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交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用

時(shí)間:2022-12-05 10:34:36來(lái)源:電子技術(shù)控

導(dǎo)語(yǔ):?交流伺服系統(tǒng)包含交流伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)。

  選用伺服系統(tǒng),主要為了進(jìn)行精密的定位控制,伺服驅(qū)動(dòng)器在位置控制模式下運(yùn)行,控制框圖如圖一所示。

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  圖一 位置閉環(huán)控制

  一.目前常用的伺服電機(jī)是三相交流永磁同步伺服電機(jī),這種電機(jī)具有動(dòng)態(tài)特性好、定位精度高的特點(diǎn)。之所以稱為“伺服”電機(jī),是因?yàn)殡姍C(jī)軸末端裝有編碼器,其反饋信號(hào)可與伺服驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成閉環(huán)控制。常用的編碼器是光電式增量編碼器,根據(jù)輸出信號(hào)的不同特點(diǎn),可分為6路信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)編碼器;三路信號(hào)省線式編碼器;串行通信總線式編碼器。

  標(biāo)準(zhǔn)編碼器輸出信號(hào):A、B、Z、U、V、W,其中A、B為正交編碼脈沖,占空比為50%,相位差是90度電角度,根據(jù)超前、滯后關(guān)系,可區(qū)分電機(jī)正、反轉(zhuǎn);將A、B信號(hào)上升沿和下降沿均取出來(lái),可得到4倍頻脈沖信號(hào)。例如,國(guó)內(nèi)常用的2500C/T編碼器,四倍頻后,電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈,編碼器能產(chǎn)生10000個(gè)反饋脈沖。

  Z為零位脈沖(也稱索引脈沖),每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)脈沖,做定位信號(hào);

  U、V、W為檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極位置的信號(hào),即為驅(qū)動(dòng)器提供伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息,以決定注入定子繞組電流的初始相位,保證伺服電機(jī)有足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。正常啟動(dòng)之后,伺服驅(qū)動(dòng)器能用Z脈沖修正轉(zhuǎn)子位置,精確的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置由A、B信號(hào)獲取,此時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)器已不再需要U、V、W信號(hào)了,這就是產(chǎn)生省線式編碼器的原因。

  省線式編碼器:在同樣的輸出線上分時(shí)輸出A、B、Z信號(hào)和U、V、W信號(hào),雖然引出線只標(biāo)注A、B、Z信號(hào),但起動(dòng)時(shí)還是先在標(biāo)有A、B、Z的信號(hào)線上對(duì)應(yīng)輸出U、V、W信號(hào),然后輸出A、B、Z信號(hào),使光電編碼器的信號(hào)輸出線減少了一半,焊接插頭的工作量大大減少,出差錯(cuò)、出故障的概率也大大減小了。

  總線式增量編碼器:只需一對(duì)差分信號(hào)線,即PS+和PS-,是串行通信信號(hào),按專有協(xié)議輸出代表位置、速率、方向等信息,接線特別簡(jiǎn)潔,是技術(shù)進(jìn)步的象征,很久以前安川伺服系統(tǒng)就采用此技術(shù),國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較晚。

  光電編碼器的輸出信號(hào),一般要經(jīng)線驅(qū)動(dòng)芯片(Line Driver),如MC3487、AM26LS31.輸出差分信號(hào),差分驅(qū)動(dòng)方式是一個(gè)信號(hào)傳輸?shù)暮梅椒?,它?duì)噪聲不敏感,能消除或減小共模干擾,也能抑制自身產(chǎn)生的電磁干擾,提高了長(zhǎng)線傳輸?shù)目煽啃?在伺服驅(qū)動(dòng)器端,用線接收器(Line Receiver)對(duì)編碼器輸出的差分進(jìn)行接收,信號(hào)傳輸示意圖如圖二所示。

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  圖二 編碼器信號(hào)傳輸示意圖

  二.參考圖一,伺服驅(qū)動(dòng)器除了要接受編碼器反饋信號(hào)外,在位置控制模式下還必須接收來(lái)自上層控制器的指令脈沖。上層數(shù)字控制器一般提供脈沖和方向信號(hào),每一脈沖對(duì)應(yīng)電機(jī)進(jìn)給一步,方向信號(hào)以高低電平控制電機(jī)正反轉(zhuǎn);與此對(duì)應(yīng),伺服驅(qū)動(dòng)器位置指令脈沖輸入方式應(yīng)設(shè)置為:脈沖+符號(hào)。

  控制器輸出的位置指令,一般是經(jīng)線驅(qū)動(dòng)器處理的差分對(duì)信號(hào),而驅(qū)動(dòng)器一般用高速光耦接收位置指令脈沖,參考圖三。

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  圖三 位置指令脈沖傳輸

  控制器(如數(shù)控系統(tǒng)、PLC、定位模塊等)輸出的位置指令,由伺服驅(qū)動(dòng)單元來(lái)執(zhí)行伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。脈沖個(gè)數(shù)決定伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度(或工作臺(tái)移動(dòng)的距離),脈沖頻率決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速,在額定負(fù)載能力范圍內(nèi),電機(jī)輸出力矩由負(fù)載決定,負(fù)載越大則電機(jī)力矩越大。工業(yè)上常見(jiàn)的各種專用、通用CNC機(jī)床,伺服系統(tǒng)均工作于位置控制模式。

  三.伺服驅(qū)動(dòng)常用的數(shù)字量(開關(guān)量)輸出信號(hào)有如下幾個(gè):

  SRDY:伺服準(zhǔn)備好信號(hào)。主電源正常且驅(qū)動(dòng)器無(wú)報(bào)警,則輸出導(dǎo)通(ON),否則輸出截止(OFF);

  COIN:定位完成信號(hào)。位置偏差小于參數(shù)設(shè)定值則ON,否則OFF;

  ALM:報(bào)警信號(hào),伺服驅(qū)動(dòng)器檢測(cè)到異常,輸出ON,無(wú)警報(bào)則OFF,(也有無(wú)報(bào)警輸出ON,故障時(shí)OFF)。

  數(shù)字輸出口,流行光電隔離輸出,輸出級(jí)與伺服單元內(nèi)部電路完全隔開。伺服輸出口既有固定功能輸出口,也有功能可編程輸出口,各廠家互不相同。

  輸出口的電路結(jié)構(gòu)也稍有不同,可以從光耦的集電極和發(fā)射極獨(dú)立輸出+、-信號(hào)端子(如圖四左側(cè)電路),也可以將輸出光耦的發(fā)射極于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部連接在一起,引出一個(gè)公共端子,供各數(shù)字輸出口共同使用。(如圖四右側(cè)電路),光耦輸出級(jí)導(dǎo)通時(shí),C、E極之間大約有1V的壓降,不滿足TTL低電平標(biāo)準(zhǔn),不能和TTL電路直接相連。

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  圖四 數(shù)字量輸出接口

  四.對(duì)于開關(guān)量輸入接口,常使用獨(dú)立的外部開關(guān)電源對(duì)信號(hào)回路供電,控制器用繼電器常開觸點(diǎn)或開集電極三極管、光耦進(jìn)行控制,如圖五所示。

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  圖五 數(shù)字量輸入接口

  繼電器應(yīng)選接觸電阻小的微型繼電器,可將兩個(gè)常開點(diǎn)并接使用,以減小接觸電阻,并增加可靠性。

  數(shù)字輸入口常用的信號(hào)是使能信號(hào)SON,不加使能信號(hào),伺服電機(jī)軸不鎖止,可自由轉(zhuǎn)動(dòng);加上使能信號(hào)后,電機(jī)軸鎖止,此時(shí)發(fā)位置脈沖,電機(jī)就會(huì)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng);只發(fā)脈沖而不加使能信號(hào),電機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)??梢杂肧ON信號(hào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和停止,但一般用脈沖控制電機(jī)啟停,連續(xù)發(fā)脈沖則伺服電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn);不發(fā)脈沖電機(jī)就停轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)到伺服驅(qū)動(dòng)器報(bào)警信號(hào)或系統(tǒng)其它功能電路報(bào)警,都會(huì)停發(fā)脈沖并斷開使能信號(hào)。

  五.使用伺服系統(tǒng)要注意的事項(xiàng):

  1.伺服電機(jī)U、V、W電源線必須和驅(qū)動(dòng)器U、V、W端子一一對(duì)應(yīng)連接,禁止用調(diào)換端子的方法來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)向,否則電機(jī)可能飛車或不轉(zhuǎn);

  2.常用伺服驅(qū)動(dòng)的主電源為三相AC220V,必須經(jīng)三相變壓器降壓,將三相AC380V變至三相AC220V,切勿直接連到三相AC380V電源上;

  3.伺服驅(qū)動(dòng)處于承上啟下的地位,接收來(lái)自伺服電機(jī)編碼器的輸入信號(hào),同時(shí)又將獲得的A、B信號(hào)分頻后連同Z輸出到上級(jí)控制器,用于位置控制環(huán)配置(注:僅部分設(shè)備需要此輸出信號(hào)),一個(gè)輸入一個(gè)輸出,別搞混淆了;

  4.如主電路電源用交流接觸器來(lái)接通和分?jǐn)啵瑒t接觸器應(yīng)選用帶阻容吸收器的型號(hào),以吸收線圈產(chǎn)生的浪涌電壓。


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