サーボ基礎中文課件

動作控制伺服驅動基礎課程1１

伺服要點的復習

１.1

伺服的定義和構成要素１.2伺服驅動的構成１.3

伺服的性能評價目標:在學習Σ-Ⅱ相關知識前，首先復習伺服的基礎知識。

2

1.1伺服的定義和構成要素

伺服的定義

伺服的構成要素正確的伺服構成以及伺服機械原理都是優(yōu)良自動控制的一部分。JIS就是物體的位置、方位、姿勢等的控制量。目標值的任意變化構成了控制系統(tǒng)。反饋回路（半閉式）目標值發(fā)生裝置伺服驅動機械速度／位置輸出全閉位置環(huán)檢出器伺服電機3－－－＋＋1.2.1控制部的構成速度控制部編碼器位置反饋＋電流反饋電流控制部位置控制部位置→速度變換速度反饋速度環(huán)位置環(huán)電流環(huán)位置指令電機環(huán)路是由位置控制部、速度控制部、電流控制部發(fā)出的指令→控制部→輸出→指令反饋所形成的閉合回路。電流回路在伺服器內閉合，位置回路、速度回路向伺服驅動外輸出。5?數(shù)字伺服的位置決定指令輸入信號是脈沖列。位置決定量是脈沖數(shù)，位置決定速度是單位時間（秒）的脈沖量。（ＰＰＳ：Ｐｕｌｓｅ／Ｓｅｃｏｎｄ）?輸入的脈沖量與反饋的脈沖數(shù)量相一致時，這才完成了位置決定這一構成。?在位置控制部中，因為有輸入脈沖的加算、反饋脈沖的減算，所以有一個計數(shù)器。

（也稱偏差計數(shù)器）1.2.2

位置控制部的構成61.2.3

速度控制部的構成速度控制部的構成和積分器的運作無積分器的話，必定有一個克服負荷摩擦的轉矩，必然存在指令值與當前值的差，所以速度會達不到指令值。多早去追上指令，這個時間可通過伺服器內部的時參數(shù)來設定，這個值依存于機械的剛性。時參數(shù)請參照后頁設定方法、剛性等后述象這樣比例控制（Proportional）和積分控制（Integral）的組合就稱為PI控制。像始動時那樣,盡可能使應答遲緩減小的情況時,PI-I單純作為比例增幅器運作。在正常運行時,由于外亂轉矩等,PI-I作為積分器運作.可對速度偏差進行積分,實行修正控制.7ＸＹｉＫｉＹｉ＝Ｋｉ?∫ＸｄｔｔｔＹｉｘｙ1.2.5

積分動作（Ｉ動作）Ｘ?偏差變小、負荷動作越困難偏差微量存在，這個量就稱為殘留偏差（偏移）。?即使是小偏差,也可以積累成大的操作量。直到偏差成為0，負荷才可以運作。T=0T=09ＸＹＰ－ｉＫＰＹｐ-i＝Ｋｐ?（Ｘ＋１／Ｔｒ?∫Ｘｄｔ）ｔｔＹＰ－ｉ1.2.6比例積分動作（Ｐ－Ｉ動作）Ｔｒ：積分時間Ｔ=0Ｔｒ?P動作與I動作并用。?Ｔｒ越短，動作表現(xiàn)越強。T=0ｘｙ10有關電流控制的性能評價電流環(huán)增益有關速度控制的性能評價速度環(huán)增益過渡應答的速度環(huán)增益

頻率應答的環(huán)增益

速度環(huán)積分時參數(shù)有關位置控制的性能評價

位置環(huán)增益位置決定整定時間位置決定精度1.3

伺服的性能評價評價伺服的應答性（指令輸入后輸出的情況（電機如何轉動），使用回路增益這個用語。ゲイン就是GAIN，獲得和利益的意思。是輸入和輸出之比所解釋的技術術語，現(xiàn)在直接使用增益來表示。輸入A輸出B系統(tǒng)增益＝B/A111.3.2

有關速度控制的性能評價速度環(huán)增益和速度環(huán)積分時參數(shù)影響速度控制的性能。速度環(huán)增益中又包括過度應答的速度環(huán)增益和頻率應答的速度環(huán)增益。關于速度控制的性能評價A-1)過度應答的速度環(huán)增益A-2)頻率應答的速度環(huán)增益A)速度回路增益B)速度回路積分時參數(shù)13②過度應答速度環(huán)增益

輸入階梯狀的信號之后到輸出指令值到達63.2%的這一段時間稱為時參數(shù)，這個逆數(shù)稱為速度環(huán)增益。63.2％速度100％階梯狀的速度指令（輸入）實際的電機應答（輸出）速度環(huán)增益Kv＝1／Tm（単位は1／ｓ）時間（ｓ）時參數(shù)Tm（ｓ）1.3.2-A）速度環(huán)增益14

A-2）所謂的頻率應答特性速度環(huán)增益電機回轉速度伺服器電機速度指令輸入端子速度指令電壓電機回轉速度增益＝Eｏ／Ei位相遅れ＝Φ增益是（１／）＝－３ｄｂ的頻率稱為這個頻率的頻率特性ΣⅡ是４００ＨＺ1.3.2-A）速度環(huán)增益15時參數(shù)能對應機械剛性進行設定。時參數(shù)縮短，指令也一致縮短時間，如果不縮短，機械會發(fā)生振動。有必要設定適合的機械剛性。時間

→速度環(huán)增益和積分時參數(shù)之間有一定的關系.即使設定了最適的速度環(huán)增益速度時間積分時參數(shù)設定不良時1.3.2?B）

速度環(huán)積分時參數(shù)17＊位置環(huán)增益

?

位置環(huán)增益就是進行位置決定的時候速度的應答性。?

在數(shù)字伺服中，位置決定指令是以脈沖信號輸入的。

位置決定量就是脈沖量。位置決定速度就是單位時間（S）內通過的脈沖數(shù)

（ＰＰＳ：Ｐｕｌｓｅ／Ｓｅｃｏｎｄ）。?

輸入的脈沖數(shù)和反饋的脈沖數(shù)一致時，才完成了位置決定過程。?在位置控制部，輸入脈沖的加算，反饋脈沖的減算，設置計數(shù)器（也稱偏差計數(shù)器）。1.3.3

位置環(huán)增益18速度指令の大きさで回転する。位置決定動作的實例

指令單位０．００１ｍｍ在２０的距離中以１０ｍｍ／ｓ進行位置決定。位置決定脈沖數(shù)：２０，０００位置決定速度：１０，０００ＰＰＳε1.3.3

位置環(huán)增益（続き）192.1

用戶參數(shù)的定義和安裝用戶參數(shù)有兩個類型。選擇型＊由16個環(huán)節(jié)4行組成。

＊根據(jù)各行的設定，選擇機能。調整型

設定數(shù)值。用戶參數(shù)可通過∑WIN+軟件，數(shù)字操作器，面板操作器設定。

2-2212.2

用戶參數(shù)概要選擇型(Pn-000～003等)

?控制模式選擇(位置,速度,轉矩控制)?機能使用、不使用設定?報警時的伺服運作選擇?電機回轉方向的設定?I/O信號的開斷（使用）／不使用（常時ON、OFF））調整型(Pn100等)

?各種增益?位置決定單位、速度、及轉矩指令信號?點動速度?有關轉矩速度的參數(shù)?連續(xù)參數(shù)以下是SGDM(SGDH)伺服用的二個類型的參數(shù)。222.2.1選擇型用戶參數(shù)的代表例分類設定値説明電機電機回轉方向設定Pn000的0桁

0以及１0:正轉1:逆轉控制模式選擇Pn000的1桁

0～B0:速度控制1:位置控制2:轉矩控制3:內部設定速度選擇等伺服OFF時及報警發(fā)生時的停止法Pn001的0桁0?1以及2

0:以動態(tài)制動（DB）停止

1:以DB停止、在這之后DB解除2:自由運行狀態(tài)停止超程時停止選擇Pn001的1桁0?１以及20:自由運行停止１：減速停止后伺服振動2:減速停止后自由運行狀態(tài)AC/DC電源輸入選擇Pn001的2桁0以及１0:AC電源輸入1:DC電源輸入警報代碼輸出Pn001的3桁0以及１0:只在端子AOL1,AOL2,AOL3輸出警告代碼1:故障代碼、警告代碼兩方面輸出Pn000Pn00123３

伺服增益的調整3.1增益的特性確認3.2在線自動運行3.3

手動運行目標：伺服增益特性的增益。

253.1

增益特性確認1Kv=120,Kp=80Kv=120,Kp=120位置環(huán)增益的變更→整定時間變化COIN信號使用261)在線自動運行

在伺服的運行中測定負荷慣性的最大值,一定地保持以速度環(huán)增益或位置環(huán)增益為目標的機能。２)自動運行下的自動設定增益

①速度環(huán)增益Kv（Pn100）②速度環(huán)積分時參數(shù)Ti（Pn101）

③位置環(huán)增益Kp（Pn102）④轉矩指令濾波器時參數(shù)（Pn401）設定機械剛性以最初設定運轉運作ＯＫ運作ＯＫ手動調整保存結果ＪＬ變動設定常時自動運行運作ＯＫＹＥＳＮＯＮＯＹＥＳＮＯＹＥＳＮＯＹＥＳ3.2在線自動運行293.3

手動運行在手動運行不能滿足應答特性的情況、還可通過提前運行、分別地對增益一個一個地進行運行。模擬指令增益的調整指令電壓偏移最小化速度環(huán)增益的調整積分時參數(shù)的調整位置環(huán)增益的調整位置關系提前運行機能的調整僅位置控制的時候根據(jù)上位控制的指令輸出，進行增益的調整。來自上位控制的指令輸出為0的時候，電機完全停止，調整偏置。即使手動運行還不能滿足應答特性的情況,提前運行機能可適用,進行調整。積分時參數(shù)長，位置環(huán)增益小。為了得到最適應答性，調整速度環(huán)增益。直到無機械振動,將積分時參數(shù)進行縮短調整。直到無機械振動,將位置環(huán)增益進行擴大調整。30根據(jù)不同的增益,學習如何改變應答特性。Kv=40HZTi=20msTf=1msKv=85HZTi=10msTf=0.5msKv=160HZTi=6msTf=0.21ms由始動開始到達指令值指時間為8ｍｓ同5ｍｓ同3.7ｍｓ3.3

手動運行31４電機的機種和容量的選定4.1選定公式的導入4.2為選定而討論的項目

選定講習4.34.4樣本讀取的方法

再生討論4.5目標：

學習伺服電機(機種和容量)選型公式的要點。并且根據(jù)向本社用戶提供的電機選型軟件,進行選型講習和再生討論.32400030001000200024680轉矩(Nm)速度(min-1)瞬時最大轉矩（瞬時究竟是多少秒？

參照下頁的符負荷特性）連續(xù)使用最大轉矩連續(xù)使用區(qū)域反復使用區(qū)域RMS轉矩在連續(xù)使用范圍內的話、在過負荷特性容許時也可以使用（關于實效值以后敘述）安全使用區(qū)域RMS轉矩必須在這個區(qū)域里額定回轉速度（以額定速度運行的電機回轉速度）SGMAH-08A失速轉矩速度為0時的轉矩50004.1樣本的讀取1A)轉矩-回轉速度特性33B)過負荷特性通電時間(s)100010010310.7100300200電機額定電流

(%)樣本的讀取2熱啟動冷啟動熱啟動：電機在熱飽和狀態(tài)使用的情況冷啟動：電機在充分冷卻時運作的情況額定的多少倍（％）的電流、經(jīng)過幾秒流過。見右圖、冷啟動、2倍的額定電流在１０秒中流過讀取情況還是相當良好。4.1344.2

選型公式的導入1工作臺：質量ｍ（ｋｇ）移動速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）電機連軸器以及減速機（減速比１／Ｒ）NM（ｍin-１）機械效率η推力：Ｆ（Ｎ）下注摩擦系數(shù)μ滾珠絲杠：長度ＬＢ（ｍ）

導程ＰＢ（ｍ）

直徑ＤＢ（ｍ）密度ρ（ｋｇ／ｍ３）得根據(jù)ＰＢ和ｖ的關系（４－１）由35工作臺：質量ｍ（ｋｇ）移動速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）電機連軸器以及減速機（減速比１／Ｒ）NM（ｍin-１）機械效率η推力：Ｆ（Ｎ）下注摩擦系數(shù)μ滾珠絲杠：長度ＬＢ（ｍ）

導程ＰＢ（ｍ）直徑ＤＢ（ｍ）密度ρ（ｋｇ／ｍ３）＊電機（回轉速度：NＭ（min-１））輸出的η倍就成為工作臺運行的動力。這個時候電機轉矩TＬＴω＝Ｆｖ得＊另如果有那么下式也成立。注：所謂推力，就是金屬加工時與切削力反作用的力，它是外力施與工作臺的一個很重要的力。只是工作臺移動的情況時F=0。4.2

選型公式的導入2（４－２）（４－３）由36＊電機（回轉速度：NＭ（min-１））考慮到回轉運動能可換算改變成直線運動能、電機軸換算工作臺慣性力矩JＬ１（kg?ｍ２）可由下式導出。得以及4.2

選定公式導入3（４－４）（４－５）由37（ａ）滾軸絲杠的慣性力矩JＢ與質量ＭＢ知曉的話，就導出下式。（ｂ）質量ＭＢ不知曉的話，明白才智的密度就可導出下式。體積4.2

選型公式導入4（４－６）（４－７）38＊電機（回転速度：NＭ（min-１））的回轉能量可以看作滾軸絲杠的回轉能量、電機軸換算的滾軸絲杠的慣性力矩JＬ3

（kg?ｍ２）可由下式導出。另的話，可得（ｃ）滾軸絲杠的電機軸換算慣性力矩根據(jù)＊電機軸換算全負荷慣性力矩ＪＬ連軸器以及減速機的慣性力矩ＪＬ２、ＪＬ注：一般來說，由電機軸來看減速機的慣性力矩是減速機廠家定好的。不能給與連軸器的慣性力矩的，就用質量、直徑以及材質の密度直徑以及厚薄，利用公式算出滾軸絲杠的慣性力矩。4.2選定公式導入5得到39＊給與機械所要求的始動時間、制動時間，但究竟要給多少的始動轉矩、制動轉矩，由下式可以求得。NM始動時間ta回転速度min-1

時間ｓ角加速度ωαωα＝（２π/６０）N／ta始動時間tｄ①始動トルク（Tp（N?ｍ））＊根據(jù)回轉運動的基本公式T=Jωα、

電機的慣性力矩JM、電機軸換算的全負荷慣性力矩JL、所要始動轉矩Tｐ、電機軸換算負荷轉矩TL（Tｐ－TL）是對加速有益的轉矩下式成立。得4.2

選型公式的導入6（４－８）由40＊制動時,負荷轉矩有下式的關系成立。②制動轉矩（Tｓ（N?ｍ））注：

這個式子的成立條件,電機產(chǎn)生的轉矩(電流)飽和并且電機回轉速度接近額定速度?；剞D速度低的時候的始動時間隨著應答性是由增益決定的.得NM始動時間ta回轉速度min-1

時間ｓ角加速度ωαωα＝（２π/６０）N／ta制動時間tｄ4.2

選定公式導入7（４－９）由414.3為選定所討論的項目實效值這個電流Ｉ稱為電流i1(t1）i2(t2)

i

3(t3)的實效值。1電阻RΩｔ1

ｔ（t1+t2+t3+t4）ｔ3ｔ4t２i1-i3ｉ２電阻R的電流器如下圖與電流流過時的發(fā)熱量相同,直流電I與發(fā)熱量Q的關系:Q＝ｉ１２Ｒｔ１＋ｉ２２Ｒｔ２＋（－ｉ３）２Ｒｔ３＝Ｉ２Ｒｔ在伺服器的情況下,轉矩與電流成正比關系,轉矩的實效值與電流實效值計算方法相同,這個值在額定轉矩以下的話,電機就會產(chǎn)生熱量。424.4

選定講習工作臺：質量ｍ（ｋｇ）移動速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）電機連軸器以及減速機（減速比１／Ｒ）NM（ｍin-１）機械效率η推力：Ｆ（Ｎ）摩擦系數(shù)μ滾珠絲杠：長度ＬＢ（ｍ）

導程ＰＢ（ｍ）

直徑ＤＢ（ｍ）密度ρ（ｋｇ／ｍ３）根據(jù)左圖的機械例,想定具體的值,進行電機選定的講習。?工作臺質量

m：50（kg）?工作臺移動所要求的推力

F：2（Ｎ）?工作臺臺面的摩擦系數(shù)μ：0.2?機械效率η：0.9?工作臺移動速度ｖ：12（m/min）?滾軸絲杠導程PB：6（mm）?滾軸絲杠長度LB：１（m）?滾軸絲杠直徑DB：25（mm）?滾軸絲杠材質密度ρ：7.87（ｋｇ／ｍ３）?減速比１/R：1/2

（滾軸絲杠回轉速度／電機回轉速度）?連軸器以及ＪL２：0.45（kg?cm２）

減速機慣性力矩?1轉所行走的距離L：５0（mm）?１轉所需要的時間ｔ：1.0（ｓ）?５ｍｍ位置決定時間ｔｍ：0.3（ｓ）?停止時間ｔｅ：0.7（ｓ）43(a)速度線圖4.4

選定講習１回轉速度min-1

始動時間ta時間ｓ制動時間tａ位置決定時間tｂ＝0.3休止時間te＝0.7下一個回轉正常運行速度運行距離５０ｍｍNM機械性能如下圖速度曲線所示。(b)電機所要的回轉速度NM（min-1）電機的回轉速度在4,000min-1、就應該選擇最高回転速度在4,000min-1以上的機種。這里選擇的是ＳＧＭＡＨ系列?；蛘呤褂贸^額定速度、連續(xù)轉矩比額定轉矩小的電機。根據(jù)（４－１）式44(c)正常運行轉矩ＴL（N?m）利用工作臺的電機軸換算負荷轉矩ＴLは（４－２）式求得。即使是使用（４－３）式,結果相同。4