1、伺服控制設(shè)計(jì)及技術(shù)應(yīng)用,一. 伺服系統(tǒng)的組成及分類,二. 伺服系統(tǒng)應(yīng)用,三. 位控單元使用方法,四. 伺服系統(tǒng)發(fā)展趨勢,一. 伺服系統(tǒng)的慨述,伺服系統(tǒng)是以位置和角度為控制量的控制系統(tǒng)的總稱,與位置和角度相關(guān)聯(lián)的速度、角速度、加速度、力等為控制量的系統(tǒng).,1. 組成,控制X-Y工作臺,旋轉(zhuǎn)工作臺,w,一. 伺服系統(tǒng)的慨述,2.1按控制結(jié)構(gòu)分類為:開環(huán)方式、閉環(huán)方式,2. 分類,指 令 脈沖源,脈 沖 分配器,功 率 放大器,步進(jìn) 電機(jī),負(fù) 載,a) 開環(huán)控制方式,b) 開環(huán)控制方式,指 令 脈沖源,脈 沖 分配器,功 率 放大器,伺服 電機(jī),負(fù) 載,位置 編碼器,一. 伺服系統(tǒng)的慨述,2. 分類

2、,2.2按驅(qū)動部件分類:,a.步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng) (屬於開環(huán)方式),b.直流伺服電機(jī)伺服系統(tǒng) (屬於閉環(huán)方式),c.交流電機(jī)伺服系統(tǒng) (屬於閉環(huán)方式),注: 因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)步距角與其位移量有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)係,另步距誤差 不會積累的特點(diǎn),沒有必要採用半閉環(huán)或全閉環(huán)控制方式,通常是 開環(huán)控制方式.,一. 伺服系統(tǒng)的慨述,3.步進(jìn)電機(jī).直流伺服電機(jī).交流伺服電機(jī)比較,3.1 步進(jìn)特性 優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行平穩(wěn)，剛性好，停止制動響應(yīng)時(shí)間快. 缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)速低-步距角細(xì)分有限決定它精度不高； 最高轉(zhuǎn)速不超過1000rpm；不適合作高速控制. 尺寸大-同等轉(zhuǎn)矩的電機(jī)尺寸比伺服電機(jī)大。,3.2伺服特性 優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行平穩(wěn);電子齒輪

3、分頻，精度高(360度/10000脈沖); 速度快可達(dá)30005000rpm.適合作高速高精度控制. 缺點(diǎn)：同等轉(zhuǎn)矩慣量比步進(jìn)小(不含中慣量).,3.3交流伺服優(yōu)先使用原因: 由於直流伺服電機(jī)有電刷和換向器,維護(hù)麻煩,成本高. 交流電機(jī)過載能力和最高轉(zhuǎn)速比直流伺服電機(jī)高，故 優(yōu)先選交流伺服電機(jī).,二. 伺服系統(tǒng)的應(yīng)用,1. 伺服電機(jī)工作方式,1.1 位置控制方式,1.2 速度控制方式: 在SPR端輸入0+/-10V的電壓,依電壓和速度指令 輸入放大系數(shù)來調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。,1.3 轉(zhuǎn)矩控制方式 在TRQR端輸入0+/-10V的電壓,依電壓和轉(zhuǎn)矩指令 輸入放大系數(shù)來 調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)矩。,集電極開路輸入脈

4、沖，允許最高頻率為200kpps。,差分驅(qū)動輸入脈沖，允許最高頻率為1Mpps。,二. 伺服系統(tǒng)的應(yīng)用,2.使用品牌： 步進(jìn)：東方步進(jìn)電機(jī).MyCom步進(jìn)電機(jī). 多摩川步進(jìn)電機(jī).國產(chǎn)四通步進(jìn)電機(jī). 伺服： 分離型-鬆下伺服電機(jī).三菱伺服電機(jī)安川伺服電機(jī). 四通伺服電機(jī)(北京和利時(shí)). 集成型-SmartMotor(驅(qū)動器集成於馬達(dá)內(nèi)部),3.目前DS產(chǎn)品處伺服使用狀況如下：,自制設(shè)備:70左右為鬆下；20左右為三菱；10%為其它 品牌如四通.東方.臺彎羅升等.,外購設(shè)備:三菱(成型機(jī)).鬆下.安川.西門子等.,二. 伺服系統(tǒng)的應(yīng)用,4.裝配自動化中伺服電機(jī)應(yīng)用,裝配自動化中常用伺服系統(tǒng)分為以下

5、六種：,4.1 棘輪定長送端子,鬆下伺服,送料棘輪,注：位控模塊採用相對控制方式,用於PCI_E插針機(jī),4.14.6為位置控制,二. 伺服系統(tǒng)的應(yīng)用,4.2 凸輪組裁切插針,裁切插針凸輪,鬆下伺服,注：位控模塊採用相對控制方式,用於DDRII插針機(jī),二. 伺服系統(tǒng)的應(yīng)用,4.3 絲桿送料,驅(qū)動滾珠絲桿,鬆下伺服,注：位控模塊採用絕對控制方式,用於DDRII插HOOK,二. 伺服系統(tǒng)的應(yīng)用,4.4 包裝機(jī),4.5 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),東方伺服,抓盤機(jī)構(gòu),90度翻轉(zhuǎn),鬆下伺服,注：位控模塊採用相對控制方式,注：位控模塊採用絕對控制方式,二. 伺服系統(tǒng)的應(yīng)用,4.6 外購直線平臺,IA直線伺服馬達(dá),特點(diǎn)：1.

6、省配線,縮短開發(fā)周期. 2.行程-可任意設(shè)置500個(gè)位置.,用於DDR插HOOK,a.直接法-BCD碼直接控制.,b.程序法-SEL語言編程,適應(yīng)復(fù)雜控制,3.控制方式：,注：有獨(dú)立CPU無需位控單元,二. 伺服系統(tǒng)的應(yīng)用,4.7 折邊料-速度控制,優(yōu)點(diǎn) a) 起動快,噪音低,體積小; b) 速度可達(dá)3000RPM; 比交流馬達(dá)轉(zhuǎn)速快.,缺點(diǎn) 成本偏高.,二. 伺服系統(tǒng)的應(yīng)用,5.使用中常見問題,a.馬達(dá)軸直接連直徑大的棘輪送端子且馬達(dá)轉(zhuǎn)速快;,現(xiàn)有對策：1.調(diào)整驅(qū)動器位置增益和速度增益，可改善其性能，但 馬達(dá)轉(zhuǎn)速不可太快或采用自動增益調(diào)整.,5.1馬達(dá)抖動-定位慢，自動機(jī)無法提速.,出現(xiàn)原因

7、:,4.將低慣量伺服換成中慣量伺服，成本較高.,3.如速度不要求高速(轉(zhuǎn)矩又滿足時(shí))可考慮用五相步進(jìn)代替.,2.給馬達(dá)增裝精密減速機(jī).,b.馬達(dá)軸通過同步帶帶動翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)慣量較大.,5.2 馬達(dá)失步-送料不準(zhǔn)自動機(jī)無法生產(chǎn).,出現(xiàn)背景: a. 脈沖線或馬達(dá)附近有幹?jǐn)_源 (變頻器/頻繁動作RELAY等).,二. 伺服系統(tǒng)的應(yīng)用,5.使用中遇到問題,b.機(jī)構(gòu)連軸器鬆動.絲桿滾珠摩損.,c.配電布線不規(guī)范.,二. 伺服系統(tǒng)的應(yīng)用,預(yù)防及對策：,5.2.1.設(shè)備PLC電源要安裝隔離絕緣變壓器.,5.2.2 伺服驅(qū)動器輸入電源要安裝雜訊濾波器.,隔離變壓器,雜訊濾波器,5.2 馬達(dá)失步-送料不準(zhǔn)

8、自動機(jī)無法生產(chǎn).,二. 伺服系統(tǒng)的應(yīng)用,5.2.3.驅(qū)動器脈沖電源DC應(yīng)單獨(dú)供電,單獨(dú)供電VC2.VD2,單獨(dú)供電VC1.VD1,預(yù)防及對策：,5.2 馬達(dá)失步-送料不準(zhǔn)自動機(jī)無法生產(chǎn).,二. 伺服系統(tǒng)的應(yīng)用,5.2.4 驅(qū)動器馬達(dá)輸出線應(yīng)遠(yuǎn)離編碼器線(分開走線).,5.2.5 脈沖信號線禁止與220VAC電源線放與同一線槽.,5.2.7 設(shè)備內(nèi)有變頻器等幹?jǐn)_源應(yīng)注意隔離屏蔽.,5.2.8 配電時(shí)選用的開關(guān)電源必須具有”3c”和”UL” 認(rèn)証.,5.2.6 脈沖輸入信號線應(yīng)採用屏蔽線纜配電，且屏蔽線要 接地.,預(yù)防及對策：,5.2 馬達(dá)失步-送料不準(zhǔn)自動機(jī)無法生產(chǎn).,二. 伺服系統(tǒng)的應(yīng)用,從以

9、上伺服應(yīng)用案例中可得出以下結(jié)論,1. 現(xiàn)有伺服控制器均採用位置控制模式工作： a.位移由輸入脈沖量決定. b.速度由輸入脈沖的頻率決定.,2.直線運(yùn)動一般採用絕對控制；圓周運(yùn)動一般採用相對控制.,3.所有的伺服系統(tǒng)存在缺限：,注：絕對運(yùn)動適合任意位置定位.,現(xiàn)有設(shè)備伺服電機(jī)和驅(qū)動器是閉環(huán)控制，但是位置控制單元與驅(qū) 動器之間是開環(huán)控制.嚴(yán)格的講上述系統(tǒng)隻是一種半閉環(huán)控制系統(tǒng).,4.後續(xù)優(yōu)先採用全閉環(huán)控制，使系統(tǒng)具有絕對位置檢測， 提高控制精度.,三. 位控單元使用方法,我們現(xiàn)在較常用的位控單元包括C200HW和CJ1W系列NC113 .NC213和NC413, 分別可以實(shí)現(xiàn)對一個(gè)軸.兩個(gè)軸和四個(gè)

10、軸控制.任意兩軸可作直線插補(bǔ).這些單元都是C200HX/HG/HE/CJ1系列PLC 的特殊I/O模塊。 PCU初始化有兩種方法 1.通過CX-Programmer6.1軟體很容易對位控單元PCU初始化簡單快速,無須了解參數(shù)區(qū)寄存器地址. 2.通過順控程序?qū)CU初始化占用掃描時(shí)間不建議使用.,1.OMRON公司常用位控單元簡介,三. 位控單元使用方法,2.系統(tǒng)配置示意圖,PCU-位控單元NC413,特點(diǎn)： 1.縮短PLC CPU掃描時(shí)間.,3.可發(fā)脈沖頻率最高500KPPS.,4.可作相對和絕對控制.,常用控制方法：,1.直接控制-直接傳速度/脈沖量和方向 給位控單元RAM,啟動PCU.,2

11、.間接控制-先把數(shù)據(jù)存在PCU的Flash Rom內(nèi),運(yùn)行時(shí)僅 發(fā)啟動命令給PCU即可執(zhí)行,適合作多段加 減速控制,例PCI/PCI_E/DDRII插針機(jī)構(gòu)控制.,2.可作任意兩軸直線插補(bǔ).,三. 位控單元使用方法,3. LowCostDDRII高速插針機(jī)系統(tǒng)配置,CJ1W NC113+N413,注用于送HSG/端子/插針 位置控制.,PLC程序見附檔,2.MITSUBISHI公司位控單元簡介,MITSUBISHI提供的位控單元可以滿足幾乎所有伺服系統(tǒng)所提出的運(yùn)動控制要求，並且為不同要求的系統(tǒng)提供了不同的解決方案。 2.1 高速高精度的定位控制 支持2-4軸直線插補(bǔ)、兩軸圓弧插補(bǔ)、速度控制、位

12、置速度切換、軌跡控制等豐富的位置控制系統(tǒng)，另外通過使用”GX-Configurator-QP” 軟件，可實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定和監(jiān)控、調(diào)試等工作,大大縮短程序調(diào)試時(shí)間。,三. 位控單元使用方法,2.1.1 脈沖列輸出型 根據(jù)不同地使用要求可以選用集電極開路型（QD75P）差動驅(qū)動器型（QD75D）兩種產(chǎn)品，可以執(zhí)行高達(dá)1Mpps的高速指令實(shí)現(xiàn)高速高精度的定位。其系統(tǒng)構(gòu)成如下： 注：現(xiàn)在所裝的DDRII/PCI_EALLINEONE高速插針機(jī)所用的定位模塊為QD75P4,三. 位控單元使用方法,2.1.2連接SSCNET型（QD75M/QCPU172/173） 通過使用高速串行電纜SSCNET大大節(jié)省了配線，而且通過數(shù)據(jù)採集方式返回原點(diǎn)的方式返回原點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了絕對系統(tǒng)的要求，一個(gè)系統(tǒng)最多可控制96軸.其系統(tǒng)構(gòu)成如下：,注：技嘉AGP自動裝LAP機(jī)採用QD75M4,三. 位控單元使用方法,該系統(tǒng)主要的定位模塊是QD70P，具備了移動到任意位置的定位控制、等速控制等功能，一個(gè)模塊可以對應(yīng)軸/8軸的控制。此系統(tǒng)速度變化細(xì)微、加減速平滑，比較適用與步進(jìn)系統(tǒng)，其系統(tǒng)構(gòu)成如下：,2.2 控制簡單、軸數(shù)較多的系統(tǒng),三. 位控單元使用方法,三. 位控單元使用方法,3. PCI_EALLINONE多功能連線機(jī),QD75P2+QD75P4,注用于送HSG/送端子/ 插針位置控制