技术培训：伺服系统及实例应用1130

KISEKI伺服系统及实例应用欧阳建清2015.11.25目录一、伺服系统定义二、伺服系统组成三、伺服系统要求及分类四、伺服系统的实例应用3奇赛其自动化©伺服系统定义以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。伺服系统（FeedServoSystem）4奇赛其自动化©位置指令位置控制调节器速度控制调节器速度检测位置控制速度控制+—--电机机械传动机构实际位置反馈实际速度反馈功率驱动位置检测—+伺服系统伺服系统组成伺服系统组成1.组成：伺服系统主要由以下几个部分组成：位置控制单元；速度控制单元；驱动元件(电机)；检测与反馈单元；机械执行部件。5奇赛其自动化©伺服系统伺服系统要求1.调速范围要宽且要有良好的稳定性（在调速范围内）调速范围：RN=Fmax/Fmin一般要求：RN＞1000，且0.1mm/min≤Fmin＜1mm/min稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。2.位置精度高实际位移与指令位移的差值要小。位置精度一般为0.01～0.001mm，甚至可高至0.1μm。3.稳定性好即负载特性要硬，当负载发生变化或承受外界干扰的情况下，输出速度应基本不变，而且保持平稳均匀。4.动态响应快即有高的灵敏度，达到最大稳态速度的时间要短，一般要求在200～100ms，甚至小于几十毫秒。动态响应的快慢，反映了系统跟踪精度的高低，直接影响轮廓加工精度的高低和加工表面质量的好坏。6奇赛其自动化©位置检测装置将检测到的移动部件的实际位移量进行位置反馈，与位置指令信号进行比较，将两者的差值进行位置调节，变换成速度控制信号，控制驱动装置驱动伺服电动机以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到指令位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。伺服系统伺服系统组成基本工作原理7奇赛其自动化©伺服系统伺服系统分类伺服系统是一个位置随动系统，按有无位置检测和反馈有以下三种：开环伺服系统半闭环伺服系统闭环伺服系统8奇赛其自动化©步进电机步进驱动装置控制器脉冲串方向脉冲相电压伺服系统开环伺服系统开环伺服系统组成信号单向流动，没有反馈。优点：结构简单，调试简单。缺点：位置精度较低，抗干扰能力差，对环境和元件的要求严格。9奇赛其自动化©位置控制调节器速度控制调节器信号处理+—实际位置反馈实际速度反馈功率驱动—+编码器伺服电机位置指令伺服系统半闭环伺服系统半闭环伺服系统组成10奇赛其自动化©位置指令位置控制调节器速度控制调节器速度检测+—实际位置反馈实际速度反馈功率驱动位置检测—+伺服电机测速发电机或编码器伺服系统闭环伺服系统全闭环伺服系统组成11奇赛其自动化©将检测装置装在移动部件上，直接测量移动部件的实际位移来进行位置反馈的进给系统称为闭环伺服系统。优点：抗干扰能力强，稳定可靠，精度较高。缺点：结构复杂，设计和调试技术复杂。伺服系统闭环伺服系统闭环伺服系统特征全闭环伺服系统可以消除机械传动机构的全部误差，而半闭环伺服系统只能补偿部分误差，因此，半闭环伺服系统的精度比闭环系统的精度要低一些。12奇赛其自动化©伺服系统全数字式伺服系统在全数字式伺服系统中，控制器直接将位置指令以数字信号的形式传送给伺服驱动装置，伺服驱动装置本身具有位置和速度控制功能。控制器与伺服驱动装置之间通过总线相互传递如下信息：位置指令和实际位置速度指令和实际速度转矩指令和实际转矩伺服系统及伺服电机参数伺服状态和报警全数字式伺服系统13奇赛其自动化©CNC第n轴伺服单元第1轴伺服单元…………SMPC总线总线SMPC控制器第n轴伺服单元第1轴伺服单元…………SMPC总线总线SMPC伺服系统全数字式伺服系统全数字式伺服系统组成14奇赛其自动化©伺服系统全数字式伺服系统组成总线型15奇赛其自动化©伺服系统全数字式伺服系统全数字式伺服系统特点1.系统的位置、速度和电流环节的调整由软件实现。2.具有较高的动、静态特性。在检测灵敏度、温度漂移、噪声及抗干扰等方面都优于模拟式伺服系统。3.引入前馈控制，构成了具有反馈和前馈复合控制的系统结构。4.由于全数字式伺服系统采用总线通信方式，极大地减小了连接电缆，便于设备安装和维护，提高了系统可靠性，同时通过显示终端实时监控伺服状态。16奇赛其自动化©当前，全数字式交流伺服系统在机电一体化设备驱动中得到了广泛应用。全数字式交流伺服可作速度、转矩和位置控制，接受指令脉冲或模拟电压指令信号，并自带位置环，具有丰富的自诊断、报警功能。各控制参数通过以下方法用数字方式设定：通过驱动装置上的显示器和按键进行设定通过驱动装置上的通信接口与上位机通信进行设定通过可分离式编程器和驱动装置上的接口进行设定伺服系统全数字式伺服系统17奇赛其自动化©伺服系统全数字式伺服系统控制器总线驱动装置显示设定窗口编码器信号线三相电源进线伺服电机三相电源18奇赛其自动化©控制器功率执行装置电机及拖动对象信号处理传感器+-指令发生电机部分：交流永磁电机功率变换部分：可控整流、直流斩波、逆变等控制器部分：PID控制、自适应控制、模糊控制、智能控制、矢量控制、直接转矩控制等二、交流伺服系统的组成19奇赛其自动化©CNC装置伺服驱动X-Y运动平台指令电流位置/速度反馈插补算法位置控制位置控制速度控制电流控制位置/速度反馈电流二、交流伺服系统的组成20奇赛其自动化©1.5伺服电动机典型生产厂家伺服产品——伺服电机及驱动器德国西门子，产品外形有：伺服电机伺服电机驱动器21奇赛其自动化©美国科尔摩根，产品外形有：伺服电机伺服电机驱动器1.5伺服电动机典型生产厂家伺服产品——伺服电机及驱动器22奇赛其自动化©日本松下及安川，产品外形有：松下交流伺服电机及驱动器安川伺服电机驱动器1.5伺服电动机典型生产厂家伺服产品——伺服电机及驱动器23奇赛其自动化©5.2伺服电机驱动器1、主要功能（1）根据给定信号输出与此成正比的控制电压UC；（2）接收编码器的速度和位置信号；（3）I/O信号接口24奇赛其自动化©5.2伺服电机驱动器数码显示窗口参数设置键计算机RS232口I/O信号接口编码器信号接口电机电源输入输出接线端子2、外部接口25奇赛其自动化©5.2伺服电机驱动器3、控制模式（1）位置控制模式——最大输入脉冲频率500KPPS（微分接收器）和200KPPS（用于开路收集器）（2）速度控制模式——模拟速度指令输入：0～±10V/额定转速（3）力矩控制模式——模拟力矩指令输入：0～±10V/最大力矩26奇赛其自动化©编码器部分安装在电机后端，其转盘（光栅）与电机同轴。5V5V0V0V伺服电机控制精度取决于编码器精度。5.1伺服电机编码器编码器伺服产品——伺服电机及驱动器27奇赛其自动化©绝对值和增量编码器的区别增量编码器绝对值编码器传送在一转中每一步的唯一的位置信息位置信息一直可用,即使在掉电或电源出现故障时一般应用于角度测量及往复运动一般用来测试速度与方向也可以用角度测量，但在掉电或电源出现故障时位置信息丢失伺服产品——伺服电机及驱动器28奇赛其自动化©增量编码器–显示速度与旋转方向–显示角度位置(脉冲累计)–角度测量时，如果电源出现故障,所有的位置信息丢失–分辨率通过每转多少脉冲表示29奇赛其自动化©绝对值编码器–应用于角度测量及往复运动的测量–在0…360°的每一个角度位置传输一个唯一的信号(单圈)–在测量的圈数中，每一圈，每一个位置都有唯一的信号（多圈）–即使在掉电或者电源出现故障时,位置信息一直可用.不必复零!–码盘材质一般为玻璃或高分子材料！30奇赛其自动化©305.3伺服电机31奇赛其自动化©5.3交流伺服系统应用图2-2交流伺服电机系统接线示意图交流伺服电机驱动器连接AC220VI/O板5.3.1交流伺服系统结构32奇赛其自动化©PC机运动控制器I/O电路驱动器电机Pulse0/1P9-0/2CNSIG控制电压编码器反馈信号轴号0/1数据信号使能信号DO21/22速度信号DAC0/15.3交流伺服电机系统应用5.3.1交流伺服系统结构33奇赛其自动化©1、启动软件2、进入TEST功能，使用JOG模式调试系统3、正反转试运行2、使用计算机设置调试伺服系统34奇赛其自动化©1、设置参数方法一联接计算机使用软件设置方法二直接在驱动器面板按钮设置5.3.2交流伺服电机系统使用35奇赛其自动化©四、伺服系统实例分析•1、系统的组成•飞剪系统包括电气控制和机械结构两部分组成，其中电气控制部分包括：人机界面、PLC、运动控制器、互连模块、交流伺服驱动系统、测长轮编码器、限位开关等；机械部分包括工作台、丝杠、切刀、液压缸和测长轮等。实例1：型材飞剪系统36奇赛其自动化©四、伺服系统实例分析•1、系统的组成•S1、S2、S3为接近开关，负责切刀的上下限位和工作台的返回零位；S4、S5、S6为滚轮式行程开关，负责工作台的终端停车及超行程保护。实例1：型材飞剪系统37奇赛其自动化©四、伺服系统实例分析•1、系统的组成•人机界面，设有手动运行、自动运行、参数设定、故障诊断等画面，具有控制系统的启动、停车、长度设定、产量设定、故障报警等功能。实例1：型材飞剪系统38奇赛其自动化©四、伺服系统实例分析•2、系统的工作过程•带材首先通过辊压机组冷弯成需要的型材，然后通过飞剪机构剪切成一段段符合预先设定长度的型材。伺服电机通过丝杠拖动工作台往复运动，由液压缸带动刀具完成冲切任务，其运行过程如下：实例1：型材飞剪系统39奇赛其自动化©四、伺服系统实例分析•1、系统的工作过程•(1)型材以恒速向前移动，由测长轮测定型材长度，当达到预定值时，单轴运动控制器启动伺服电机，工作台开始移动。实例1：型材飞剪系统40奇赛其自动化©四、伺服系统实例分析•2、系统的工作过程•(2)当工作台的前进速度与型材的移动速度达到同步时，互连模块输出同步剪切信号，PLC检测到该信号后，启动液压缸动作，刀具开始冲切，当接近开关S2检测到冲切到位信号时，刀具抬起。实例1：型材飞剪系统41奇赛其自动化©四、伺服系统实例分析•2、系统的工作过程•(3)工作台继续移动，当刀具返回到初始位置时，接近开关Sl有信号输出，单轴运动控制器控制伺服电机反转，工作台高速返回。实例1：型材飞剪系统42奇赛其自动化©四、伺服系统实例分析•2、系统的工作过程•(4)工作台返回到接近开关S3位置时，工作台停止，根据切割的根数，决定继续运行还是停车。•(5)工作台的单循环时间由型材的移动速度和型材剪切长度确定。实例1：型材飞剪系统43奇赛其自动化©四、伺服系统实例分析•1、系统的组成•(1)转盘由安川伺服驱动器和伺服电机。•(2)工位检测由5圈编码盘完成。实例2：32工位转盘定位系统•2、系统的运行请看视频。44奇赛其自动化©实例3：张力控制45奇赛其自动化©谢谢观看！浙江奇赛其自动化科技有限公司KISEKIAuto.(Zhejiang)Co.,LTD创造奇迹