時間:2018-01-08 13:23:09來源:伺服雜志6期
摘要:在制造業(yè)的某些精密運動控制場合中,因被驅(qū)動對象負載較大,采用單伺服軸驅(qū)動功率(或力矩)不足,不得不采用雙軸甚至多軸驅(qū)動方式。而采用雙軸伺服驅(qū)動模式,必然涉及到兩軸的速度(位置)同步和它們的負載分擔問題。本文主要介紹了貝加萊的雙軸同步伺服驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)成和原理并探討了其模擬測試和調(diào)試方法。
1引言——雙軸驅(qū)動需求的提出
雙軸伺服驅(qū)動控制模式的提出基于以下需求:在制造業(yè)的某些精密驅(qū)動控制場合中,因被驅(qū)動對象負載較大,采用單伺服軸驅(qū)動功率(力矩)不足,不得不采用雙軸甚至多軸驅(qū)動方式。
采用雙軸(或多軸)伺服驅(qū)動模式,就涉及到兩軸(或多軸)的瞬時速度和平均速度同步問題和兩軸(或多軸)的負載分擔問題。這兩者之間有著非常密切的關(guān)系,它們互相影響,但顯然,速度(位置)同步是必須首先保證的,在這個前提下各軸按其承擔的設(shè)定負載運行。
不過盡可能力求各軸的負載均衡還是必要的,這可以優(yōu)化伺服驅(qū)動裝置的設(shè)計功率,以降低投資并節(jié)約能源。因為在兩軸(或多軸)伺服驅(qū)動系統(tǒng)中,其每臺伺服電機的功率(力矩)通常是按照負荷最大的伺服軸來計算并選型的。
2雙軸驅(qū)動的應(yīng)用場合
以下是關(guān)于雙伺服軸驅(qū)動應(yīng)用的實例:
(1)針對比較大的全電動注塑機,如果采用1臺電機來驅(qū)動合模,其功率不夠,這時需要設(shè)置2個軸來驅(qū)動,當然這就牽涉到2個軸的速度同步和負載分擔問題。
(2)在大型橫切機上,有時需要采用2個軸來驅(qū)動切刀,這也牽涉到2個軸的速度同步問題,以及力求兩個軸的負載平衡。
(3)硅片的多線切割雙主軸、變壓器硅鋼片剪切、高端大卷裝的提升等驅(qū)動軸都采用過電流同步技術(shù),大大提高了多軸的負載平衡性,充分挖掘了電氣潛能,獲得了更精確、更快速的控制效果。
其實在大多數(shù)情況下,各驅(qū)動軸的負載不均衡是客觀存在的,只要不超過任一驅(qū)動軸的負荷額定值,兩軸(或多軸)之間的負載不均衡是允許的,因為這不會對被驅(qū)動裝置的速度、位置控制精度、力矩和動態(tài)性能造成負面影響。
圖1雙軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成方框圖
3雙軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)成和原理
3.1系統(tǒng)構(gòu)成
雙軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成方框圖如圖1所示。該系統(tǒng)中,采用一臺控制器通過POWERLINK高速實時以太網(wǎng),控制軸1和軸2的伺服驅(qū)動器,兩臺驅(qū)動器分別控制各自的伺服電機M1和M2,驅(qū)動同一負載。要求軸1和軸2達到速度同步和負載基本均衡。
3.2系統(tǒng)原理分析
雙軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)的簡化原理框圖如圖2所示。
在該雙軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)中,軸1和軸2以主從方式協(xié)同工作,以軸1為主導,軸2從動。軸1設(shè)置了位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)三閉環(huán)控制器,位置控制的輸出作為速度環(huán)的設(shè)定值,而速度控制的輸出則作為兩個軸的電流環(huán)的設(shè)定值,位置反饋信號取自軸1的伺服電機編碼器。軸2則僅設(shè)置了電流環(huán)。
這是一個典型的三環(huán)串級PID調(diào)節(jié)系統(tǒng),位置環(huán)和速度環(huán)控制是關(guān)鍵,既保證了速度控制精度和雙軸同步,也保證了位置控制精度。而雙軸各自的電流環(huán)控制器,則保證了系統(tǒng)的機械特性剛度和兩軸的負載均衡度。
圖2系統(tǒng)簡化原理框圖
4模擬測試
4.1負載分離條件下的測試(或無條件連接負載)
在演示CUBE上測試,條件是兩臺伺服電機沒有固定連接在一起。
4.1.1通過ID325(電流環(huán)PID的設(shè)定)來控制從軸以電流環(huán)模式運行
前提條件設(shè)定:
(1)ID328=4(驅(qū)動器運行在力矩環(huán)模式,電流環(huán)設(shè)定=力矩環(huán)設(shè)定/力矩常數(shù))
(2)直接給ID325(力矩環(huán)設(shè)定賦值)。
(3)測試力矩環(huán)設(shè)定值(ID325):
從0.01Nm逐漸增加到0.35Nm,低于0.2Nm時,運動不平滑,有時卡頓,增加到0.38Nm時,電機開始轉(zhuǎn),并一直加速,直到23.1RPS~23.5RPS之間波動;
再降低到0.3Nm,得到V=5RPS,偶爾有波動,但是波動速度、范圍比0.38Nm時小很多。
再增加到0.32Nm,得到V=10RPS,也有些波動。(這個波動可能對其它軸有擾動)
總結(jié):在力矩模式下;通過ID4128來控制力矩設(shè)定ID325;啟動電流比運行電流大,但是方案可行。
4.1.2把主軸力矩設(shè)定(ID256)數(shù)值通過網(wǎng)絡(luò)傳送給從軸力矩設(shè)定(ID325)來控制從軸將軸1的ID256值,通過網(wǎng)絡(luò)傳送到軸2的ID325。
(1)主軸上:
指令I(lǐng)D484=SCTRL_ISQ_REF,把主軸的速度環(huán)輸出(即力矩環(huán)設(shè)定ID256)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。
(2)從軸上:(純力矩環(huán)模式)
接收網(wǎng)路上,軸1發(fā)送來的數(shù)據(jù),送到力矩環(huán)設(shè)定(ID325);
指令DI393=1,MA1_CYCLIC_SEND,從網(wǎng)上取站號1的master1數(shù)據(jù)。
指令I(lǐng)D325=MA1_CYCLIC_POS(ID542該數(shù)是DINT類型,所以任何類型的數(shù),接收到該寄存器后,自動轉(zhuǎn)為DINT),把取到的數(shù)據(jù)賦值給力矩環(huán)設(shè)定(ID325)。
(3)測試情況:
●啟動主軸,從軸也跟著轉(zhuǎn)了;停止主軸,從軸也停止了。從軸會跟隨主軸電流大小在啟停。
●主軸在轉(zhuǎn),但是從軸需要手動推一下才轉(zhuǎn)甚至推一下也轉(zhuǎn)不起來。這是因為主軸負載小,從軸負載大,從軸啟動需要的電流大。
●主軸停下來了,從軸還在轉(zhuǎn)甚至超速。是因為主軸負載大,從軸負載小。小電流啟動不了主軸,卻可以帶動從軸。關(guān)于后面兩點,當主、從軸帶同一個負載時,這些問題不存在。
(4)關(guān)于二拖一的其它注意事項
●設(shè)備工藝只與主軸相關(guān),從軸相對獨立,只是取主軸速度環(huán)輸出(ID256,也是力矩設(shè)定)值,賦值給從軸力矩設(shè)定(ID325)即可。
●如果主軸力矩附加軸已賦值,則需把力矩之和發(fā)送到網(wǎng)上。
●因為有從軸適時介入,因此主軸的速度、位置環(huán)PID需要在從軸工作時自動整定,這些PID參數(shù)應(yīng)該和從軸不介入的PID參數(shù)不一樣。
上述測試在主軸電機突然改變方向的情況下,從軸均可以立即跟隨。
4.2連接負載條件下的測試
該方法在硅棒切片機(兩軸承擔指定負載,一般差2~3Nm)、硅鋼片橫剪線、大卷裝等采用雙軸伺服驅(qū)動的裝置上都得到了應(yīng)用,可以有效地分配電機負荷,滿足位置和速度控制精度要求,電機的規(guī)格可以精確配置而無須保留過多余量。
大卷裝(兩軸平均分配負載)如圖3所示。
圖3大卷裝(帶負載,兩端各由一個伺服軸驅(qū)動)
5結(jié)論
通過以上研究和測試,得出以下結(jié)論,并提出了相關(guān)意見。
(1)從軸只相當于一個電流環(huán)的信號放大器,無需整定PID參數(shù)。
(2)整個項目工藝只需考慮主軸的運動控制,無需考慮從軸的情況,從軸只影響主軸的位置環(huán)、速度環(huán)的PID參數(shù)。
(3)當整定主軸的PID參數(shù)時,必須使從軸處于跟隨主軸力矩狀態(tài),否則參數(shù)不準確。
(4)需要考慮異常情況,比如主軸故障停機時,應(yīng)使從軸也立即停車。
(5)從軸可用虛擬編碼器模式(節(jié)省一個編碼器)。
(6)盡量使用雙軸模塊,兩個軸在一個驅(qū)動器CPU上控制,第一個通道的扭矩設(shè)定結(jié)果通過Crosslink給第二個通道,沒有任何延時的。而通過網(wǎng)絡(luò)最短也有1.2ms延時(2倍網(wǎng)絡(luò)時間+驅(qū)動器CPU周期)。
(7)可以采集主軸LAG_ERROR,再乘以一個比例,附加給從軸扭矩設(shè)定附加軸,用來修正從軸因時間滯后帶給主軸的擾動。這在非雙軸模塊上使用非常有效。
(8)當多個規(guī)格(功率或力矩)不同的伺服軸帶同一負載時,可根據(jù)各自的功率按比例分配負載也是可行的。
標簽:
中國傳動網(wǎng)版權(quán)與免責聲明:凡本網(wǎng)注明[來源:中國傳動網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國傳動網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨家所有。如需轉(zhuǎn)載請與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個人轉(zhuǎn)載使用時須注明來源“中國傳動網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責任。
本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負版權(quán)法律責任。