自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試：6.3伺服電機及驅(qū)動器

6.3伺服電機及伺服放大器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機和全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動器兩部分。伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永久磁鐵，驅(qū)動器控制的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，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機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)動器主要有伺服控制單元、功率驅(qū)動單元、通訊接口單元、伺服電動機及相應(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)動器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，其優(yōu)點是可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實現(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)計的驅(qū)動電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)功率器采用動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主回路中還加入軟啟動電路,以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。功率驅(qū)動單元首先通過整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，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)動三相永磁式同步交流伺服電機。逆變部分（DC-AC）采用功率器件集成驅(qū)動電路，保護電路和功率開關(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到調(diào)節(jié)功率的目的。圖6-16和圖6-18說明如下兩點：⑴伺服驅(qū)動器輸出到伺服電機的三相電壓波形基本是正弦波（高次諧波被繞組電感濾除），而不是象步進電機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，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，伺服電機以指令脈反饋脈沖近似相等時的速度運行。反之，在達到穩(wěn)態(tài)前，系統(tǒng)將在偏差信號作用下驅(qū)動電機加速或減速。若指令脈沖突然消失（例如緊急停車時，PLC立即停止向伺服驅(qū)動器發(fā)出驅(qū)動脈沖），伺服電機仍會運行到反饋脈沖數(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編碼器反饋脈沖信號進入驅(qū)動器后，均通過電子齒輪變換才進行偏差計算。電子齒輪實際是一個分-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?驅(qū)動器，電機編碼器反饋脈沖為2500pulse/rev。在缺省情況下，驅(qū)動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。從而實現(xiàn)PLC每輸出6000個脈沖，伺服電機旋轉(zhuǎn)一周，驅(qū)動機械手恰好移動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)動裝置作為運輸機械手的運動控制裝1、MHMD022G1U的含義MHMD表示電機類型為大慣量，02表示電機的額定功率為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)動器的外觀和面板如圖6-21所示。圖6-21伺服驅(qū)動器的面板圖2、接線MADHT1506E伺服驅(qū)動器面板上有多個接線端口，其中：到L1、L3主電源端子，同XA：電源輸入接口，AC220V電源連接時連接到控制電X6：連接到電機編碼器信號接口，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系列伺服電機手冊》。YL-335B輸送單元中，伺服電機用于定位控制，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)動器電氣接線圖3、伺服驅(qū)動器的參數(shù)設(shè)置與調(diào)整松下的伺服驅(qū)動器有七種控制運行方式，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定位運行，電機轉(zhuǎn)速與脈沖串頻率相關(guān)，電機轉(zhuǎn)動的角度與脈沖個數(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)電機的輸出轉(zhuǎn)矩，這種方式下運行必須要進行速度限制，有如下兩種方法：1）設(shè)置驅(qū)動器內(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)動器的參數(shù)共有218個，Pr000-Pr639，可以在驅(qū)動器上的面板上進行設(shè)置,各個按鈕的說明如表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、下或向項目，按“Set”鍵進入。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)動裝置工作于位置控制模式，S6-226的Q0.0輸出驅(qū)動器的位置指令，機械手