知識點(diǎn)2：伺服電機(jī)電機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器二、項(xiàng)目準(zhǔn)備

1、認(rèn)識三相交流伺服電動(dòng)機(jī)

（1）認(rèn)識伺服電動(dòng)機(jī)

伺服電機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。

圖1伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)物圖

圖2內(nèi)置編碼器的伺服電動(dòng)機(jī)

圖1伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)物圖

圖2內(nèi)置編碼器的伺服電動(dòng)機(jī)（2）伺服電機(jī)的使用

伺服電機(jī)的使用，如圖3所示，主要外部部件有連接電源電纜、內(nèi)置編碼器、編碼器電纜等。其中編碼器電纜和電源電纜為選件。對于帶電磁制動(dòng)的伺服電機(jī)，單獨(dú)需要電磁制動(dòng)電纜。圖3伺服電機(jī)部件圖在使用伺服電機(jī)時(shí)，需要先計(jì)算一些關(guān)鍵的電機(jī)參數(shù)，如位置分辨率、電子齒輪、速度和指令脈沖頻率等，以此為依據(jù)進(jìn)行后面伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置。

①位置分辨率和電子齒輪計(jì)算

位置分辨率(每個(gè)脈沖的行程ΔL)取決于伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)的行程ΔS和編碼器反饋脈沖數(shù)量Pt，反饋脈沖數(shù)目取決于伺服電機(jī)系列。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和編碼器確定之后在控制系統(tǒng)中ΔL為固定值。但是，每個(gè)指令脈沖的行程可以根據(jù)需要利用參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。圖4位置分辨率和電子齒輪關(guān)系圖②速度和指令脈沖頻率計(jì)算伺服電機(jī)以指令脈沖和反饋脈沖相等時(shí)的速度運(yùn)行。因此，指令脈沖頻率和反饋脈沖頻率相等。參數(shù)設(shè)置（CMX，CDV）圖5電子齒輪比與反饋脈沖關(guān)系圖2、認(rèn)識伺服驅(qū)動(dòng)器

（1）認(rèn)識伺服驅(qū)動(dòng)器

伺服驅(qū)動(dòng)器又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。

交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)器主要有伺服控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、通訊接口單元、伺服電動(dòng)機(jī)及相應(yīng)的反饋檢測器件組成，其控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-77所示。其中伺服控制單元包括位置控制器、速度控制器、轉(zhuǎn)矩和電流控制器等等。圖6伺服驅(qū)動(dòng)器工作原理框圖伺服電機(jī)一般為三個(gè)控制，就是3個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)，最內(nèi)側(cè)是電流環(huán)，第2環(huán)是速度環(huán)，最外側(cè)是位置環(huán)，各環(huán)的功能如表1所示。表13個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能一般伺服都有三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式，位置控制方式。

速度控制和轉(zhuǎn)矩控制都是用模擬量來控制的。位置控制是通過發(fā)脈沖來控制的。如果您對電機(jī)的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個(gè)恒轉(zhuǎn)矩，當(dāng)然是用轉(zhuǎn)矩模式。如果對位置和速度有一定的精度要求，而對實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心，用轉(zhuǎn)矩模式不太方便，用速度或位置模式比較好。如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會好一點(diǎn)。如果本身要求不是很高，或者基本沒有實(shí)時(shí)性的要求，用位置控制方式。就伺服驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)速度來看，轉(zhuǎn)矩模式運(yùn)算量最小，驅(qū)動(dòng)器對控制信號的響應(yīng)最快；位置模式運(yùn)算量最大，驅(qū)動(dòng)器對控制信號的響應(yīng)最慢。①轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機(jī)軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如10V對應(yīng)5Nm的話，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5V時(shí)電機(jī)軸輸出為2.5Nm，如果電機(jī)軸負(fù)載低于2.5Nm時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，外部負(fù)載等于2.5Nm時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)，大于2.5Nm時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)（通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生）。可以通過即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用主要在對材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。②位置控制：位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過脈沖的個(gè)數(shù)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進(jìn)行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等等。

③速度模式：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號或直接負(fù)載的位置信號給上位反饋以做運(yùn)算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測位置信號，此時(shí)的電機(jī)軸端的編碼器只檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號就由直接的最終負(fù)載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過程中的誤差，增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。（2）認(rèn)識臺達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器

①伺服驅(qū)動(dòng)器面板與接口

現(xiàn)在使用的是臺達(dá)ASD-B2伺服驅(qū)動(dòng)器屬于進(jìn)階泛用型，內(nèi)置泛用功能應(yīng)用，減少機(jī)電整合的差異成本。除了可簡化配線和操作設(shè)定，大幅提升馬達(dá)尺寸的對應(yīng)性和產(chǎn)品特性的匹配度，可方便的替換其他品牌，且針對專用機(jī)提供了多樣化的操作選擇。其面板及接口名稱與功能如圖7所示。

圖7臺達(dá)ASD-B2伺服驅(qū)動(dòng)器的面板及接口名稱與功能

②操作面板說明ASD-B2伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)共有187個(gè)，P0-xx，P1-xx,P2-xx,P3-xx,P4-xx,可以在驅(qū)動(dòng)器的面板上進(jìn)行設(shè)置，操作面板各部分名稱如圖3-79所示，各個(gè)按鈕的說明如表3-28所示。圖8臺達(dá)伺服控制器的操作面板表2臺達(dá)伺服控制器的面板各鍵功能③參數(shù)設(shè)置操作說明驅(qū)動(dòng)器電源接通時(shí)，顯示器會先持續(xù)顯示監(jiān)視變量符號約一秒鐘。然后才進(jìn)入監(jiān)控模式。按【MODE】鍵可切換參數(shù)模式→監(jiān)視模式→異警模式，若無異警發(fā)生則略過異警模式。當(dāng)有新的異警發(fā)生時(shí)，無論在如何模式都會馬上切換到異警顯示模式下，按【MODE】鍵可以切換到其它模式，當(dāng)連續(xù)20秒沒有任何鍵被按下，則會自動(dòng)切換回異警模式。在監(jiān)視模式下，若按下【UP/DOWN】鍵可切換監(jiān)視變量。此時(shí)監(jiān)視變量符號會持續(xù)顯示約一秒鐘。在參數(shù)模式下，按【SHIFT】鍵時(shí)可切換群組碼，按【UP/DOWN】鍵可變更后二字符參數(shù)碼。在參數(shù)模式下，按【SET】鍵，系統(tǒng)立即進(jìn)入編輯設(shè)定模式。顯示器同時(shí)會顯示此參數(shù)對應(yīng)的設(shè)定值，此時(shí)可利用【UP/DOWN】鍵修改參數(shù)值，或按【MODE】鍵脫離編輯設(shè)定模式并回到參數(shù)模式。在編輯設(shè)定模式下，可按【SHIFT】鍵使閃爍字符左移，再利用【UP/DOWN】鍵快速修正較高的設(shè)定字符值。設(shè)定值修正完畢后，按下【SET】鍵，即可進(jìn)行參數(shù)存儲或執(zhí)行命令。完成參數(shù)設(shè)定后，顯示器會顯示結(jié)束代碼【SAVED】，并自動(dòng)回復(fù)到參數(shù)模式。

④部分參數(shù)說明在YL-158GA1上，伺服驅(qū)動(dòng)裝置工作于位置控制模式，S7-1212CDC/DC/DC的Q0.0輸出脈沖作為伺服驅(qū)動(dòng)器的位置指令，脈沖的數(shù)量決定伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位移，脈沖的頻率決定了伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。S7-1212CDC/DC/DC的Q0.1輸出信號作為伺服驅(qū)動(dòng)器的方向指令。對于控制要求較為簡單，伺服驅(qū)動(dòng)器可采用自動(dòng)增益調(diào)整模式。根據(jù)上述要求，伺服驅(qū)動(dòng)器常用參數(shù)設(shè)置如表3所示。表3

臺達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器部分參數(shù)功能（3）伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)的連接圖9臺達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器的連線圖下面以ASD-B2型伺服驅(qū)動(dòng)器與ECMA-C20604RS的連接作為示例(位置伺服、增量型)，按照位置控制運(yùn)行模式。1）伺服驅(qū)動(dòng)器電源伺服驅(qū)動(dòng)器的電源端子（R、S）連接二相電源。2）CN1連接圖主要的幾個(gè)信號為定位模塊的脈沖發(fā)出等，編碼器的A、B、Z的信號脈沖，以及急停、復(fù)位、正轉(zhuǎn)行程限位、反轉(zhuǎn)行程限位、故障、零