伺服控制器原理與應用

同

服

控

制

器

原

理

及

應

用●一

、

概

述●二、BGC-6811

型

伺

服

控

制

器●三

、ZETA

型

伺

服

控

制

器既

述●

伺

服

控

制

器

是

用

來

控

制

伺

服馬

達

或

伺

服

執(zhí)

行

器的一種器

件，

一

般

是

通

過

位

置、

速

度

和

力

矩

三

種

方式

對

伺

服

執(zhí)行

器

進

行

控

制，

實現(xiàn)

高

精

度的

傳

動系統(tǒng)定位。從結(jié)構(gòu)上看，伺服電機的伺服控制器和

變

頻

器差

不多，

但

對

元

器

件的

要

求

精

度

和

可

靠

性更高。

目前主流的伺服控制器均采用數(shù)字信號處理

器

(

DSP)作為控制核心，可以實現(xiàn)比較復雜的

控制

算

法，

實現(xiàn)

數(shù)

字

化、

網(wǎng)

絡

化

和

智能

化

。寺

點●

伺

服

控

制

器功

率

器

件

普

遍

采

用以智

能

功

率

模

塊

(

IPM)

為核心設計的驅(qū)動電路，IPM內(nèi)部集成了驅(qū)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

。●

伺

服

控

制

器也

是

伺

服

系

統(tǒng)的

核

心，

它

的

精

度決定了

伺

服

控

制系

統(tǒng)的

整

體

精

度

。電

機

伺

服

控

制

原

理●功率

驅(qū)

動

單

元

首

先

通

過

三

相

全

橋

整

流電路

對

輸

入

的三相電或者市電進行整流，

得到相應的直流電。

經(jīng)過整流好的三相電或市電，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。功

率驅(qū)

動

單

元的

整

個

過

程

可以簡單

的說就是AC-DC-AC

的過程

。整流單元

(AC-DC)主要的拓

撲電路

是

三

相

全

橋

不

控

整

流電

路

?！褚虼?，

伺服控制

器具

有

控

制

器

具

有

量

程

可

調(diào)范圍

寬、響

應

及時

、

跟

蹤

準

確

、

工

作

穩(wěn)

定

等

突出

優(yōu)

點

，

在精密控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，

下面我以TRT所用到的BGC-6811

和ZETA兩種伺服控制器進行介

紹。BGC-6811

型

伺

服

控

制

號

器●

BGCD-6811型伺服控制器主要適用于TRT

壓差發(fā)電

閥門控制、軸流壓縮機靜葉角度控制以及其它相關

的電液執(zhí)行機構(gòu)的伺服控制。該控制器采用大規(guī)模

集成電路作為

核

心

技

術(shù)，使

時

漂

和

溫

漂

性能

有

很

大

改善，同時具有使用方便、靈活，

可靠性高等特點。

控制器使用了完全集成的混合信號系統(tǒng)級MCU

芯片

的顯示控制，可通過控制器前面板的液晶顯示板顯示其工作參數(shù)及工作狀態(tài)，

使調(diào)試和糾錯工作更加簡便?？刂?/p>

器

接

收

指

令

信

號

及

反

饋

信

號

經(jīng)

過

運

算

及

功率放大后送出控制信號控制伺服閥，

同時提供指令信號丟失、反饋信號丟失報警功能及4～20mA

閥

位指示信號?！?/p>

本

控

制

器

為

三

通

道

伺

服

控

制

器，

內(nèi)

含

三

套

相

互

關

聯(lián)

、又可獨立工作的控制器，

可同時控制三個電液伺服系

統(tǒng)。BGC

D-6811

型

伺

服

控

制

器

外

形DGC-6811伺服控制器前面板共六

塊，每二塊組成一

個

控

制

器

通

道，

其中左側(cè)的為顯示

器面板，右側(cè)

為

控

制

板

面

板。顯示

器

面

板下

方有一個黑

色

開

關，

是該通道控制器的電源

開關，

打開相應的開關其對應的通道即可進

入工作狀態(tài)，

顯示器面板上方的方形透明窗

口即為液晶顯示板，

為用戶提供工作參數(shù)顯

示?？刂瓢迕?/p>

板

上

裝

有

本

地

控

制

旋

鈕、本

地

/遠

程

切

換

開

關

和

控

制

器

參

數(shù)

調(diào)

節(jié)電位

器

。理解●控制器內(nèi)部采用插拔結(jié)構(gòu)，

每個通道由一塊母線板和

插在它上面的2

塊

功能

板

組

成，

從左往右依次位：通

道

一的數(shù)字板、控制板，通道二的數(shù)字板、控制板，

通

道三的數(shù)字板、控制板，

其中每個通道的數(shù)字板隱藏

在顯示器面板后，控制板可在外面看到。它們的功能

如

下：●

控

制

板

(

CONTROL)

:控制器

的核

心

，是

實

現(xiàn)

伺

服

控制的關鍵部件，

它的工作點一旦調(diào)好后，用戶切勿

再動，

否則，

可能會使系統(tǒng)失控?！駭?shù)字板：提供報警信號及系統(tǒng)主要工作參數(shù)顯示。4～20mA4～20mABGC

D-6811伺

服

控

制

器4～20mA動

力

油

掌

握電

液伺

服

閥

(SV)系統(tǒng)組成原

理

圖傳

感

器(ZE)伺

服

油

缸(SM)報

警FICX工

作

原

理實際工作中，傳感器ZE

用來測量實際位置(或速度等)

信號，并將其轉(zhuǎn)換成對應的電信號送至BGC

D-6811伺服控制器作為反饋信號。同時控制器還接收調(diào)節(jié)器FIQ

的4～20mADC

指令信號。BGC

D-6811

伺服控制器在內(nèi)部對這兩個信號加以比較。所得差值反映了指令預期位置與實際位置之間的差距，

差值經(jīng)過運算處理和放大后，最終產(chǎn)生一個可以驅(qū)動電液伺服閥SV的電流

信號。在伺服閥的控制下，動力油作用于伺服油缸SM,

帶動閥門達到預期閥位，從而實現(xiàn)伺服調(diào)節(jié)的目的。同時，伺服控制器還送出一路電流信號(4～20

mA)到控制室指示實際位置。掌握控

制

功

能●

BGCD-681

1型

伺

服

控

制

器

可

以

驅(qū)

動MOOG閥

、

BD閥

等伺服閥，

配合不同變送器和伺服執(zhí)行機構(gòu)，可適用

于各

種

現(xiàn)

場

控

制系

統(tǒng)

，尤其適用于TRT壓差發(fā)電控制

及軸流風機靜葉角度控制?？刂破骶哂辛砍炭烧{(diào)范圍

寬、

響應及時、跟蹤準確、工作穩(wěn)定等突出優(yōu)點。本

地

控

制

功

能●在主控板的面板上有一只本地控制旋鈕及本地/遠程切

換開關，

當開關切到遠程時，

控制器處于自動狀態(tài)，接收來自控制室或流量調(diào)節(jié)器的控制信號。

當開關切到本地時，控制器處于

本

地

控

制

狀

態(tài)，

可

以通過調(diào)節(jié)

旋鈕來改變控制信號的大小，

粗略地實現(xiàn)本地控制。掌握報

警

功

能指

令

信

號

丟

失

報

警

功

能在控制器后面板，

有提供報警輸出的端子，

觸點容量

為24VDC、o.3A。當指令控制信號低于3.5mA

時，控制器產(chǎn)生報警輸出，

觸點閉合?！?/p>

反饋信號丟失報警功能在控制器后面板，

有提供反饋信號丟失報警輸出的端

子，觸點容量為24V

DC

、o.3

A。當反饋信號低于3.5mA

時，

控

制

器

產(chǎn)

生

報

警

輸

出

，

觸

點閉

合理解顯

示

功

能控制器前面板上有一長方形液晶顯示屏，可以提供多項實時參數(shù)顯示?！耧@示屏的第一行即為本地控制信號顯示。它顯示本地

控制

信號值，

其顯示范圍為o%～1oo%?！耧@示屏第二行是指令輸入信號的大小，

從左起第一項是指令信號的大小，以mA為單位

；第二項是其百分數(shù)

，從零

到百分之百，

即4mA

對應o%、

zomA

對應100%。●顯示屏第三行是位移傳感器反饋信號大小(即實際閥位值

)

,從左起第一項是變送器輸出信號的大小，

以mA

為

單位，當使用電壓輸出型傳感器時，

單位為V;第二項是其百分數(shù)，從零到百分之百

。●顯示屏第四行第一項是控制器輸出的伺服閥電流的大小，

以mA為單位；

第二項是偏差

，

即指令信

號和反饋信

號

的差

值

，

單

位

是V。

理

角解●通道一參數(shù)，本地控制信號為50%,指令信號輸入為

16mA,百分之七十五

，反

饋

信

號

輸

入

為

8mA,

百

分

之

二十五，伺服閥電流為16mA,

偏差為5V。LOCAL

IN=

50.0%IN=16.00mA(75%)FB=8.00mA(25%)SV=

16.0mA

5.0本地信號控制指令信號變送器反饋信號偏差理解伺服閥控

制電流本地/遠程切換開關，在

遠程位置時控制器接收計算機給定的4~20mA

指令信號；在本地位置時，控制器的指令信號

由

本

地

調(diào)

節(jié)

旋

鈕

給出

，此時可通過本地調(diào)節(jié)旋鈕粗略的調(diào)節(jié)油缸的位置

。位置信號輸出電位器，

用于調(diào)節(jié)給計算機顯示的位置信號。由系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的累積誤差，可通關調(diào)節(jié)此電位器進行補償。掌

握CONTROL本地本地

遠程變

送

器〇

零點○

行程位置信號輸出〇

零點○

行

程○

增益○

調(diào)

零本地調(diào)節(jié)旋鈕變送器調(diào)節(jié)電

位器，用于調(diào)

節(jié)油缸的實際

位置。系統(tǒng)閉環(huán)增

益，順時針

增大，逆時

針減小。系

統(tǒng)

調(diào)

節(jié)

方

法控制器在使用前只需對實際位置和位置指示電流兩項

進行調(diào)整，

先調(diào)整實際位置，

調(diào)好后再調(diào)整位置指示

電流。調(diào)整前控制器應先通電預熱半小時左右。●調(diào)試前須先確定系統(tǒng)工作是否正常，系統(tǒng)正常工作時油缸在任意位置都能停住。變送器安裝是否正確，

即

零位或靜葉角度最小時變送器輸出為4mA

左右，全開

位或靜葉角度最大時變送器輸出為zomA

左右。油管

路的連接是否正確，

當油缸的A

、B

腔接反時，伺服系

統(tǒng)不能正確工作，此時可重新連接油缸的A

、B腔，世

可通過改變跳線開關J6

的跳線方向來實現(xiàn)相同的目的b理解位

置

的

調(diào)

節(jié)1.正作用控制方式調(diào)節(jié)：●

A.將

指

令

信

號

設

為

4mA,

調(diào)

節(jié)

控

制

板

(

CONTROL)

面板

上標著“

變

送

器”

字樣的框中的電位器“零點”

,

油

缸

會

隨之運動，

不斷調(diào)節(jié)電位器使實際位置到達零位?！?/p>

B.將

指

令

信

號

設

為zomA,調(diào)

節(jié)

控

制

板

(

CONTROL)

面板

上標著“變送器”字樣的框中的電位器“行程”,油缸會

隨之運動，

不斷調(diào)節(jié)電位器使實際位置到達滿行程位?！馛

.

重復A

、B二

步

幾

次，

直

到

指

令

信

號為

4mA

時，實際位

置到達零位；

指令信號為zomA時，實際位置到達滿行程位理解●2.反作用控制方式調(diào)節(jié)：●

A.將

指

令

信

號

設為

zomA,

調(diào)

節(jié)

控

制

板

(

CONTROL)

面

板

上標著“

變

送

器”

字樣的框中的電位器“零點”

,

油

缸

會

隨之運動，

不斷調(diào)節(jié)電位器使實際位置到達零位?！?/p>

B.將

指

令

信

號

設

為4

mA,

調(diào)

節(jié)

控

制

板(

CONTROL)

面

板上標著“變送器”字樣的框中的電位器“行程”,油缸會隨之運動，

不斷調(diào)節(jié)電位器使實際位置到達滿行程位?！馛

.

重復A、B

二

步

幾

次，

直

到

指

令

信

號為

zomA

時，實際位

置到達零位；指令信號為4mA

時，實際位置到達滿行程位。位

置

指

示

電

流

的

調(diào)

整A.

調(diào)節(jié)指

令

信

號

為

4mA,

等

實際

位

置

到

達

零

位

后調(diào)整控制板

(

CONTROL)

面板上標

著

“

位

置

信

號

輸

出”字樣的框中的電位器“零點”,將位置指示電流調(diào)整

為4

mA

?！?/p>

B.調(diào)節(jié)指令信號為zomA,等實際位置到達滿

行

程

位

后，

調(diào)整控制板

(CONTROL

)

面板上標

著

“

位

置

信

號輸出”字樣的框中的電位器“量程”,將位置指示電流調(diào)

整

為zomA

?！馛

.

重

復A

、B二步幾次，直到指

令

信

號

為4

mA時，指示電流為4mA;指令信號為zomA時，指示電流為20mA。理

解增

益

和

零

點

的

調(diào)

整系統(tǒng)增益在出廠時的設定能滿足大部分的使用要求用戶也可根據(jù)實際的使用情況進行設定。其調(diào)節(jié)方法

為

：

順時針增大

，

逆時針減小?！耖]環(huán)系統(tǒng)工作時各個環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的誤差都會累積到控制器，此時可通過調(diào)節(jié)控制板

(

CONTROL)

面

板

上標有“調(diào)零”的電位器進行補償?！袢顼@示窗口的對比度不合適，

用戶可將顯示器面板摘

下，

調(diào)節(jié)數(shù)字板上的電位器

“RW

”直到滿意為止。理解ZETA

系

列

伺

服

控

制

器●

ZETA

系列伺服控制器是專為陜鼓3H-TRT系統(tǒng)配備的

高精度智能型伺服控制器。該控制器不僅具備高精度

位置控制、零點與量程調(diào)整、正反作用切換和信號丟

失記憶功能，

保證靜葉和旁通閥在信號丟失的情況下不發(fā)生誤動作。ZETA伺服控制器控制精度高、分辨率

高、

漂

移小、

抗

干

擾

能

力

強，

現(xiàn)

場

調(diào)

試

十

分

方

便。其

設計充分考慮了行業(yè)用戶的特點，具有很強的專業(yè)針

對性

。Zetae3H-TRTServo-Controller3H-TRT

何圖控制器工

作

原

理●如下圖所示，

控制器一方面接收來自主控室位置指令信號，另一方面接收來自位移傳感器測量的實際位置反饋信號。

伺服控制器在內(nèi)部對這兩個信號進行轉(zhuǎn)換、

比較，并經(jīng)過一定的高級運算，

產(chǎn)生一個可以驅(qū)動電

液伺服閥SV

的電流信號。在伺服閥的控制下，動力油

作用于伺服油缸SM,帶動靜葉角度或閥門達到預期位置

，

從而實現(xiàn)

靜葉或閥門位置調(diào)

節(jié)的

目的。

同時，

伺

服控制器還送出一路電流信號到控制室指示靜葉角度

或閥

門

的位置

。FIC

4～20mA4～20mA指令信號丟失報警反饋信號丟失報警4～20mA動力油圖2

ZETA伺服控制器工作原理示意圖4～20mAZSA

系

列位移傳感器(ZE)電液伺服閥(SV)伺服油缸(SM)伺服控制器學握主

要

功

能●

1、控制功能ZETA

系列伺服控制器是3H-TRT系統(tǒng)的重要組成部分。該控制器可以驅(qū)動MOOG閥等多種伺服閥，

配合不同位置

傳感和伺服執(zhí)行機構(gòu)，

構(gòu)成高精度的位置伺服控制系統(tǒng)，

確保高爐頂壓的高精度穩(wěn)定性?？刂破骶哂锌刂凭雀?、量程可調(diào)范圍寬、分辨率高、漂移小、工作穩(wěn)定、抗干擾能力強、現(xiàn)場調(diào)試十分方便等突出優(yōu)點?！?、參數(shù)調(diào)整功能控制器上可以十分方便的設置傳感器位置反饋信號和位置指示信號的零點和量程。對靜葉和旁通閥的位置傳感器及伺服執(zhí)行機構(gòu)的正反作用、安裝方式等具有

很強的適應性，

可以方便的切換正反作用控制方式。即可適用于角位移傳器也可適用于線位移傳感器。信

號

丟

失

報

警

與

記

憶

功

能當控制指令或位置反饋指令低于最小值的9o%時，控

制器產(chǎn)生報警，有源觸點輸出24V高電平，

當控制指令或位置反饋大于最小值90%時，報警消失，有源觸

點

輸

出OV低

電平。●在控制器產(chǎn)生指令或位置反饋信號丟失報警的同時，

會將指令信號或反饋信號鎖定在丟失前的最后一次正

常測量值，

從而避免由于指令或位置反饋信號丟失而使控制器產(chǎn)生誤動作，導致高爐頂壓劇烈波動，

嚴重

影

響TRT

機組安全

。理解通

信

功

能●

控制器集成有RS-485接口，可以與TRT主控系統(tǒng)及其它控制器組成通信網(wǎng)絡。TRT主控系統(tǒng)可以通過通信網(wǎng)絡讀取控制器內(nèi)部歷史數(shù)據(jù)，

對控制器內(nèi)部故障進

行診斷。使用者還可以通過通信網(wǎng)絡對控制器

參數(shù)

進

行遠程設定

。理解調(diào)

試伺服控制器調(diào)試前必須做好以下兩項準備工作：●

1.

將靜葉置手動狀態(tài)，使用電磁閥關閉靜葉，現(xiàn)場觀

測靜葉應該向關小的方向動作。靜葉關到最小時，

位

置傳感器的反饋電流應為4mA左右(不要求是準確的4mA)

?！?.將靜葉置手動狀態(tài)，使用電磁閥開啟靜葉，現(xiàn)場觀

測靜葉應該向開大的方向動作。靜葉開到最大時，

位

置傳感器的反饋電流應為zomA

左右(不要求是準確的

zomA)

。掌握開

始

調(diào)

試

：1.將靜葉置手動狀態(tài)，使用電磁閥完全關閉靜葉，按手操

器F?鍵，此時手操器屏

幕上

有

“

確

定

傳

感

器

新

零點”

字樣，

按

回車鍵

確

認

?！?.將靜葉置手動狀態(tài)，使用電磁閥完全開啟靜葉，按手操

器Fz

鍵

，此時手操器屏幕上有“確定傳感器新量程”

字樣

按

回車鍵

確

認

?！?/p>

3.同時按下手操器shift和F?鍵即F?

鍵，此時手操器屏幕上動狀態(tài)，使用伺服閥控制靜葉，在靜葉開度設置框中