越快，太小容易產(chǎn)生超調(diào)，太大使響應(yīng)變慢。參數(shù)設(shè)置根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)型號(hào)和負(fù)載確定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大。(6)“404 號(hào)為加減速

9、時(shí)間常數(shù)，出廠設(shè)定為 0。此設(shè)定值表示電動(dòng)機(jī)以 0100r/min 轉(zhuǎn)速所需的加速時(shí)間或減速時(shí)間。加減速特性呈線性。(7)“中參數(shù)為位置比例增益，出廠沒(méi)定為 40。此設(shè)置值越大，增益越高，剛度越高，相同頻率指令脈沖條件下，位置滯后量越小。但數(shù)值太大可能會(huì)引起振蕩或超調(diào)。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)型號(hào)和負(fù)載情況而定。SD200 伺服驅(qū)動(dòng)器和凱恩帝數(shù)控系統(tǒng)相配時(shí)，只需設(shè)定表 1 中的參數(shù)，其余參數(shù)，一般情況下，不用修改表 1 部分用戶參數(shù)一覽表參數(shù)序號(hào)名稱設(shè)定值及范圍功能PA-00密碼315修改 259 號(hào)參數(shù)時(shí)，將此參數(shù)設(shè)定為 315修改 1 號(hào)參數(shù)時(shí)，將此參數(shù)設(shè)定為 381PA-01型號(hào)代碼(

10、設(shè)定電機(jī)型號(hào)代碼)根據(jù)伺服電機(jī)型號(hào)查出其型號(hào)代碼。PA-04控制方式030 為位置控制方式1 為速度控制方式2 為轉(zhuǎn)矩控制方式3 為 JOG 控制方式PA-05速度比例增益150一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大PA-07轉(zhuǎn)矩濾波器100抑制電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)PA-08速度檢測(cè)低通濾波器100抑制電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)PA-09位置比例增益150在穩(wěn)定范圍內(nèi)，盡量設(shè)置得較大PA-12位置指令脈沖分頻分子132767需要計(jì)算，方法見(jiàn)電子齒輪比設(shè)置。PA-13位置指令脈沖分頻分母132767PA-40加速時(shí)間0電動(dòng)機(jī)以 0100r/min 轉(zhuǎn)速所需的加速時(shí)間PA-41減速時(shí)間0電動(dòng)機(jī)以 1000r/mi

11、n 轉(zhuǎn)速所需的減速時(shí)間電子齒輪比的設(shè)置PA12 為電子齒輪比分頻分子(1)設(shè)置位置指令脈沖的分倍頻(電子齒輪)。(2)在位置控制方式下， 通過(guò)對(duì) No.12,No.13 參數(shù)的設(shè)置， 可以很方便地與各種脈沖源相匹配,以達(dá)到用戶理想的控制分辨率(即角度/脈沖)。PG=NC4P：輸入指令的脈沖數(shù)；385。G:電子齒輪比；N:電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)；C:光電編碼器線數(shù)/轉(zhuǎn)，本系統(tǒng) 0=25000（3）R 例 1 輸入指令脈沖為 6000 時(shí)，伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn) 1 圈_N041250045G=P60003則參數(shù) No.12 設(shè)為 5,No.13 設(shè)為 3。（4）電子齒輪比推薦范圍為：1.G_5050PA13 為電子

12、齒輪比分頻分母設(shè)置方法參見(jiàn) PA123. KNDSD200-20 的參數(shù)優(yōu)化技巧（1）根據(jù)上述設(shè)置好 SD200 伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)后，開(kāi)始優(yōu)化調(diào)整伺服性能，即驅(qū)動(dòng)增益參數(shù)的調(diào)整。一般SD200 驅(qū)動(dòng)器保持缺省的增益參數(shù)，基本可以滿足用戶的加工要求。在缺省增益運(yùn)行電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果電動(dòng)機(jī)發(fā)出異常聲音， 則要首先考慮電動(dòng)機(jī)軸的安裝是否存在問(wèn)題。 經(jīng)檢查問(wèn)題后可考慮采用共振抑制的辦法， 修改 7 號(hào)參數(shù) （轉(zhuǎn)矩濾波器）和 8 號(hào)參數(shù)（速度檢測(cè)低通濾波器）來(lái)抑制電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)。7、8 號(hào)參數(shù)缺省參數(shù)為 100,可試著每次將 7、8 號(hào)參數(shù)分別減少 10,按確認(rèn)鍵。運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，如還不正常，再減少 10,直到

13、電動(dòng)機(jī)無(wú)異常聲音。一般 7,8 號(hào)參數(shù)的調(diào)整范圍為 2080 之間，這樣基本能達(dá)到共振抑制的效果。（2）保持出廠參數(shù)時(shí)達(dá)不到加工效果，比如車床車出的斜面粗糙度值大，可試著再調(diào)整如下參數(shù)：速度比例增益 PA5 的調(diào)整：確認(rèn)驅(qū)動(dòng)器正常啟動(dòng)，用數(shù)控系統(tǒng)手動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)（機(jī)床移動(dòng)）。確認(rèn)如果電動(dòng)機(jī)不振動(dòng)，加大調(diào)整此參數(shù)。設(shè)定值越大，剛性越大，機(jī)床的定位精度越高，每次加大數(shù)值 5,直到產(chǎn)生振動(dòng)，將此值減小到穩(wěn)定后，再將此值減 10;位置比例增益 PA9:在穩(wěn)定范圍內(nèi)，盡量設(shè)置得較大，這樣機(jī)床跟蹤特性好，滯后誤差小。同速度比例增益的調(diào)整相似，在不產(chǎn)生振動(dòng)的情況下應(yīng)盡可能調(diào)大此值；如以上兩參數(shù)提高后還達(dá)不

14、到加工效果，可采用調(diào)整 7、8 號(hào)參數(shù)的方法進(jìn)行振動(dòng)的抑制參數(shù)調(diào)整。調(diào)整后，驅(qū)動(dòng)器 5、9 號(hào)參數(shù)可以再向上調(diào)一些，這樣應(yīng)該可以滿足用戶的加工要求。4. KNDSD200-20 的故障處理技巧一旦出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)，伺服單元將禁止電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，以及對(duì)用戶參數(shù)的調(diào)整，直至斷電后重新上電。用戶可以根據(jù)顯示的報(bào)警信息來(lái)判斷故障的類型以及引起故障的原因。具體故障處理辦法可以參考 SD200 用戶手冊(cè)。如果連報(bào)警都沒(méi)有，那自然就是驅(qū)動(dòng)器故障。當(dāng)然，還有可能是伺服根本沒(méi)有故障，而是控制信號(hào)或上位機(jī)有問(wèn)題導(dǎo)致伺服沒(méi)有動(dòng)作。除了看驅(qū)動(dòng)器上的錯(cuò)誤、報(bào)警號(hào)，查手冊(cè)外，有時(shí)最直接的判斷就是互換，如數(shù)控車床的 X 軸和Z 軸

15、互換 （型號(hào)相同才可以） 。 或在伺服電動(dòng)機(jī)功率差距不大的情況下， 修改伺服驅(qū)動(dòng)器某些特征參數(shù) （如 KNDSD200的“傳型號(hào)代碼參數(shù)），短時(shí)間內(nèi)互換，確定故障后再換回來(lái)是可以的。還可以通過(guò)修改數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)，將某軸如 X 軸鎖住，不讓系統(tǒng)檢測(cè) X 軸，達(dá)到判斷目的。但應(yīng)注意：X 軸與 Z 軸互換，即使型號(hào)相同，機(jī)床可能因?yàn)樨?fù)載不同、參數(shù)不同而產(chǎn)生問(wèn)題。在確認(rèn)檢查方案動(dòng)手前，一定要考慮全面，以免造成不必要的損失。再有，因?yàn)榻涣魉欧卧ǔＪ褂脭?shù)控系統(tǒng)統(tǒng)一供電系統(tǒng)，三相交流 220V 的電壓來(lái)自伺服變壓器。所以在操作過(guò)程中必須符合操作規(guī)范。例如：U、V、W 三相輸出必須按照正確的順序連接，否則電

16、動(dòng)機(jī)將不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，將給出報(bào)警信號(hào)，并禁止電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。5. 伺服電動(dòng)機(jī)的其他問(wèn)題處理技巧(1)電動(dòng)機(jī)竄動(dòng)：在進(jìn)給時(shí)出現(xiàn)竄動(dòng)現(xiàn)象，測(cè)速信號(hào)不穩(wěn)定，如編碼器有裂紋；接線端子接觸不良，如螺釘松動(dòng)等；當(dāng)竄動(dòng)發(fā)生在由正方向運(yùn)動(dòng)與反方向運(yùn)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(qū)動(dòng)增益過(guò)大所致；(2)電動(dòng)機(jī)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(rùn)滑狀態(tài)不良，伺服系統(tǒng)增益低及外加負(fù)載過(guò)大等因素所致。尤其要注意的是，伺服電動(dòng)機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)不同步，從而使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)忽快忽慢；(3)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)：機(jī)

17、床高速運(yùn)行時(shí)，可能產(chǎn)生振動(dòng)，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生過(guò)流報(bào)警。機(jī)床振動(dòng)問(wèn)題一般屬于速度問(wèn)題，所以應(yīng)尋找速度環(huán)問(wèn)題；(4)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩降低：伺服電動(dòng)機(jī)從額定堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩到高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩會(huì)突然降低，這時(shí)因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)繞組的散熱損壞和機(jī)械部分發(fā)熱引起的。高速時(shí)，電動(dòng)機(jī)溫升變大，因此，正確使用伺服電動(dòng)機(jī)前一定要對(duì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載進(jìn)行驗(yàn)算；(5)電動(dòng)機(jī)位置誤差：當(dāng)伺服軸運(yùn)動(dòng)超過(guò)位置允差范圍時(shí)(KNDSD200 出廠標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置 PA17:400,位置超差檢測(cè)范圍)，伺服驅(qū)動(dòng)器就會(huì)出現(xiàn)“%位置超差報(bào)警。主要原因有：系統(tǒng)設(shè)定的允差范圍?。凰欧到y(tǒng)增益設(shè)置不當(dāng)；位置檢測(cè)裝置有污染；進(jìn)給傳動(dòng)鏈累計(jì)誤差過(guò)大等；(6)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)：數(shù)控系統(tǒng)到伺服驅(qū)動(dòng)器除了聯(lián)結(jié)脈沖+方向信號(hào)外，還有使能控制信號(hào)，一般為