交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)械比對力機(jī)上的應(yīng)用

交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)械比對力機(jī)上的應(yīng)用

0運(yùn)行性能分析在機(jī)械比較的條件下，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)將標(biāo)準(zhǔn)傳感器和測量傳感器連接到力參考機(jī)，并根據(jù)機(jī)械變形生成標(biāo)準(zhǔn)值，以檢測標(biāo)準(zhǔn)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)力值。由于傳感器的形變非常小,滿量程在0.3mm以下,因此對伺服系統(tǒng)的低速性能要求非常高,不能有爬行,低速時(shí)力矩不變,并要穩(wěn)定可靠。設(shè)計(jì)的機(jī)械比對式力機(jī),采用西門子611A伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和FM354伺服定位模塊,利用光電編碼器和稱重?cái)?shù)顯表,實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制,利用寬速度控制范圍,實(shí)現(xiàn)低速時(shí)微位移進(jìn)給,保證計(jì)算機(jī)對標(biāo)準(zhǔn)傳感器的檢測精度,高速時(shí)快速進(jìn)給,利用高低速度變換,保證每級測試時(shí)間滿足國際法制計(jì)量組織(OIML)第60號國際建議“稱重傳感器計(jì)量規(guī)程”以及國家稱重傳感器檢定規(guī)程(JJG669—90)規(guī)定的要求。1編程序控制器系統(tǒng)框圖見圖1。西門子S7-300可編程序控制器配置見圖2。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由交流伺服電機(jī)、精密減速機(jī)、精密滾珠絲杠付、加力框架、標(biāo)準(zhǔn)傳感器、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。1.1電機(jī)速度控制環(huán)SIMODRIVE611A交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu),由一個(gè)主電源模塊及各軸的控制模塊組成,電源模塊為每個(gè)控制模塊提供直流母線電壓,并監(jiān)控各控制模塊的運(yùn)行。控制模塊則根據(jù)NCK的指令驅(qū)動(dòng)各軸電機(jī)以某一速度運(yùn)行或停止。所有的模塊都采用了統(tǒng)一的模塊化設(shè)計(jì),電源、通信以及功率模塊閉環(huán)控制插入單元之間的接口都采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),是一種可靈活配置的交流變頻調(diào)速伺服系統(tǒng)。其工作原理是直流無刷驅(qū)動(dòng)。直流電機(jī)中的機(jī)械整流子被一個(gè)無弧電子換向器所取代,轉(zhuǎn)子角度編碼器把伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳給電子換向器,通過對變頻器功率部分開關(guān)元件的控制,來確保驅(qū)動(dòng)裝置向轉(zhuǎn)子所在位置的繞組提供電流。速度控制環(huán)采用速度實(shí)時(shí)檢測控制算法,使電機(jī)的低速性能得到進(jìn)一步提高,速度波動(dòng)和轉(zhuǎn)距波動(dòng)降到最低,具有緊湊性、模塊化的特點(diǎn),節(jié)省空間;各軸模塊可任意組合;通過跳線改變各軸控制器的參數(shù),以實(shí)現(xiàn)與伺服電機(jī)的最優(yōu)配合;電流控制、速度控制采用串聯(lián)式模擬量閉環(huán)控制。伺服系統(tǒng)有力矩保護(hù),防止力矩太大損壞電機(jī)和機(jī)械系統(tǒng)。圖3為伺服控制框圖。系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn):具有電流控制和速度控制的串聯(lián)式模擬量閉環(huán)控制;具有可調(diào)比例增益和積分時(shí)間的速度控制器;速度控制回路的速度控制范圍1:10000;有工作電壓、電機(jī)溫度、控制器狀態(tài)和I2T值監(jiān)視。FM354是S7-300系列可編程序控制器的子模塊,專用于1FT5系列方波永磁同步電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的伺服定位系統(tǒng)。電機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率高、體積小,運(yùn)行可靠性高、調(diào)速范圍廣,系統(tǒng)動(dòng)、靜特性好。具有模擬量設(shè)定接口,通過SIMATICS7-300系統(tǒng)的用戶程序定向控制,根據(jù)用戶的需要,進(jìn)行模塊的初始化,模塊可以適應(yīng)用戶的要求。FM354是高性能的伺服驅(qū)動(dòng)定位模塊。其主要應(yīng)用是通過伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)廣泛的定位任務(wù),用于從簡單的點(diǎn)到點(diǎn)定位任務(wù)到對響應(yīng)、精度和速度要求極高的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。工作原理:對于簡單的點(diǎn)到點(diǎn)定位任務(wù),用S7CPU指定終點(diǎn)位置和移動(dòng)速度;對于復(fù)雜的運(yùn)動(dòng),通過編程方式用DIN66025參數(shù)化格式建立運(yùn)動(dòng)方程。FM354處理軸的實(shí)際定位是用模擬驅(qū)動(dòng)接口(-10～+10V)控制驅(qū)動(dòng)器,編碼器(SSI)報(bào)告目前的位置,FM354利用此信息來修正輸出電壓。1FT5交流伺服電機(jī)專用于在SIMODRIVE611A變頻系統(tǒng)下工作,具有較高的動(dòng)態(tài)性能、高可靠性及非常低的維護(hù)要求。其主要特點(diǎn)有:在整個(gè)速度設(shè)定范圍電機(jī)都能確保恒定連續(xù)的扭矩;600V的母線電壓,使該電機(jī)體積更小;熱量的發(fā)散,特別是定子繞組和定子鐵心產(chǎn)生的熱量,都可以通過具有良好熱傳導(dǎo)能力的電機(jī)外殼直接散發(fā)出去,因此該電機(jī)不需要外部冷卻,具有良好的防水、防油保護(hù)能力。1.2基于fm334的伺服算法應(yīng)用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和FM354模塊就是要實(shí)現(xiàn)機(jī)械比對力機(jī)加載和卸載要求,做到既可以快速加載2000r/min,滿足標(biāo)準(zhǔn)的加載、卸載時(shí)間要求,也可以極低速加載和卸載0.5r/min,通過大數(shù)比減速機(jī)構(gòu),使儀表分辨率可以達(dá)到20萬分之一,滿足比對力機(jī)檢測要求。通過FM354伺服電機(jī)定位模塊,進(jìn)給和接收編碼器信號,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制,FM354要正常工作,首先要安裝FM354驅(qū)動(dòng)程序,然后進(jìn)行硬件組態(tài),并設(shè)置FM354相應(yīng)的參數(shù)。FM354可以設(shè)置的參數(shù)包括以下幾類:機(jī)器數(shù)據(jù)(MacineData)、增量尺寸(IncermaentS)、設(shè)備補(bǔ)償數(shù)據(jù)(ToolOffsetData)、移動(dòng)程序(TraversingPrograms)、用戶數(shù)據(jù)(UserData)。FM354伺服定位系統(tǒng)中重要的初始化參數(shù)是最大速度、加速度、減速度和位置環(huán)增益。通過設(shè)置加速度和減速度,使力機(jī)加卸載荷平穩(wěn),避免速度沖擊影響力機(jī)精度。對FM354編程控制須調(diào)用其標(biāo)準(zhǔn)功能塊中的FC1(INITDB)/FC2(MODEWR)/FC3(RDCOM)及用戶數(shù)據(jù)塊UDT1。初始化程序如下:LB#16#60TMB19T“DB-FM”.CONTROLSIGNALS.OVERRIDELB#16#2T“DB-FM”.CONTROLSIGNALS.MODELMW34T“DB-FM”.CONTROLSIGNALS.MODEPARAMETERLB#16#2T“DB-FM”.JOBWR.NOLMW30T“DB-FM”.CLEVEL12.CLEVEL1LDW#16#2700T“DB-FM”.CLEVEL12.CLEVEL2AM16.2=“DB-FM”.CONTROLSIGNALS.DIRMAM16.3=“DB-FM”.CONTROLSIGNALS.DIRPAM16.1=“DB-FM”.CONTROLSIGNALS.STOPAM17.6=“DB-FM”.SINGLEFUNCTIONS.SERVOENAM16.7=“DB-FM”.CONTROLSIGNALS.DRVENAM17.1=“DB-FM”.CONTROLSIGNALS.OTERRA2變速運(yùn)動(dòng)曲線機(jī)械比對力機(jī)控制方式就是伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成高速加載—反復(fù)變速加載—停止—反復(fù)變速卸載—高速卸載的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)不同的稱重傳感器的工藝要求采用不同的變速運(yùn)動(dòng)曲線?？删幊绦蚩刂破魍ㄟ^在FM354