9-0 交流伺服驱动器原理及调试

伺服驱动器孙海亮华中数控主要内容：华中数控一、伺服驱动器的种类及结构二、伺服驱动器发展趋势三、伺服驱动器的原理：四、伺服驱动器的接线：五、与伺服调节有关的参数及部分实验七、进给伺服驱动系统常见故障及处理六、进给伺服常见报警一、伺服驱动器的种类及结构华中数控华中数控伺服驱动器的内部结构华中数控伺服进给系统的要求1.调速范围宽2.定位精度高minmax/nrnn二、伺服驱动器发展趋势华中数控3.有足够的传动刚性和高的速度稳定性4.快速响应，无超调为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快，因为数控系统在启动、制动时，要求加、减加速度足够大，缩短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。华中数控5.低速大转矩，过载能力强一般来说，伺服驱动器具有数分钟甚至半小时内1.5倍以上的过载能力，在短时间内可以过载4～6倍而不损坏。6.可靠性高要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。华中数控1、从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。2、电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4～6倍而不损坏。3、为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。4、电机应能承受频繁启、制动和反转。华中数控对电机的要求华中数控三、伺服驱动器的原理：键盘、显示RS232I/oDSP逻辑门阵列模拟输入电源、制动IGBT逆变器交流伺服电机故障检测、保护位置传感器HSV-20D系统结构1）控制电路结构DSP：ADMC401BST逻辑：FPGA:A42MX09辅助控制：MCU:AT89S82522）功率电路结构整流：三相整流桥逆变：智能功率模块电源：开关电源。控制电路结构DSP是整个系统的核心，主要完成实时性要求较高的任务，如矢量控制、电流环、速度环、位置环控制以及PWM信号发生、各种故障保护处理等。MCU完成实时性要求比较低的管理任务，如参数设定、按键处理、状态显示、串行通讯等。FPGA实现DSP与MCU之间的数据交换、外部I/O信号处理、内部I/O信号处理、位置脉冲指令处理、第二编码器计数等。功率电路结构功率电路采用模块式设计，三相全桥整流部分和交-直-交电压源型逆变器通过公共直流母线连接。三相全桥整流部分由电源模块来实现，为避免上电时出现过大的瞬时电流以及电机制动时产生很高的泵升电压，设有软启动电路和能耗泄放电路。逆变器采用智能功率模块来实现。HSV-20D交流伺服系统结构图开关电源PN直流公共母线编码器输出接口脉冲输入接口模拟量接口第二编码器输入接口RS232串行口键盘及显示I/O控制PG三相整流器软起动及泵生控制电路IPM逆变器开关电源DSPADMC401FPGAA42MX09MPUAT89S8252门极驱动电路故障检测电路SPINDLE(SERVO)MOTORiaib霍尔元件RST220V控制电源三相380V电源HSV-20P电源模块逆变器HSV-20P电源模块结构图制动控制PBBK2BK1PN内部制动电阻止保险TPEXT1RSTPOWOKDCRDYT1三相整流桥24V24V-GNDPWROK1PWROK2其它监测信号220AA输入输出TSRXT1控制电源220BB母线电压监测XT2微控制器状态显示光电隔离晶闸管直流电抗器软启动电阻2、HSV-20S交流主轴驱动器原理HSV-20S交流主轴驱动器以高性能数字信号处理器DSPADMC401为控制核心,以智能功率模块IPM为逆变器开关元件，控制算法采用基于转子磁场定向的转差频率矢量控制，实现了电流控制、速度控制和位置控制。规格及特点：①.25A、50A、75A、100A四个型号②.输出功率3.7W~15Kw③.适配交流感应电机④.脉冲编码器反馈⑤.位置、速度、转矩三种控制方式⑥.主轴定向功能⑦.共电源模块设计，三相380V交流直接供电HSV-20S系统结构（1）控制核心DSP：ADMC401BST逻辑：FPGA:A42MX09辅助控制：MCU:AT89S8252（2）功率电路整流：三相整流桥逆变：智能功率模块电源：开关电源。华中数控驱动保护电路开关电源FPGA显示、按键26LS32EPROMM26LS31光耦光耦光耦285DSP(ADSP2181)X25163电平变换16C550AD7888IPMPMSM三相220V单相220V编码器输出信号输出输入脉冲接口RS232串行接口模拟接口编码器输入接口6PG+光耦开关电源直流公共母线三相整流器软起动及泵生控制电路IPM逆变器开关电源ADMC401FPGA89C51ED2-IM单片机门极驱动电路键盘及显示RS232串口+CAN总线接口I/O控制故障检测电路脉冲输入接口模拟量接口PMSMMOTOR旋转变压器iaib霍尔元件L1L2L3220V控制电源三相380V电源整流电源控制电路逆变器华中数控四、伺服驱动器的接线：1.主回路接线：1）.R、S、T电源线的连接；2）伺服驱动器U、V、W与伺服电动机电源线U、V、W之间的接线；2.控制电源类接线：1）.r、t控制电源接线；2）I/O口控制电源接线；3.I/O接口与反馈检测类接线：华中数控华中数控伺服系统主回路的接线图华中数控SANYODENKIACSERVODRIVECN1Z/ZB/BA/A0V+5VFG78563417,199,12CN2SRV-ONA-RSTCONT-COMOA+OA-OB+OB-OZ+OZ-GNDOUT-PWRS-RDYA-RDYF-PCR-PC264728483456781249414337155024V24VX20X17三洋伺服电机RVV5X0.5RVVP6*2*0.14Z/ZB/BA/A0V+5VFG(红)(白)(黑)(绿/黄)PEACSERVOMOTORMS3~PGUZVZWZUZVZWZ+KA10RSTrtRVV4X1.5RSTUVW9220A220BCNARVV2X0.5PE321548768A+A-B+B-Z+Z-GNDCP0+CP0-DIR0+DIR0-12330CNC0V+5V16,18,2010,11黄棕绿蓝红紫黑白Y16100/F-PC/R-PCV-REFSG2120OUTAGND510欧R2伺服驱动的强电回路及反馈回路接线图华中数控HSV-20D(S)接线1、电源模块标准接线2、位置控制方式标准接线3、速度控制方式标准接线1、电源模块标准接线单相AC220V控制电源输入POWOKRSTDCRDY24VN24V-GND1234567复位就绪电源准备好外部24V输入220A220BPN直流母线电压输出PB遍BBK2BK1XT1L1L2L3P三相AC380V主回路电源输入T1XT2HSV-20P电源模块RSTPWROK1故障连锁PEPWROK2注意事项（1）电源模块出厂时，缺省使用内部制动电阻，在XT1端子处用短路条已将BK1脚与BK2脚短接。（2）如果使用外接制动电阻需将短路条拆掉，使BK1脚与BK2脚断开,由BK2脚与PB脚端接外接制动电阻。警告：PB脚不能与BK2脚短接，否则会损坏电源模块。2、位置控制方式标准接线3、速度控制方式标准接线注意事项（1）直流母线强电P1，N1由电源模块提供,千万不能接反。（2）在有多个驱动模块级联使用时，直流母线P2，N2联接另一台驱动模块。（3）连接图中的主轴电机是以登奇电机为例。注:图中的“壳”指的是接线插头的金属外壳,电缆屏蔽线必须与外壳相连。制作时，先解开网状屏蔽，使其互不相绕，再取其部分缠成线，其余部分剪除，然后将缠成线的屏蔽套上套管，露出线头焊接至插头的金属外壳。焊锡不要过多，应保证插头护罩能够盖上。伺服驱动的I/O接口接线图COM+INHCLSRV-ONGAINDIVZEROSPDC-MODEA-CLRCCWLCWLS-RDY+S-RDY-ALM+ALM-COIN-COIN+BRKOFF+BRKOFF-TLCZSPCOM-FGPULS1PULS2SIGN1SIGN2GNDOA+OA-OB+OB-GNDCZSPR/TRQRGNDCCWTL/TRQRGNDOZ+OZ-CWTLSPMIMCNI/F4.7K分频器20K10K10K10K10K指令脉冲输入禁止计数清零伺服-ONP运行/第2增益选择指令脉冲分配选择控制方式选择报警清除CCW驱动禁止CW驱动禁止伺服准备好伺服报警位置到位机械制动释放转矩限制中零速检出PR0A选择PR09选择1K1KVDC12~24V指令脉冲输入A相脉冲输入B相脉冲输入C相脉冲输入Z相脉冲开集电极输出CCW转矩限制输入(0--+10伏)CW转矩限制输入(-10--0伏)速度监视输出转矩监视输出73330292728263231983534373639381110401241124356132122484923242519141516171843424647图3CN1/F位置控制接线图华中数控松下伺服驱动器I/F速度控制接线图华中数控松下伺服驱动器I/F位置控制接线图华中数控三洋伺服系统与数控系统连接图华中数控五、与伺服调节有关的参数①设定位置环调节器的比例增益。②设置值越大，增益越高，刚度越大，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调。③参数数值由具体的伺服系统型号和负载情况确定。华中数控位置比例增益①设定位置环的前馈增益。②设定值越大时，表示在任何频率的指令脉冲下，位置滞后量越小③位置环的前馈增益大，控制系统的高速响应特性提高，但会使系统的位置不稳定，容易产生振荡。④不需要很高的响应特性时，本参数通常设为0表示范围：0~100%华中数控位置前馈增益①设定速度调节器的比例增益。②设置值越大，增益越高，刚度越大。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载值情况确定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。③在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较大的值。华中数控速度比例增益①设定速度调节器的积分时间常数。④设置值越小，积分速度越快。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。②在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较小的值。华中数控速度积分时间常数①设定速度反馈低通滤波器特性。②数值越大，截止频率越低，电机产生的噪音越小。如果负载惯量很大，可以适当减小设定值。数值太大，造成响应变慢，可能会引起振荡。③数值越小，截止频率越高，速度反馈响应越快。如果需要较高的速度响应，可以适当减小设定值。华中数控速度反馈滤波因子①设置伺服电机的内部转矩限制值。②设置值是额定转矩的百分比，③任何时候，这个限制都有效华中数控最大输出转矩设置①设定位置控制方式下定位完成脉冲范围。②本参数提供了位置控制方式下驱动器判断是否完成定位的依据，当位置偏差计数器内的剩余脉冲数小于或等于本参数设定值时，驱动器认为定位已完成，到位开关信号为ON，否则为OFF。③在位置控制方式时，输出位置定位完成信号，华中数控定位完成范围①设置到达速度②在非位置控制方式下，如果电机速度超过本设定值，则速度到达开关信号为ON，否则为OFF。③在位置控制方式下，不用此参数。④与旋转方向无关。①设置值是表示电机从0~2000r/min的加速时间或从2000~0r/min的减速时间。②加减速特性是线性的。华中数控加减速时间常数到达速度范围设定伺服电机的磁极对数；1：电机的磁极对数为1；2：电机的磁极对数为2；3：电机的磁极对数为3；4：电机的磁极对数为4；华中数控伺服电机的磁极对数设定伺服电机的光电编码器线数；0：编码器分辨率1024Pusle/r；1：编码器分辨率2000Pusle/r；2：编码器分辨率2500Pusle/r；3：编码器分辨率5000Pusle/r；华中数控编码器分辨率①设置位置指令脉冲的输入形式。②通过参数设定为3种输入方式之一；0：两相正交脉冲输入；1：脉冲+方向；2：C