自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試：6.3伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器

6.3伺服電機(jī)及伺服放大器6.3.1永磁交流伺服系統(tǒng)概述現(xiàn)代高性能的伺服系統(tǒng)，大多數(shù)采用永磁交流伺服系統(tǒng)，其中包括永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)和全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)器兩部分。伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永久磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U、V、W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。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)矩和電流控圖6-17系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、絡(luò)化和智能化。件普遍以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)功率器采用動(dòng)電路,同時(shí)具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護(hù)電路,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過程對驅(qū)動(dòng)器的沖擊。功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過整流電路對輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。逆變部分（DC-AC）采用功率器件集成驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路和功率開關(guān)于一體的智能功率模塊（IPM），主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是采用了三相橋式電路，原理圖見圖6-18。利用了脈寬調(diào)制技術(shù)即PWM，（PulseWidthModulation）通過改變功率晶體管交替導(dǎo)通的時(shí)間來改變逆變器輸出波形的頻率,改變每半周期內(nèi)晶體管的通斷時(shí)間比,也就是說通過改變脈沖寬度來改變逆變器輸出電壓副值的大小以達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的。圖6-16和圖6-18說明如下兩點(diǎn)：⑴伺服驅(qū)動(dòng)器輸出到伺服電機(jī)的三相電壓波形基本是正弦波（高次諧波被繞組電感濾除），而不是象步進(jìn)電機(jī)那樣是三相脈沖序列，即使從位置控制器輸入的是脈沖信號。⑵伺服系統(tǒng)用作定位控制時(shí)，位置指令輸入到位置控制器，速度控制器輸入端前面的電子開關(guān)切換到位置控制子開關(guān)切換到速度控制閉環(huán)控制系統(tǒng)，兩個(gè)內(nèi)環(huán)分別是電流結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。在，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差接近為零。這就是說，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，伺服電機(jī)以指令脈反饋脈沖近似相等時(shí)的速度運(yùn)行。反之，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)前，系統(tǒng)將在偏差信號作用下驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速或減速。若指令脈沖突然消失（例如緊急停車時(shí)，PLC立即停止向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出驅(qū)動(dòng)脈沖），伺服電機(jī)仍會(huì)運(yùn)行到反饋脈沖數(shù)等于指令脈沖消失前的脈沖數(shù)才停止。位置控制模式下，等效的單閉環(huán)系統(tǒng)方框圖如圖6-19所示。閉環(huán)位置控制系統(tǒng)方框圖圖中，指令脈沖信號和電機(jī)編碼器反饋脈沖信號進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器后，均通過電子齒輪變換才進(jìn)行偏差計(jì)算。電子齒輪實(shí)際是一個(gè)分-倍頻器，合理搭配它們的分-倍頻值，可以靈活地設(shè)置指令脈沖的行程。例如YL-335B所使用的松下MINASA4系列AC伺服電機(jī)?驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)編碼器反饋脈沖為2500pulse/rev。在缺省情況下，驅(qū)動(dòng)器反饋脈沖電子齒輪分-倍頻值為4倍頻。如果希望指令脈沖為6000pulse/rev，那末就應(yīng)把指令脈沖電子齒輪的分值設(shè)置為10000/6000。從而實(shí)現(xiàn)PLC每輸出6000個(gè)脈沖，伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手恰好移動(dòng)60mm的整數(shù)倍關(guān)系。具體設(shè)置方法將在下一節(jié)說明。驅(qū)動(dòng)器在YL-335B的輸送單元上中，采用了松下MHMD022G1U永磁同步交流伺服MADHT1506E全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)裝置作為運(yùn)輸機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制裝1、MHMD022G1U的含義MHMD表示電機(jī)類型為大慣量，02表示電機(jī)的額定功率為200W，2表示電壓規(guī)格為編碼器，脈沖數(shù)為20位，分辨率1048566，輸出信號線數(shù)為5MADHT1506E的含義：MADH表示松下A5系列A型驅(qū)動(dòng)器，T1表示最大額定電流為10A，5表示電源電壓規(guī)格為單相/三相200V，06表示電流監(jiān)測器額定電流為6.5A。驅(qū)動(dòng)器的外觀和面板如圖6-21所示。圖6-21伺服驅(qū)動(dòng)器的面板圖2、接線MADHT1506E伺服驅(qū)動(dòng)器面板上有多個(gè)接線端口，其中：到L1、L3主電源端子，同XA：電源輸入接口，AC220V電源連接時(shí)連接到控制電X6：連接到電機(jī)編碼器信號接口，連接電纜應(yīng)選用帶有屏蔽層的雙絞電纜，屏蔽層應(yīng)接到電機(jī)側(cè)的接地端子上，并且應(yīng)確保將編碼器電纜屏蔽層連接到插頭的外殼（FG）上。X4：I/O控制信號端口，其部分引腳信號定義與選擇的控制模式有關(guān)，不同模式下的接線請參考《松下A5系列伺服電機(jī)手冊》。YL-335B輸送單元中，伺服電機(jī)用于定位控制，選用位置控制模式。所采用的是簡化接線方式，如圖6-22所示。圖6-22伺服驅(qū)動(dòng)器電氣接線圖3、伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置與調(diào)整松下的伺服驅(qū)動(dòng)器有七種控制運(yùn)行方式，即位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、位置/速度控制、位置/轉(zhuǎn)矩、速度/轉(zhuǎn)矩、全閉環(huán)控制。位置方式就是輸入脈沖串來使電機(jī)定位運(yùn)行，電機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖串頻率相關(guān)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與脈沖個(gè)數(shù)相關(guān)；速度方式有兩種，一是通過輸入直流-10V至—+10V指令電壓調(diào)速，二是選用驅(qū)動(dòng)器內(nèi)設(shè)置的內(nèi)部速度來調(diào)速；轉(zhuǎn)矩方式是通過輸入直流-10V至—+10V指令電壓調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，這種方式下運(yùn)行必須要進(jìn)行速度限制，有如下兩種方法：1）設(shè)置驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的參數(shù)來限制，2）輸入模擬量電壓限速。4、參數(shù)設(shè)置方式操作說明MADHT1506E伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)共有218個(gè)，Pr000-Pr639，可以在驅(qū)動(dòng)器上的面板上進(jìn)行設(shè)置,各個(gè)按鈕的說明如表6-3。面板操作說明：1．參數(shù)設(shè)置，先按“Set”鍵，再按“Mode”鍵選擇到“Pr00”后，按左的方向鍵選擇通用參數(shù)的向上、下或向左的方向鍵調(diào)整調(diào)整完后，長按“S”鍵返回。選擇其它項(xiàng)再調(diào)整。2．參數(shù)保存，按“M”鍵選擇到“EE-SET”后按“Set”鍵確認(rèn)，出現(xiàn)“EEP-”，然后按向上、下或向項(xiàng)目，按“Set”鍵進(jìn)入。然后按參數(shù)，3秒鐘，出現(xiàn)3、部分參數(shù)說明在YL-335B上，伺服驅(qū)動(dòng)裝置工作于位置控制模式，S6-226的Q0.0輸出驅(qū)動(dòng)器的位置指令，機(jī)械手