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伺服电机

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伺服电机位置检测问题求助

电气控制类 不见不散 2017-11-23 20:38 回复了问题 • 4 人关注 来自相关话题

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如何实现多伺服电机同步控制?

电气控制类 jingjing 2017-03-24 11:39 发表了文章 来自相关话题

在印刷机械行业中,多电机的同步控制是一个非常重要的问题。由于印刷产品的特殊工艺要求,尤其是对于多色印刷,为了保证印刷套印精度(一般≤0.05mm),要求各个电机位置转差率很高(一般≤0.02%)。在传统的印刷机械中,以往大都采用以机械长轴作为动力源的同步控制方案,但机械长轴同步控制方案易出现振荡现象,各个机组互相干扰 查看全部
在印刷机械行业中,多电机的同步控制是一个非常重要的问题。由于印刷产品的特殊工艺要求,尤其是对于多色印刷,为了保证印刷套印精度(一般≤0.05mm),要求各个电机位置转差率很高(一般≤0.02%)。在传统的印刷机械中,以往大都采用以机械长轴作为动力源的同步控制方案,但机械长轴同步控制方案易出现振荡现象,各个机组互相干扰
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非标生产线伺服回零经常左右偏移

智能制造类 哦然后呢 2017-03-02 15:31 回复了问题 • 3 人关注 来自相关话题

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机器人用伺服电机和普通伺服电机有什么区别?

电气控制类 天黑请闭眼 2017-02-21 15:46 回复了问题 • 11 人关注 来自相关话题

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交流伺服电机振动故障的分析与解决方案!

设备硬件类 不见不散 2017-02-13 15:51 发表了文章 来自相关话题

  交流伺服系统包括:伺服驱动器、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光电编码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行;驱动器从外部接收参数信息,然后将一定电流输送给电机,通过电机转换成扭矩带动负载,负载根据自己的特性进行动作或加减速,传感器测量负载的位置,使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较,然后通 查看全部
  交流伺服系统包括:伺服驱动器、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光电编码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行;驱动器从外部接收参数信息,然后将一定电流输送给电机,通过电机转换成扭矩带动负载,负载根据自己的特性进行动作或加减速,传感器测量负载的位置,使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较,然后通
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伺服电机使用中的这些问题,不容忽视

电气控制类 Winterfall 2016-12-15 10:13 发表了文章 来自相关话题

伺服系统是机电产品中的重要环节,它能提供最高水平的动态响应和扭矩密度,所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动,以便使系统性能达到一个全新的水平,包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了实现伺服电机的更好性能,就必须对伺服电机的一些使用特点有所了解。

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伺服系统是机电产品中的重要环节,它能提供最高水平的动态响应和扭矩密度,所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动,以便使系统性能达到一个全新的水平,包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了实现伺服电机的更好性能,就必须对伺服电机的一些使用特点有所了解。

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伺服电机使用中的这些问题,不容忽视

电气控制类 凯麦亿精密机械 2016-12-14 11:19 发表了文章 来自相关话题

伺服系统是机电产品中的重要环节,它能提供最高水平的动态响应和扭矩密度,所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动,以便使系统性能达到一个全新的水平,包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了实现伺服电机的更好性能,就必须对伺服电机的一些使用特点有所了解。 查看全部
伺服系统是机电产品中的重要环节,它能提供最高水平的动态响应和扭矩密度,所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动,以便使系统性能达到一个全新的水平,包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了实现伺服电机的更好性能,就必须对伺服电机的一些使用特点有所了解。


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是直流伺服电机还是交流伺服电机;
决定伺服电机寿命的因数我认为有以下:
1,设计选型的匹配度;(惯量,容量,速度)
2,精度要求(开环,半闭环,闭环的控制方式)
3,品牌质量的选择(一分价钱一分货)
4,负载工况的稳定性,以及使用环境(温度的影响等)
5,DC... 显示全部 »
是直流伺服电机还是交流伺服电机;
决定伺服电机寿命的因数我认为有以下:
1,设计选型的匹配度;(惯量,容量,速度)
2,精度要求(开环,半闭环,闭环的控制方式)
3,品牌质量的选择(一分价钱一分货)
4,负载工况的稳定性,以及使用环境(温度的影响等)
5,DC电机的定期保养频繁(AC不需要定期保养)估计你问的是DC伺服电机
6,其他(管理,参数的稳定性,设备结构,传动机构,执行原器件等等)
 
MTBF 根据以上所以也是很大不一样。
 
      国产伺服电机供应商里面,米格电机应该是最大的;但是其产品性能和做工始终未能摆脱低价,抵挡的形象;但是随着智能制造和工业4.0的产业政策驱动下,米格电机应该会从产品设计和质量管控等方面提升产品性能和可靠性,为工业4.0提供优质的伺服电机。
     ... 显示全部 »
      国产伺服电机供应商里面,米格电机应该是最大的;但是其产品性能和做工始终未能摆脱低价,抵挡的形象;但是随着智能制造和工业4.0的产业政策驱动下,米格电机应该会从产品设计和质量管控等方面提升产品性能和可靠性,为工业4.0提供优质的伺服电机。
     希望,米格的工程师和用户来拍,呵呵!
传奇哥

传奇哥 回答了问题 • 2016-04-26 15:46 • 2 个回复 不感兴趣

注塑机机械手检修时要注意哪些?

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1、检修之前,务必要关掉电源,并泄除机械手的残留压力。

2、除了近接开关、吸夹不良、电磁阀故障可自行检修外,其他都应找专业训练人员来检修。

3、不要任意更换或改变原厂零件。

263
 
4、调整或更换模具期间,要注意安全以免被机械手撞... 显示全部 »
1、检修之前,务必要关掉电源,并泄除机械手的残留压力。

2、除了近接开关、吸夹不良、电磁阀故障可自行检修外,其他都应找专业训练人员来检修。

3、不要任意更换或改变原厂零件。

263
 
4、调整或更换模具期间,要注意安全以免被机械手撞伤。

5、检修过程中,请勿打开电源或将空压源连接至机械手。

6、检修完成后,试机前请离开危险工作区域。
1kw,2000rpm电机,按照P=n*T/9550,
得出额定输出转矩4.7N.m
1Kw电机的法兰应该是130,轴径应该是:22
一般应用场合不会断轴,估计是负载比较大,看到半截蜗杆轴,应该是有减速箱,减速比太大,导致断轴吧!
1kw,2000rpm电机,按照P=n*T/9550,
得出额定输出转矩4.7N.m
1Kw电机的法兰应该是130,轴径应该是:22
一般应用场合不会断轴,估计是负载比较大,看到半截蜗杆轴,应该是有减速箱,减速比太大,导致断轴吧!
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伺服电机位置检测问题求助

电气控制类 不见不散 2017-11-23 20:38 回复了问题 • 4 人关注 来自相关话题

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非标生产线伺服回零经常左右偏移

智能制造类 哦然后呢 2017-03-02 15:31 回复了问题 • 3 人关注 来自相关话题

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机器人用伺服电机和普通伺服电机有什么区别?

电气控制类 天黑请闭眼 2017-02-21 15:46 回复了问题 • 11 人关注 来自相关话题

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伺服电机如何调恒张力?

设计类 yuquanyou 2016-07-24 08:26 回复了问题 • 2 人关注 来自相关话题

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如何选择伺服电机的型号和大小

智能制造类 春风吹又深 2016-06-29 16:35 回复了问题 • 4 人关注 来自相关话题

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如何实现多伺服电机同步控制?

电气控制类 jingjing 2017-03-24 11:39 发表了文章 来自相关话题

在印刷机械行业中,多电机的同步控制是一个非常重要的问题。由于印刷产品的特殊工艺要求,尤其是对于多色印刷,为了保证印刷套印精度(一般≤0.05mm),要求各个电机位置转差率很高(一般≤0.02%)。在传统的印刷机械中,以往大都采用以机械长轴作为动力源的同步控制方案,但机械长轴同步控制方案易出现振荡现象,各个机组互相干扰,而且系统中有许多机械零件,不方便系统维护和使用。随着机电一体化技术的发展,现场总线技术不断应用到各个领域并得到了广泛的应用。本文针对机组式印刷机械的同步需求,提出了一种基于CAN现场总线的同步控制解决方案,并得以验证。




无轴传动印刷机控制系统的同步需求


机组式卷筒印刷机一般由给纸机组、印刷机组、张力机组、加工机组和复卷机组等机组组成。在传统的有轴传动印刷机中,动力源由异步电机通过皮带轮带动一根机械长轴(约10-20m),然后通过长轴带动各机组的齿轮、凸轮、连杆等传动元件,再通过传动元件带动设备的执行元件完成设备的输人、输出任务。


卷筒印刷机要求印刷速度为300m/min,套印精度≤0.03mm,为了满足套印精度,要求在各个机组定位精度≤0.03mm。在印刷机印刷过程中,要求各机组轴与机械长轴保持一定的同步运动关系,能否很好的实现各个机组轴的同步关系,将直接影响到印刷速度、套印精度等。其中,给纸机组、印刷机组要求与主轴转动速度成一定的比例关系,张力机组根据不同的印刷速度调整张力系数,加工机组需要与主轴保持凸轮运动关系,而复卷机组的运动规律,要求随着纸卷直径的增大而减小。


我们把机械长轴作为主轴(参考轴),各印刷机组轴为从动轴,如图1,各从动轴与主轴要满足同步关系θ1=f1(θ) ,θ2=f2(θ) ,θ3=f3(θ) ··· ,其中,θ为主轴位置转角,θ1、θ2、θ3···为从动轴位置转角。





图 1 主从轴同步关系




控制系统设计


考虑到印刷机中同步运动关系复杂,套印精度高、印刷机组点多、分散,多操作子站,印刷生产线长等特点,采用全分散、全数字、全开放的现场总线控制系统FCS,总线的选择选用CAN总线。


为了实现各个印刷机组的复杂同步关系,将主控制器和各个电机的伺服驱动器都挂接到CAN总线上,构成以印刷机控制器为核心的CAN现场总线系统,如图2。


控制器和伺服驱动器都配有CAN总线控制器SJA1000和收发器PCA82C250的通讯适配卡,通过连接在印刷机控制器上的CAN通讯适配卡,控制器可以方便、快速的与各伺服驱动器通讯,向各个伺服单元发送控制指令和位置给定指令,并实时获得各个伺服电机的状态信息,按照需要实时地对伺服参数进行修改,各个伺服单元也可以通过CAN总线及时的进行数据交换。各个伺服驱动器在获得自己的位置参考指令后,紧密的跟随位置指令。由于控制器的位置指令直接输入到各个伺服驱动器,因此每个伺服驱动器都获得同步运动控制指令,不受其他因素影响,即任一伺服单元都不受其他伺服单元的扰动影响。在这个系统中,控制器和各个伺服驱动器都作为一个网络节点,形成CAN控制网络。同时,由于采用现场总线控制系统,可以根据印刷规模,扩展网络节点个数。





图2 同步控制系统图





编码器和伺服电机的选择


在大惯量负载印刷系统中,编码器和伺服系统的选择尤为重要。以BF4250卷筒纸印刷机为例,其负载转动惯量很大,其中柔印机组为0.13 kg·m2,胶印机组转动惯量最大,为0.33 kg·m2。


由于系统定位精度要求≤0.03mm,考虑到负载的大惯量性,把控制周期定为2ms,要求位置环稳态误差为±1个脉冲。根据定位精度和稳态误差,可以折算出编码器线数为17000线,可是考虑到在实际印刷过程中,要不断调整不同机组的位置,如果编码器分辨率选17000线,在调整印辊时,由于机组转动惯量很大,将会产生很大的角加速度,进而产生很大的转矩。例如对于胶印机组,调整角加速度超过700 rad/s2,调整转矩超过200N·m,一般的电机无法满足要求。


综合考虑,选择编码器分辨率为40000线,这样在调整过程中,减小了电机的调整加速度,进而减小了调整转矩。例如在负载惯量最大的胶印机组中,调整角加速度为78.6rad/s2,调整转矩为26 N·m,凯奇电气公司的90M系列伺服电机完全可以满足要求。




时钟同步机制


在分布式无轴传动同步控制系统中,需要各个印刷机组之间统一协调地工作,所以各个机组必须要有统一的时间系统,以保证各个印刷机组协调工作,完成印刷任务。


具体的时钟同步实现方法分为硬件时钟同步,同步报文授时同步和协议授时同步。

(1)硬件时钟同步。硬件时钟同步是指利用一定的硬件设施(如GPS接收机、UTC接收机、专用的时钟信号线路等)进行的局部时钟之间的同步,操作对象是计算机的硬件时钟。硬件同步可以获得很高的同步精度(通常为10-9 秒至10-6秒)。

(2)同步报文授时同步。在每个通讯周期开始,主站以广播形式发送一次同步报文。例如在SERCOS协议数据传输层中,每个SERCOS的通讯周期开始都以主战发送的同步报文MST为标志。MST的数据域非常短,只占1个字节。MST报文的同步精度很高,如果用光缆做传输介质,同步精度可在4微妙之内。

(3)协议授时同步。协议授时也叫软件授时,指利用网络将主时钟源,通过网络,发给其他的子系统,以达到整个系统的时间同步性。通过计算从发出主时钟信息到发送到目标节点接受该信息并产生中断之间的时间差,可以得出延迟时间。然后通过延时补偿来达到时间同步。软件授时成本低,可由于同步信息在网络上传输的延迟大且有很大的不确定性,所以授时精度低(通常为10-6秒到10-3秒)。


综合考虑,本文的时钟同步方案采用的是硬件时钟同步,各节点根据系统中指定的主时钟来调整它们的时钟,具体实现方法是:添加硬件时钟同步信号线CONCLK用来传输时间同步信号,同步控制信号周期为2ms,以同步信号的上升沿作为同步点。在控制器中设置同步信号发生器,并在各个驱动器内部设置同步接受单元。驱动器从站的同步接受单元检测到主战的CONCLK上升沿后,各从站时钟同时清零。这样定期清零不仅保持了各从站时钟的一致性,同时也避免了同步误差的累计。为了提高模块同步信号的抗干扰能力,采用平衡差分驱动方式传输同步信号。使用光耦隔离,可以使主站和从站的信号互不干扰。主、从站同步信号电路如图3。





图3 主站、从站同步信号电路图




上位机同步运动数据的生产


同步运动数据的产生任务放在到北京首科凯奇电气技术有限公司开发的软PLC -ComacPLC系统中。该公司的软PLC系统,硬件系统采用的是工业计算机平台,操作系统采用的是微软推出的WinCE嵌入式操作系统。在此软PLC系统中,建立了快逻辑任务和慢逻辑任务,快逻辑用于对时间要求高的场合,如紧急情况处理,高精度采样等情况,慢逻辑任务主要用于一般对时间要求不高的场合。快逻辑任务是一个需要定时执行的任务(类似于中断服务程序),该任务必须在一个系统采样周期内执行完成,慢逻辑任务是一个无限循环,它可以在几个系统采样周期内完成[2]。快逻辑任务通过定时控制器8254来完成定时,定时周期为1毫秒。在执行过程中每一次采样周期都执行一次快逻辑任务,产生成同步运动数据。为了保持各个从动轴相对于主轴的同步关系,建立运动参考数据源来虚拟主轴运动状态。在每个系统采样周期中,根据虚拟主轴的运动状态,以及各个从动轴的同步运动要求,分别计算各个从动轴的位置信息,产生各个从动轴的同步运动数据,放入CAN控制器的发送队列等待发送,如图4。把运动数据产生和运算任务放在快逻辑任务中,保证产生运动数据的实时性。





图4 同步运动数据的产生




同步接口技术协议


本系统总线波特率设为1Mbps,位传输时间τbit为1×10-6秒。每个数据帧由8个字节组成,发送报文数据帧长度固定为131位(29位标识符),反馈报文长度为99位。数据帧传送时间Cm=131μs。把同步控制信号线CONCLK,作为同步周期信号线和报文的基准信号线。同步控制信号周期为2ms,高电平有效,信号电平宽度为10。正常通讯时,一个控制周期内CAN网络可以传送16个同步数据报文。控制器在CONCLK 上跳沿之后50μs内发出指令报文,驱动器在接受到指令报文后100微秒内发出反馈报文。指令报文内容包括位置指令值、逻辑接口信号输入,其中位置指令占用4个字节(32位),逻辑接口信号输入占用一个字节。逻辑接口信号输入包括驱动器使能、复位等指令。在反馈报文中,包括伺服运行状态信息和故障信息,通信时序如图5。





图5 通讯时序图




结束语


本文针对传统的机械长轴印刷机同步控制系统,提出了以控制器为核心的现场总线控制系统,以CAN现场总线实现在控制器和伺服之间的通信。此方案不仅克服了传统机械长轴控制方案的各种机械元件带来的缺点,而且还具有同步性能好、各伺服单元不互相干扰、控制精度高、维护方便等优点。


这种方法实现同步的特点在于利用了CAN总线可靠性高、传输时间短、抗干扰能力强,和数字伺服的位置精度高、全闭环的优点。
 
 
 
 
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来源:微信公众号 工控帮 查看全部
在印刷机械行业中,多电机的同步控制是一个非常重要的问题。由于印刷产品的特殊工艺要求,尤其是对于多色印刷,为了保证印刷套印精度(一般≤0.05mm),要求各个电机位置转差率很高(一般≤0.02%)。在传统的印刷机械中,以往大都采用以机械长轴作为动力源的同步控制方案,但机械长轴同步控制方案易出现振荡现象,各个机组互相干扰,而且系统中有许多机械零件,不方便系统维护和使用。随着机电一体化技术的发展,现场总线技术不断应用到各个领域并得到了广泛的应用。本文针对机组式印刷机械的同步需求,提出了一种基于CAN现场总线的同步控制解决方案,并得以验证。




无轴传动印刷机控制系统的同步需求


机组式卷筒印刷机一般由给纸机组、印刷机组、张力机组、加工机组和复卷机组等机组组成。在传统的有轴传动印刷机中,动力源由异步电机通过皮带轮带动一根机械长轴(约10-20m),然后通过长轴带动各机组的齿轮、凸轮、连杆等传动元件,再通过传动元件带动设备的执行元件完成设备的输人、输出任务。


卷筒印刷机要求印刷速度为300m/min,套印精度≤0.03mm,为了满足套印精度,要求在各个机组定位精度≤0.03mm。在印刷机印刷过程中,要求各机组轴与机械长轴保持一定的同步运动关系,能否很好的实现各个机组轴的同步关系,将直接影响到印刷速度、套印精度等。其中,给纸机组、印刷机组要求与主轴转动速度成一定的比例关系,张力机组根据不同的印刷速度调整张力系数,加工机组需要与主轴保持凸轮运动关系,而复卷机组的运动规律,要求随着纸卷直径的增大而减小。


我们把机械长轴作为主轴(参考轴),各印刷机组轴为从动轴,如图1,各从动轴与主轴要满足同步关系θ1=f1(θ) ,θ2=f2(θ) ,θ3=f3(θ) ··· ,其中,θ为主轴位置转角,θ1、θ2、θ3···为从动轴位置转角。

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图 1 主从轴同步关系




控制系统设计


考虑到印刷机中同步运动关系复杂,套印精度高、印刷机组点多、分散,多操作子站,印刷生产线长等特点,采用全分散、全数字、全开放的现场总线控制系统FCS,总线的选择选用CAN总线。


为了实现各个印刷机组的复杂同步关系,将主控制器和各个电机的伺服驱动器都挂接到CAN总线上,构成以印刷机控制器为核心的CAN现场总线系统,如图2。


控制器和伺服驱动器都配有CAN总线控制器SJA1000和收发器PCA82C250的通讯适配卡,通过连接在印刷机控制器上的CAN通讯适配卡,控制器可以方便、快速的与各伺服驱动器通讯,向各个伺服单元发送控制指令和位置给定指令,并实时获得各个伺服电机的状态信息,按照需要实时地对伺服参数进行修改,各个伺服单元也可以通过CAN总线及时的进行数据交换。各个伺服驱动器在获得自己的位置参考指令后,紧密的跟随位置指令。由于控制器的位置指令直接输入到各个伺服驱动器,因此每个伺服驱动器都获得同步运动控制指令,不受其他因素影响,即任一伺服单元都不受其他伺服单元的扰动影响。在这个系统中,控制器和各个伺服驱动器都作为一个网络节点,形成CAN控制网络。同时,由于采用现场总线控制系统,可以根据印刷规模,扩展网络节点个数。

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图2 同步控制系统图





编码器和伺服电机的选择


在大惯量负载印刷系统中,编码器和伺服系统的选择尤为重要。以BF4250卷筒纸印刷机为例,其负载转动惯量很大,其中柔印机组为0.13 kg·m2,胶印机组转动惯量最大,为0.33 kg·m2。


由于系统定位精度要求≤0.03mm,考虑到负载的大惯量性,把控制周期定为2ms,要求位置环稳态误差为±1个脉冲。根据定位精度和稳态误差,可以折算出编码器线数为17000线,可是考虑到在实际印刷过程中,要不断调整不同机组的位置,如果编码器分辨率选17000线,在调整印辊时,由于机组转动惯量很大,将会产生很大的角加速度,进而产生很大的转矩。例如对于胶印机组,调整角加速度超过700 rad/s2,调整转矩超过200N·m,一般的电机无法满足要求。


综合考虑,选择编码器分辨率为40000线,这样在调整过程中,减小了电机的调整加速度,进而减小了调整转矩。例如在负载惯量最大的胶印机组中,调整角加速度为78.6rad/s2,调整转矩为26 N·m,凯奇电气公司的90M系列伺服电机完全可以满足要求。




时钟同步机制


在分布式无轴传动同步控制系统中,需要各个印刷机组之间统一协调地工作,所以各个机组必须要有统一的时间系统,以保证各个印刷机组协调工作,完成印刷任务。


具体的时钟同步实现方法分为硬件时钟同步,同步报文授时同步和协议授时同步。

(1)硬件时钟同步。硬件时钟同步是指利用一定的硬件设施(如GPS接收机、UTC接收机、专用的时钟信号线路等)进行的局部时钟之间的同步,操作对象是计算机的硬件时钟。硬件同步可以获得很高的同步精度(通常为10-9 秒至10-6秒)。

(2)同步报文授时同步。在每个通讯周期开始,主站以广播形式发送一次同步报文。例如在SERCOS协议数据传输层中,每个SERCOS的通讯周期开始都以主战发送的同步报文MST为标志。MST的数据域非常短,只占1个字节。MST报文的同步精度很高,如果用光缆做传输介质,同步精度可在4微妙之内。

(3)协议授时同步。协议授时也叫软件授时,指利用网络将主时钟源,通过网络,发给其他的子系统,以达到整个系统的时间同步性。通过计算从发出主时钟信息到发送到目标节点接受该信息并产生中断之间的时间差,可以得出延迟时间。然后通过延时补偿来达到时间同步。软件授时成本低,可由于同步信息在网络上传输的延迟大且有很大的不确定性,所以授时精度低(通常为10-6秒到10-3秒)。


综合考虑,本文的时钟同步方案采用的是硬件时钟同步,各节点根据系统中指定的主时钟来调整它们的时钟,具体实现方法是:添加硬件时钟同步信号线CONCLK用来传输时间同步信号,同步控制信号周期为2ms,以同步信号的上升沿作为同步点。在控制器中设置同步信号发生器,并在各个驱动器内部设置同步接受单元。驱动器从站的同步接受单元检测到主战的CONCLK上升沿后,各从站时钟同时清零。这样定期清零不仅保持了各从站时钟的一致性,同时也避免了同步误差的累计。为了提高模块同步信号的抗干扰能力,采用平衡差分驱动方式传输同步信号。使用光耦隔离,可以使主站和从站的信号互不干扰。主、从站同步信号电路如图3。

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图3 主站、从站同步信号电路图




上位机同步运动数据的生产


同步运动数据的产生任务放在到北京首科凯奇电气技术有限公司开发的软PLC -ComacPLC系统中。该公司的软PLC系统,硬件系统采用的是工业计算机平台,操作系统采用的是微软推出的WinCE嵌入式操作系统。在此软PLC系统中,建立了快逻辑任务和慢逻辑任务,快逻辑用于对时间要求高的场合,如紧急情况处理,高精度采样等情况,慢逻辑任务主要用于一般对时间要求不高的场合。快逻辑任务是一个需要定时执行的任务(类似于中断服务程序),该任务必须在一个系统采样周期内执行完成,慢逻辑任务是一个无限循环,它可以在几个系统采样周期内完成[2]。快逻辑任务通过定时控制器8254来完成定时,定时周期为1毫秒。在执行过程中每一次采样周期都执行一次快逻辑任务,产生成同步运动数据。为了保持各个从动轴相对于主轴的同步关系,建立运动参考数据源来虚拟主轴运动状态。在每个系统采样周期中,根据虚拟主轴的运动状态,以及各个从动轴的同步运动要求,分别计算各个从动轴的位置信息,产生各个从动轴的同步运动数据,放入CAN控制器的发送队列等待发送,如图4。把运动数据产生和运算任务放在快逻辑任务中,保证产生运动数据的实时性。

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图4 同步运动数据的产生




同步接口技术协议


本系统总线波特率设为1Mbps,位传输时间τbit为1×10-6秒。每个数据帧由8个字节组成,发送报文数据帧长度固定为131位(29位标识符),反馈报文长度为99位。数据帧传送时间Cm=131μs。把同步控制信号线CONCLK,作为同步周期信号线和报文的基准信号线。同步控制信号周期为2ms,高电平有效,信号电平宽度为10。正常通讯时,一个控制周期内CAN网络可以传送16个同步数据报文。控制器在CONCLK 上跳沿之后50μs内发出指令报文,驱动器在接受到指令报文后100微秒内发出反馈报文。指令报文内容包括位置指令值、逻辑接口信号输入,其中位置指令占用4个字节(32位),逻辑接口信号输入占用一个字节。逻辑接口信号输入包括驱动器使能、复位等指令。在反馈报文中,包括伺服运行状态信息和故障信息,通信时序如图5。

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图5 通讯时序图




结束语


本文针对传统的机械长轴印刷机同步控制系统,提出了以控制器为核心的现场总线控制系统,以CAN现场总线实现在控制器和伺服之间的通信。此方案不仅克服了传统机械长轴控制方案的各种机械元件带来的缺点,而且还具有同步性能好、各伺服单元不互相干扰、控制精度高、维护方便等优点。


这种方法实现同步的特点在于利用了CAN总线可靠性高、传输时间短、抗干扰能力强,和数字伺服的位置精度高、全闭环的优点。
 
 
 
 
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交流伺服电机振动故障的分析与解决方案!

设备硬件类 不见不散 2017-02-13 15:51 发表了文章 来自相关话题

  交流伺服系统包括:伺服驱动器、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光电编码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行;驱动器从外部接收参数信息,然后将一定电流输送给电机,通过电机转换成扭矩带动负载,负载根据自己的特性进行动作或加减速,传感器测量负载的位置,使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较,然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致,当负载突然变化引起速度变化时,编码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器,驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化,并重新返回到设定的速度。





 
  交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统,负载波动和速度矫正之间的时间滞后响应是非常快的。
二、交流伺服电机振动故障分析
   以下对交流伺服电机振动故障的分析主要从机械方面和电气方面进行。
   1.机械方面
   (1)电机两端和丝杠轴承座上的轴承磨损后间隙过大,或者轴承缺少润滑脂后轴承滚动体和保持架磨损严重造成负载过重。轴承磨损后间隙过大会造成电机转子中心和丝杠中心存在同轴度误差,使机械系统产生抖动。轴承滚动体和保持架磨损严重会造成摩擦力增加导致“堵转”,“堵转”在不至于导致“过载报警”的情况下,由于负载过重,会增加伺服系统的响应时间产生振动。
交流伺服电机振动故障的分析与解决方案
   (2)电机转子不平衡,电机转子的动平衡制造时有缺陷或使用后变差,就会产生形如“振动电机”一样的振动源。
  (3)转轴弯曲,转轴弯曲的情况类似于转子不平衡,除了会产生振动源也会产生电机转子中心和丝杠中心的同轴度误差,使机械传动系统产生抖动。
   (4)联轴器制造缺陷或使用后磨损会造成联轴器两部分的同轴度误差,特别是使用铸造的刚性联轴器,由于本身的制造精度差,更容易产生同轴度误差导致振动。
   (5)导轨的平行度在制造时较差会导致伺服系统无法到达指定位置到无法停留在指定位置,这时伺服电机会不停的在努力寻找位置和系统反馈间徘徊,使电机连续的振动。
   (6)丝杠与导轨平面的平行度误差,丝杠在安装过程中与导轨所在平面有平行度误差也会使电机由于负载不均匀产生振动。
   (7)丝杠弯曲,丝杠弯曲后丝杠除了受到轴向推力外还会受到变化的径向力,弯曲大时径向力大,弯曲小时径向力小,同样这种不应该存在的径向力也会使机械传动系统产生振动。
   2.电气方面
   导致交流伺服电机电气方面的原因主要是伺服驱动器的参数调整上。
   (1)负载惯量,负载惯量的设置一般与负载的大小有关,过大的负载惯量参数会使系统产生振动,一般的交流伺服电机可以自动测量系统的负载惯量;
   (2)速度比例增益,设置值越大,增益越高,系统刚度越大,参数值根据具体的伺服驱动器型号和负载情况确定,一般情况下,负载惯量越大,设定值越大,在系统不产生振动的情况下,设定值尽量较大,但是增益越大,偏差越小,越容易产生振动;
   (3)速度积分常数,一般情况下负载惯量越大,设定值越大,系统不产生振动的情况下,设定值尽量较小,但是降低积分增益会使机床响应迟缓,刚性变差;
   (4)位置比例增益,设置值越大,增益越高,刚度越大,相同频率指令脉冲条件下,位置滞后量越小,数值太大可能会引起电机振动;
   (5)加速度反馈增益,电机不转时,很小的偏移会被速度环的比例增益放大,速度反馈产生相应的转矩,使电机来回抖动。
   三、交流伺服电机振动故障根据现场判断解决
   知道了那些方面会导致交流伺服电机产生振动故障,实际维修中如何将故障范围进一步缩小进而锁定故障原因是个难点,需要结合具体的现场信息来综合判断。
   (1)故障发生在新设备开机调试后,发生在这个时段内的故障最复杂,可能是由于机械制造方面的原因,也有可能是参数调整不正确的原因,需要一步步的排除,排除的原则是先排除简单的原因,后排除复杂的,如果是数控系统装有两台以上相同的驱动器和交流伺服电机,其中一台电机产生振动,可以采用最简单的“对换法”将两台交流伺服电机的伺服驱动器对换,利用此法可以快速判断问题是否出在伺服驱动器参数设置上;
   (2)故障发生在设备运行使用很长时间以后,这种情况基本可以排除伺服驱动器参数设置问题,因为如果参数设置不当,早就应该反映出问题了;
   (3)故障发生在刚刚开机后,如果刚刚开机交流伺服电机就产生振动,这种情况下可以确定是在数控系统自动寻在机床原点时发生了机械卡阻导致电机不能到达指定位置或到达指定位置后产生反复,这种情况下一般是机械故障;
   (4)故障发生在机床正在加工工件时,这样的情况首先考虑是由于加工时负载增加而导致的振动,围绕负载增加检查原因;
   (5)故障连续规律发生或断续无规律发生,故障连续发生时说明导致电机振动的故障原因一直存在,而断续无规律发生时说明导致电机振动的故障原因有时会发生变化,这种情况如果负载没有很大的变化基本可以排除伺服驱动器参数设置的原因。
   四、结语
   导致交流伺服电机的振动故障是多方面复杂的原因,从实际操作中总结发现机械故障或机械故障导致的电机故障原因比例较大,在排除这类故障时需要掌握交流伺服系统的工作原理,了解哪些原因容易引起电机振动故障,同时结合现场情况综合判断,才能彻底解决交流伺服电机的振动故障。
摘自:工控论坛 查看全部
  交流伺服系统包括:伺服驱动器、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光电编码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行;驱动器从外部接收参数信息,然后将一定电流输送给电机,通过电机转换成扭矩带动负载,负载根据自己的特性进行动作或加减速,传感器测量负载的位置,使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较,然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致,当负载突然变化引起速度变化时,编码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器,驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化,并重新返回到设定的速度。

松下.jpg

 
  交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统,负载波动和速度矫正之间的时间滞后响应是非常快的。
二、交流伺服电机振动故障分析
   以下对交流伺服电机振动故障的分析主要从机械方面和电气方面进行。
   1.机械方面
   (1)电机两端和丝杠轴承座上的轴承磨损后间隙过大,或者轴承缺少润滑脂后轴承滚动体和保持架磨损严重造成负载过重。轴承磨损后间隙过大会造成电机转子中心和丝杠中心存在同轴度误差,使机械系统产生抖动。轴承滚动体和保持架磨损严重会造成摩擦力增加导致“堵转”,“堵转”在不至于导致“过载报警”的情况下,由于负载过重,会增加伺服系统的响应时间产生振动。
交流伺服电机振动故障的分析与解决方案
   (2)电机转子不平衡,电机转子的动平衡制造时有缺陷或使用后变差,就会产生形如“振动电机”一样的振动源。
  (3)转轴弯曲,转轴弯曲的情况类似于转子不平衡,除了会产生振动源也会产生电机转子中心和丝杠中心的同轴度误差,使机械传动系统产生抖动。
   (4)联轴器制造缺陷或使用后磨损会造成联轴器两部分的同轴度误差,特别是使用铸造的刚性联轴器,由于本身的制造精度差,更容易产生同轴度误差导致振动。
   (5)导轨的平行度在制造时较差会导致伺服系统无法到达指定位置到无法停留在指定位置,这时伺服电机会不停的在努力寻找位置和系统反馈间徘徊,使电机连续的振动。
   (6)丝杠与导轨平面的平行度误差,丝杠在安装过程中与导轨所在平面有平行度误差也会使电机由于负载不均匀产生振动。
   (7)丝杠弯曲,丝杠弯曲后丝杠除了受到轴向推力外还会受到变化的径向力,弯曲大时径向力大,弯曲小时径向力小,同样这种不应该存在的径向力也会使机械传动系统产生振动。
   2.电气方面
   导致交流伺服电机电气方面的原因主要是伺服驱动器的参数调整上。
   (1)负载惯量,负载惯量的设置一般与负载的大小有关,过大的负载惯量参数会使系统产生振动,一般的交流伺服电机可以自动测量系统的负载惯量;
   (2)速度比例增益,设置值越大,增益越高,系统刚度越大,参数值根据具体的伺服驱动器型号和负载情况确定,一般情况下,负载惯量越大,设定值越大,在系统不产生振动的情况下,设定值尽量较大,但是增益越大,偏差越小,越容易产生振动;
   (3)速度积分常数,一般情况下负载惯量越大,设定值越大,系统不产生振动的情况下,设定值尽量较小,但是降低积分增益会使机床响应迟缓,刚性变差;
   (4)位置比例增益,设置值越大,增益越高,刚度越大,相同频率指令脉冲条件下,位置滞后量越小,数值太大可能会引起电机振动;
   (5)加速度反馈增益,电机不转时,很小的偏移会被速度环的比例增益放大,速度反馈产生相应的转矩,使电机来回抖动。
   三、交流伺服电机振动故障根据现场判断解决
   知道了那些方面会导致交流伺服电机产生振动故障,实际维修中如何将故障范围进一步缩小进而锁定故障原因是个难点,需要结合具体的现场信息来综合判断。
   (1)故障发生在新设备开机调试后,发生在这个时段内的故障最复杂,可能是由于机械制造方面的原因,也有可能是参数调整不正确的原因,需要一步步的排除,排除的原则是先排除简单的原因,后排除复杂的,如果是数控系统装有两台以上相同的驱动器和交流伺服电机,其中一台电机产生振动,可以采用最简单的“对换法”将两台交流伺服电机的伺服驱动器对换,利用此法可以快速判断问题是否出在伺服驱动器参数设置上;
   (2)故障发生在设备运行使用很长时间以后,这种情况基本可以排除伺服驱动器参数设置问题,因为如果参数设置不当,早就应该反映出问题了;
   (3)故障发生在刚刚开机后,如果刚刚开机交流伺服电机就产生振动,这种情况下可以确定是在数控系统自动寻在机床原点时发生了机械卡阻导致电机不能到达指定位置或到达指定位置后产生反复,这种情况下一般是机械故障;
   (4)故障发生在机床正在加工工件时,这样的情况首先考虑是由于加工时负载增加而导致的振动,围绕负载增加检查原因;
   (5)故障连续规律发生或断续无规律发生,故障连续发生时说明导致电机振动的故障原因一直存在,而断续无规律发生时说明导致电机振动的故障原因有时会发生变化,这种情况如果负载没有很大的变化基本可以排除伺服驱动器参数设置的原因。
   四、结语
   导致交流伺服电机的振动故障是多方面复杂的原因,从实际操作中总结发现机械故障或机械故障导致的电机故障原因比例较大,在排除这类故障时需要掌握交流伺服系统的工作原理,了解哪些原因容易引起电机振动故障,同时结合现场情况综合判断,才能彻底解决交流伺服电机的振动故障。
摘自:工控论坛
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伺服电机使用中的这些问题,不容忽视

电气控制类 Winterfall 2016-12-15 10:13 发表了文章 来自相关话题

伺服系统是机电产品中的重要环节,它能提供最高水平的动态响应和扭矩密度,所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动,以便使系统性能达到一个全新的水平,包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了实现伺服电机的更好性能,就必须对伺服电机的一些使用特点有所了解。

本文将浅析伺服电机在使用中的常见问题。

问题一噪声,不稳定

客户在一些机械上使用伺服电机时,经常会发生噪声过大,电机带动负载运转不稳定等现象,出现此问题时,许多使用者的第一反应就是伺服电机质量不好,因为有时换成步进电机或是变频电机来拖动负载,噪声和不稳定现象却反而小很多。表面上看,确实是伺服电机的原故,但我们仔细分析伺服电机的工作原理后,会发现这种结论是完全错误的。

交流伺服系统包括:伺服驱动、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光学偏码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行:驱动器从外部接收参数信息,然后将一定电流输送给电机,通过电机转换成扭矩带动负载,负载根据它自己的特性进行动作或加减速,传感器测量负载的位置,使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较,然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致,当负载突然变化引起速度变化时,偏码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器,驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化,并重新返回到设定的速度。交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统,负载波动和速度较正之间的时间滞后响应是非常快的,此时,真正限制了系统响应效果的是机械连接装置的传递时间。

举一个简单例子:有一台机械,是用伺服电机通过V形带传动一个恒定速度、大惯性的负载。整个系统需要获得恒定的速度和较快的响应特性,分析其动作过程。

当驱动器将电流送到电机时,电机立即产生扭矩;一开始,由于V形带会有弹性,负载不会加速到像电机那样快;伺服电机会比负载提前到达设定的速度,此时装在电机上的偏码器会削弱电流,继而削弱扭矩;随着V型带张力的不断增加会使电机速度变慢,此时驱动器又会去增加电流,周而复始。

在此例中,系统是振荡的,电机扭矩是波动的,负载速度也随之波动。其结果当然会是噪音、磨损、不稳定了。不过,这都不是由伺服电机引起的,这种噪声和不稳定性,是来源于机械传动装置,是由于伺服系统反应速度(高)与机械传递或者反应时间(较长)不相匹配而引起的,即伺服电机响应快于系统调整新的扭矩所需的时间。

找到了问题根源所在,再来解决当然就容易多了,针对以上例子,您可以:

(1)增加机械刚性和降低系统的惯性,减少机械传动部位的响应时间,如把V形带更换成直接丝杆传动或用齿轮箱代替V型带;

(2)降低伺服系统的响应速度,减少伺服系统的控制带宽,如降低伺服系统的增益参数值。

当然,以上只是噪声、不稳定的原因之一,针对不同的原因,会有不同的解决办法,如由机械共振引起的噪声,在伺服方面可采取共振抑制,低通滤波等方法,总之,噪声和不稳定的原因,基本上都不会是由于伺服电机本身所造成。

问题二惯性匹配

在伺服系统选型及调试中,常会碰到惯量问题!

具体表现为:

1、在伺服系统选型时,除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外,我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量,再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机;

2、在调试时(手动模式下),正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前题,此点在要求高速高精度的系统上表现由为突出(台达伺服惯量比参数为1-37,JL/JM)。这样,就有了惯量匹配的问题!

那到底什么是“惯量匹配”呢?

1、根据牛顿第二定律:“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J×角加速度θ

角加速度θ影响系统的动态特性,θ越小,则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长,系统反应越慢。如果θ变化,则系统反应将忽快忽慢,影响加工精度。由于马达选定后最大输出T值不变,如果希望θ的变化小,则J应该尽量小。

2、进给轴的总惯量“J=伺服电机的旋转惯性动量JM+电机轴换算的负载惯性动量JL

负载惯量JL由(以工具机为例)工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。JM为伺服电机转子惯量,伺服电机选定后,此值就为定值,而JL则随工件等负载改变而变化。如果希望J变化率小些,则最好使JL所占比例小些。这就是通俗意义上的“惯量匹配”。

知道了什么是惯量匹配,那惯量匹配具体有什么影响又如何确定呢?

影响:

传动惯量对伺服系统的精度,稳定性,动态响应都有影响,惯量大,系统的机械常数大,响应慢,会使系统的固有频率下降,容易产生谐振,因而限制了伺服带宽,影响了伺服精度和响应速度,惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利,因此,机械设计时在不影响系统刚度的条件下,应尽量减小惯量。

确定:

衡量机械系统的动态特性时,惯量越小,系统的动态特性反应越好;惯量越大,马达的负载也就越大,越难控制,但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。不同的机构,对惯量匹配原则有不同的选择,且有不同的作用表现。例如,CNC中心机通过伺服电机作高速切削时,当负载惯量增加时,会发生:

(1)控制指令改变时,马达需花费较多时间才能达到新指令的速度要求;

(2)当机台沿二轴执行弧式曲线快速切削时,会发生较大误差:

①一般伺服电机通常状况下,当JL≦JM,则上面的问题不会发生

②当JL=3×JM,则马达的可控性会些微降低,但对平常的金属切削不会有影响。(高速曲线切削一般建议JL≦JM)

③当JL≧3×JM,马达的可控性会明显下降,在高速曲线切削时表现突出

不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求,惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质量要求来确定。

问题三伺服电机选型

在选择好机械传动方案以后,就必须对伺服电机的型号和大小进行选择和确认。

(1)选型条件  —  一般情况下,选择伺服电机需满足下列情况:

  ●    马达最大转速>系统所需之最高移动转速;

  ●    马达的转子惯量与负载惯量相匹配;

  ●    连续负载工作扭力≦马达额定扭力;

  ●    马达最大输出扭力>系统所需最大扭力(加速时扭力)。

(2)选型计算:

  ●    惯量匹配计算(JL/JM)

  ●    回转速度计算(负载端转速,马达端转速)

  ●    负载扭矩计算(连续负载工作扭矩,加速时扭矩)
 
 
 
 
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伺服系统是机电产品中的重要环节,它能提供最高水平的动态响应和扭矩密度,所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动,以便使系统性能达到一个全新的水平,包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了实现伺服电机的更好性能,就必须对伺服电机的一些使用特点有所了解。

本文将浅析伺服电机在使用中的常见问题。

问题一噪声,不稳定

客户在一些机械上使用伺服电机时,经常会发生噪声过大,电机带动负载运转不稳定等现象,出现此问题时,许多使用者的第一反应就是伺服电机质量不好,因为有时换成步进电机或是变频电机来拖动负载,噪声和不稳定现象却反而小很多。表面上看,确实是伺服电机的原故,但我们仔细分析伺服电机的工作原理后,会发现这种结论是完全错误的。

交流伺服系统包括:伺服驱动、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光学偏码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行:驱动器从外部接收参数信息,然后将一定电流输送给电机,通过电机转换成扭矩带动负载,负载根据它自己的特性进行动作或加减速,传感器测量负载的位置,使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较,然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致,当负载突然变化引起速度变化时,偏码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器,驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化,并重新返回到设定的速度。交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统,负载波动和速度较正之间的时间滞后响应是非常快的,此时,真正限制了系统响应效果的是机械连接装置的传递时间。

举一个简单例子:有一台机械,是用伺服电机通过V形带传动一个恒定速度、大惯性的负载。整个系统需要获得恒定的速度和较快的响应特性,分析其动作过程。

当驱动器将电流送到电机时,电机立即产生扭矩;一开始,由于V形带会有弹性,负载不会加速到像电机那样快;伺服电机会比负载提前到达设定的速度,此时装在电机上的偏码器会削弱电流,继而削弱扭矩;随着V型带张力的不断增加会使电机速度变慢,此时驱动器又会去增加电流,周而复始。

在此例中,系统是振荡的,电机扭矩是波动的,负载速度也随之波动。其结果当然会是噪音、磨损、不稳定了。不过,这都不是由伺服电机引起的,这种噪声和不稳定性,是来源于机械传动装置,是由于伺服系统反应速度(高)与机械传递或者反应时间(较长)不相匹配而引起的,即伺服电机响应快于系统调整新的扭矩所需的时间。

找到了问题根源所在,再来解决当然就容易多了,针对以上例子,您可以:

(1)增加机械刚性和降低系统的惯性,减少机械传动部位的响应时间,如把V形带更换成直接丝杆传动或用齿轮箱代替V型带;

(2)降低伺服系统的响应速度,减少伺服系统的控制带宽,如降低伺服系统的增益参数值。

当然,以上只是噪声、不稳定的原因之一,针对不同的原因,会有不同的解决办法,如由机械共振引起的噪声,在伺服方面可采取共振抑制,低通滤波等方法,总之,噪声和不稳定的原因,基本上都不会是由于伺服电机本身所造成。

问题二惯性匹配

在伺服系统选型及调试中,常会碰到惯量问题!

具体表现为:

1、在伺服系统选型时,除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外,我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量,再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机;

2、在调试时(手动模式下),正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前题,此点在要求高速高精度的系统上表现由为突出(台达伺服惯量比参数为1-37,JL/JM)。这样,就有了惯量匹配的问题!

那到底什么是“惯量匹配”呢?

1、根据牛顿第二定律:“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J×角加速度θ

角加速度θ影响系统的动态特性,θ越小,则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长,系统反应越慢。如果θ变化,则系统反应将忽快忽慢,影响加工精度。由于马达选定后最大输出T值不变,如果希望θ的变化小,则J应该尽量小。

2、进给轴的总惯量“J=伺服电机的旋转惯性动量JM+电机轴换算的负载惯性动量JL

负载惯量JL由(以工具机为例)工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。JM为伺服电机转子惯量,伺服电机选定后,此值就为定值,而JL则随工件等负载改变而变化。如果希望J变化率小些,则最好使JL所占比例小些。这就是通俗意义上的“惯量匹配”。

知道了什么是惯量匹配,那惯量匹配具体有什么影响又如何确定呢?

影响:

传动惯量对伺服系统的精度,稳定性,动态响应都有影响,惯量大,系统的机械常数大,响应慢,会使系统的固有频率下降,容易产生谐振,因而限制了伺服带宽,影响了伺服精度和响应速度,惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利,因此,机械设计时在不影响系统刚度的条件下,应尽量减小惯量。

确定:

衡量机械系统的动态特性时,惯量越小,系统的动态特性反应越好;惯量越大,马达的负载也就越大,越难控制,但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。不同的机构,对惯量匹配原则有不同的选择,且有不同的作用表现。例如,CNC中心机通过伺服电机作高速切削时,当负载惯量增加时,会发生:

(1)控制指令改变时,马达需花费较多时间才能达到新指令的速度要求;

(2)当机台沿二轴执行弧式曲线快速切削时,会发生较大误差:

①一般伺服电机通常状况下,当JL≦JM,则上面的问题不会发生

②当JL=3×JM,则马达的可控性会些微降低,但对平常的金属切削不会有影响。(高速曲线切削一般建议JL≦JM)

③当JL≧3×JM,马达的可控性会明显下降,在高速曲线切削时表现突出

不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求,惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质量要求来确定。

问题三伺服电机选型

在选择好机械传动方案以后,就必须对伺服电机的型号和大小进行选择和确认。

(1)选型条件  —  一般情况下,选择伺服电机需满足下列情况:

  ●    马达最大转速>系统所需之最高移动转速;

  ●    马达的转子惯量与负载惯量相匹配;

  ●    连续负载工作扭力≦马达额定扭力;

  ●    马达最大输出扭力>系统所需最大扭力(加速时扭力)。

(2)选型计算:

  ●    惯量匹配计算(JL/JM)

  ●    回转速度计算(负载端转速,马达端转速)

  ●    负载扭矩计算(连续负载工作扭矩,加速时扭矩)
 
 
 
 
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伺服电机使用中的这些问题,不容忽视

电气控制类 凯麦亿精密机械 2016-12-14 11:19 发表了文章 来自相关话题

伺服系统是机电产品中的重要环节,它能提供最高水平的动态响应和扭矩密度,所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动,以便使系统性能达到一个全新的水平,包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了实现伺服电机的更好性能,就必须对伺服电机的一些使用特点有所了解。


本文将浅析伺服电机在使用中的常见问题。



问题一噪声,不稳定


客户在一些机械上使用伺服电机时,经常会发生噪声过大,电机带动负载运转不稳定等现象,出现此问题时,许多使用者的第一反应就是伺服电机质量不好,因为有时换成步进电机或是变频电机来拖动负载,噪声和不稳定现象却反而小很多。表面上看,确实是伺服电机的原故,但我们仔细分析伺服电机的工作原理后,会发现这种结论是完全错误的。


交流伺服系统包括:伺服驱动、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光学偏码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行:驱动器从外部接收参数信息,然后将一定电流输送给电机,通过电机转换成扭矩带动负载,负载根据它自己的特性进行动作或加减速,传感器测量负载的位置,使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较,然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致,当负载突然变化引起速度变化时,偏码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器,驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化,并重新返回到设定的速度。交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统,负载波动和速度较正之间的时间滞后响应是非常快的,此时,真正限制了系统响应效果的是机械连接装置的传递时间。


举一个简单例子:有一台机械,是用伺服电机通过V形带传动一个恒定速度、大惯性的负载。整个系统需要获得恒定的速度和较快的响应特性,分析其动作过程。


当驱动器将电流送到电机时,电机立即产生扭矩;一开始,由于V形带会有弹性,负载不会加速到像电机那样快;伺服电机会比负载提前到达设定的速度,此时装在电机上的偏码器会削弱电流,继而削弱扭矩;随着V型带张力的不断增加会使电机速度变慢,此时驱动器又会去增加电流,周而复始。


在此例中,系统是振荡的,电机扭矩是波动的,负载速度也随之波动。其结果当然会是噪音、磨损、不稳定了。不过,这都不是由伺服电机引起的,这种噪声和不稳定性,是来源于机械传动装置,是由于伺服系统反应速度(高)与机械传递或者反应时间(较长)不相匹配而引起的,即伺服电机响应快于系统调整新的扭矩所需的时间。



找到了问题根源所在,再来解决当然就容易多了,针对以上例子,您可以:


(1)增加机械刚性和降低系统的惯性,减少机械传动部位的响应时间,如把V形带更换成直接丝杆传动或用齿轮箱代替V型带;

(2)降低伺服系统的响应速度,减少伺服系统的控制带宽,如降低伺服系统的增益参数值。


当然,以上只是噪声、不稳定的原因之一,针对不同的原因,会有不同的解决办法,如由机械共振引起的噪声,在伺服方面可采取共振抑制,低通滤波等方法,总之,噪声和不稳定的原因,基本上都不会是由于伺服电机本身所造成。



问题二惯性匹配


在伺服系统选型及调试中,常会碰到惯量问题!


具体表现为:


1、在伺服系统选型时,除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外,我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量,再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机;

2、在调试时(手动模式下),正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前题,此点在要求高速高精度的系统上表现由为突出(台达伺服惯量比参数为1-37,JL/JM)。这样,就有了惯量匹配的问题!



那到底什么是“惯量匹配”呢?


1、根据牛顿第二定律:“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J×角加速度θ

角加速度θ影响系统的动态特性,θ越小,则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长,系统反应越慢。如果θ变化,则系统反应将忽快忽慢,影响加工精度。由于马达选定后最大输出T值不变,如果希望θ的变化小,则J应该尽量小。


2、进给轴的总惯量“J=伺服电机的旋转惯性动量JM+电机轴换算的负载惯性动量JL

负载惯量JL由(以工具机为例)工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。JM为伺服电机转子惯量,伺服电机选定后,此值就为定值,而JL则随工件等负载改变而变化。如果希望J变化率小些,则最好使JL所占比例小些。这就是通俗意义上的“惯量匹配”。


知道了什么是惯量匹配,那惯量匹配具体有什么影响又如何确定呢?


影响:

传动惯量对伺服系统的精度,稳定性,动态响应都有影响,惯量大,系统的机械常数大,响应慢,会使系统的固有频率下降,容易产生谐振,因而限制了伺服带宽,影响了伺服精度和响应速度,惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利,因此,机械设计时在不影响系统刚度的条件下,应尽量减小惯量。


确定:


衡量机械系统的动态特性时,惯量越小,系统的动态特性反应越好;惯量越大,马达的负载也就越大,越难控制,但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。不同的机构,对惯量匹配原则有不同的选择,且有不同的作用表现。例如,CNC中心机通过伺服电机作高速切削时,当负载惯量增加时,会发生:

(1)控制指令改变时,马达需花费较多时间才能达到新指令的速度要求;

(2)当机台沿二轴执行弧式曲线快速切削时,会发生较大误差:

①一般伺服电机通常状况下,当JL≦JM,则上面的问题不会发生

②当JL=3×JM,则马达的可控性会些微降低,但对平常的金属切削不会有影响。(高速曲线切削一般建议JL≦JM)

③当JL≧3×JM,马达的可控性会明显下降,在高速曲线切削时表现突出


不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求,惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质量要求来确定。



问题三伺服电机选型


在选择好机械传动方案以后,就必须对伺服电机的型号和大小进行选择和确认。


(1)选型条件  —  一般情况下,选择伺服电机需满足下列情况:

  ●    马达最大转速>系统所需之最高移动转速;

  ●    马达的转子惯量与负载惯量相匹配;

  ●    连续负载工作扭力≦马达额定扭力;

  ●    马达最大输出扭力>系统所需最大扭力(加速时扭力)。



(2)选型计算:

  ●    惯量匹配计算(JL/JM)

  ●    回转速度计算(负载端转速,马达端转速)

  ●    负载扭矩计算(连续负载工作扭矩,加速时扭矩)
 
 
 
 
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伺服系统是机电产品中的重要环节,它能提供最高水平的动态响应和扭矩密度,所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动,以便使系统性能达到一个全新的水平,包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了实现伺服电机的更好性能,就必须对伺服电机的一些使用特点有所了解。


本文将浅析伺服电机在使用中的常见问题。



问题一噪声,不稳定


客户在一些机械上使用伺服电机时,经常会发生噪声过大,电机带动负载运转不稳定等现象,出现此问题时,许多使用者的第一反应就是伺服电机质量不好,因为有时换成步进电机或是变频电机来拖动负载,噪声和不稳定现象却反而小很多。表面上看,确实是伺服电机的原故,但我们仔细分析伺服电机的工作原理后,会发现这种结论是完全错误的。


交流伺服系统包括:伺服驱动、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光学偏码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行:驱动器从外部接收参数信息,然后将一定电流输送给电机,通过电机转换成扭矩带动负载,负载根据它自己的特性进行动作或加减速,传感器测量负载的位置,使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较,然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致,当负载突然变化引起速度变化时,偏码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器,驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化,并重新返回到设定的速度。交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统,负载波动和速度较正之间的时间滞后响应是非常快的,此时,真正限制了系统响应效果的是机械连接装置的传递时间。


举一个简单例子:有一台机械,是用伺服电机通过V形带传动一个恒定速度、大惯性的负载。整个系统需要获得恒定的速度和较快的响应特性,分析其动作过程。


当驱动器将电流送到电机时,电机立即产生扭矩;一开始,由于V形带会有弹性,负载不会加速到像电机那样快;伺服电机会比负载提前到达设定的速度,此时装在电机上的偏码器会削弱电流,继而削弱扭矩;随着V型带张力的不断增加会使电机速度变慢,此时驱动器又会去增加电流,周而复始。


在此例中,系统是振荡的,电机扭矩是波动的,负载速度也随之波动。其结果当然会是噪音、磨损、不稳定了。不过,这都不是由伺服电机引起的,这种噪声和不稳定性,是来源于机械传动装置,是由于伺服系统反应速度(高)与机械传递或者反应时间(较长)不相匹配而引起的,即伺服电机响应快于系统调整新的扭矩所需的时间。



找到了问题根源所在,再来解决当然就容易多了,针对以上例子,您可以:


(1)增加机械刚性和降低系统的惯性,减少机械传动部位的响应时间,如把V形带更换成直接丝杆传动或用齿轮箱代替V型带;

(2)降低伺服系统的响应速度,减少伺服系统的控制带宽,如降低伺服系统的增益参数值。


当然,以上只是噪声、不稳定的原因之一,针对不同的原因,会有不同的解决办法,如由机械共振引起的噪声,在伺服方面可采取共振抑制,低通滤波等方法,总之,噪声和不稳定的原因,基本上都不会是由于伺服电机本身所造成。



问题二惯性匹配


在伺服系统选型及调试中,常会碰到惯量问题!


具体表现为:


1、在伺服系统选型时,除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外,我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量,再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机;

2、在调试时(手动模式下),正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前题,此点在要求高速高精度的系统上表现由为突出(台达伺服惯量比参数为1-37,JL/JM)。这样,就有了惯量匹配的问题!



那到底什么是“惯量匹配”呢?


1、根据牛顿第二定律:“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J×角加速度θ

角加速度θ影响系统的动态特性,θ越小,则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长,系统反应越慢。如果θ变化,则系统反应将忽快忽慢,影响加工精度。由于马达选定后最大输出T值不变,如果希望θ的变化小,则J应该尽量小。


2、进给轴的总惯量“J=伺服电机的旋转惯性动量JM+电机轴换算的负载惯性动量JL

负载惯量JL由(以工具机为例)工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。JM为伺服电机转子惯量,伺服电机选定后,此值就为定值,而JL则随工件等负载改变而变化。如果希望J变化率小些,则最好使JL所占比例小些。这就是通俗意义上的“惯量匹配”。


知道了什么是惯量匹配,那惯量匹配具体有什么影响又如何确定呢?


影响:

传动惯量对伺服系统的精度,稳定性,动态响应都有影响,惯量大,系统的机械常数大,响应慢,会使系统的固有频率下降,容易产生谐振,因而限制了伺服带宽,影响了伺服精度和响应速度,惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利,因此,机械设计时在不影响系统刚度的条件下,应尽量减小惯量。


确定:


衡量机械系统的动态特性时,惯量越小,系统的动态特性反应越好;惯量越大,马达的负载也就越大,越难控制,但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。不同的机构,对惯量匹配原则有不同的选择,且有不同的作用表现。例如,CNC中心机通过伺服电机作高速切削时,当负载惯量增加时,会发生:

(1)控制指令改变时,马达需花费较多时间才能达到新指令的速度要求;

(2)当机台沿二轴执行弧式曲线快速切削时,会发生较大误差:

①一般伺服电机通常状况下,当JL≦JM,则上面的问题不会发生

②当JL=3×JM,则马达的可控性会些微降低,但对平常的金属切削不会有影响。(高速曲线切削一般建议JL≦JM)

③当JL≧3×JM,马达的可控性会明显下降,在高速曲线切削时表现突出


不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求,惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质量要求来确定。



问题三伺服电机选型


在选择好机械传动方案以后,就必须对伺服电机的型号和大小进行选择和确认。


(1)选型条件  —  一般情况下,选择伺服电机需满足下列情况:

  ●    马达最大转速>系统所需之最高移动转速;

  ●    马达的转子惯量与负载惯量相匹配;

  ●    连续负载工作扭力≦马达额定扭力;

  ●    马达最大输出扭力>系统所需最大扭力(加速时扭力)。



(2)选型计算:

  ●    惯量匹配计算(JL/JM)

  ●    回转速度计算(负载端转速,马达端转速)

  ●    负载扭矩计算(连续负载工作扭矩,加速时扭矩)
 
 
 
 
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伺服电机故障分析大全

电气控制类 妙莲华 2016-11-21 14:19 发表了文章 来自相关话题

三相交流伺服电机应用广泛,但经过长期运行后,会发生各种故障。及时判断故障原因,进行相应处理,是防止故障扩大,保证设备正常运行的一项重要工作。






下面深入学习下伺服电机主要的故障和分析:

电机编码器报警

1、故障原因

①接线错误;

②电磁干扰;

③机械振动导致的编码器硬件损坏;

④现场环境导致的污染;

2、故障排除

①检查接线并排除错误;

②检查屏蔽是否到位,检查布线是否合理并解决,必要时增加滤波器加以改善;

③检查机械结构,并加以改进;

④检查编码器内部是否受到污染、腐蚀(粉尘、油污等),加强防护;

3、安装及接线标准

①尽量使用原装电缆;

②分离电缆使其尽量远离污染接线,特别是高污染接线;

③尽可能始终使用内部电源。如果使用开关电源,则应使用滤波器,确保电源达到洁净等级;

④始终将公共端接地;

⑤将编码器外壳与机器结构保持绝缘并连接到电缆屏蔽层;

⑥如果无法使编码器绝缘,则可将电缆屏蔽层连接到编码器外壳和驱动器框架上的接地 (或专用端子)。

电机断轴

1、故障原因

①机械设计不合理导致径向负载力过大;

②负载端卡死或者严重的瞬间过载;

③电机和减速机装配时不同心;

2、故障排除

①核对电机样本中可承受的最大径向负载力,改进机械设计;

②检查负载端的运行情况,确认实际的工艺要求并加以改进;

③检查负载运行是否稳定,是否存在震动,并加以改进机械装配精度。

电动机空载电流不平衡,三相相差大

1、故障原因

①绕组首尾端接错;

②电源电压不平衡;

③绕组存在匝间短路、线圈反接等故障。

2、故障排除

①检查并纠正;

②测量电源电压,设法消除不平衡;

③消除绕组故障。

电动机运行时响声不正常有异响

1、故障原因

①轴承磨损或油内有砂粒等异物;

②转子铁芯松动;

③轴承缺油;

④电源电压过高或不平衡。

2、故障排除

①更换轴承或清洗轴承;

②检修转子铁芯;

③加油;

④检查并调整电源电压

电动机起动困难,额定负载时,电动机转速低于额定转速较多

1、故障原因

①电源电压过低;

②面接法电机误接;

③转子开焊或断裂;

④转子局部线圈错接、接反;

③修复电机绕组时增加匝数过多;

⑤电机过载。

2、故障排除

①测量电源电压,设法改善;

②纠正接法;

③检查开焊和断点并修复;

④查出误接处予以改正;

⑤恢复正确匝数;

⑥减载。

通电后电动机不能转动,但无异响,也无异味和冒烟?

1、故障原因

①电源未通(至少两相未通);

②熔丝熔断(至少两相熔断);

③过流继电器调得过小;

④控制设备接线错误。

2、故障排除

①检查电源回路开关,熔丝、接线盒处是否有断点,修复;

②检查熔丝型号、熔断原因,换新熔丝;

③调节继电器整定值与电动机配合;

④改正接线。

运行中电动机振动较大

1、故障原因

①由于磨损轴承间隙过大;

②气隙不均匀;

③转子不平衡;

④转轴弯曲;

⑤联轴器(皮带轮)同轴度过低。

2、故障排除

①检修轴承,必要时更换;

②调整气隙,使之均匀;

③校正转子动平衡;

④校直转轴;

⑤重新校正,使之符合规定。

通电后电机不转有嗡嗡声

1、故障原因

①转子绕组有断路(一相断线)或电源一相失电;

②绕组引出线始末端接错或绕组内部接反;

③电源回路接点松动,接触电阻大;

④电动机负载过大或转子卡住;

⑤电源电压过低;

⑥小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬;

⑦轴承卡住。

2、故障排除

①查明断点予以修复;

②检查绕组极性;判断绕组末端是否正确;

③紧固松动的接线螺丝,用万用表判断各接头是否假接,予以修复;

④减载或查出并消除机械故障,

⑤检查是否把规定的面接法误接;是否由于电源导线过细使压降过大,予以纠正,

⑥重新装配使之灵活;更换合格油脂;

⑦修复轴承。

轴承过热?

1、故障原因

①滑脂过多或过少;

②油质不好含有杂质;

③轴承与轴颈或端盖配合不当(过松或过紧);

④轴承内孔偏心,与轴相擦;

⑤电动机端盖或轴承盖未装平;

⑥电动机与负载间联轴器未校正,或皮带过紧;

⑦轴承间隙过大或过小;

⑧电动机轴弯曲。

2.故障排除

①按规定加润滑脂(容积的1/3-2/3);

②更换清洁的润滑滑脂;

③过松可用粘结剂修复,过紧应车,磨轴颈或端盖内孔,使之适合;

④修理轴承盖,消除擦点;更多精彩内容请关注微信号技成培训

⑤重新装配;

⑥重新校正,调整皮带张力;

⑦更换新轴承;

⑧校正电机轴或更换转子。

电机过热甚至冒烟?

1、故障原因

①电源电压过高;

②电源电压过低,电动机又带额定负载运行,电流过大使绕组发热;

③修理拆除绕组时,采用热拆法不当,烧伤铁芯;

④电动机过载或频繁起动;

⑤电动机缺相,两相运行;

⑥重绕后定于绕组浸漆不充分;

⑦环境温度高电动机表面污垢多,或通风道堵塞。

2、故障排除

①降低电源电压(如调整供电变压器分接头);

②提高电源电压或换粗供电导线;

③检修铁芯,排除故障;

④减载;按规定次数控制起动;

⑤恢复三相运行;

⑥采用二次浸漆及真空浸漆工艺;

⑦清洗电动机,改善环境温度,采用降温措施。
 
 
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三相交流伺服电机应用广泛,但经过长期运行后,会发生各种故障。及时判断故障原因,进行相应处理,是防止故障扩大,保证设备正常运行的一项重要工作。

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下面深入学习下伺服电机主要的故障和分析:

电机编码器报警

1、故障原因

①接线错误;

②电磁干扰;

③机械振动导致的编码器硬件损坏;

④现场环境导致的污染;

2、故障排除

①检查接线并排除错误;

②检查屏蔽是否到位,检查布线是否合理并解决,必要时增加滤波器加以改善;

③检查机械结构,并加以改进;

④检查编码器内部是否受到污染、腐蚀(粉尘、油污等),加强防护;

3、安装及接线标准

①尽量使用原装电缆;

②分离电缆使其尽量远离污染接线,特别是高污染接线;

③尽可能始终使用内部电源。如果使用开关电源,则应使用滤波器,确保电源达到洁净等级;

④始终将公共端接地;

⑤将编码器外壳与机器结构保持绝缘并连接到电缆屏蔽层;

⑥如果无法使编码器绝缘,则可将电缆屏蔽层连接到编码器外壳和驱动器框架上的接地 (或专用端子)。

电机断轴

1、故障原因

①机械设计不合理导致径向负载力过大;

②负载端卡死或者严重的瞬间过载;

③电机和减速机装配时不同心;

2、故障排除

①核对电机样本中可承受的最大径向负载力,改进机械设计;

②检查负载端的运行情况,确认实际的工艺要求并加以改进;

③检查负载运行是否稳定,是否存在震动,并加以改进机械装配精度。

电动机空载电流不平衡,三相相差大

1、故障原因

①绕组首尾端接错;

②电源电压不平衡;

③绕组存在匝间短路、线圈反接等故障。

2、故障排除

①检查并纠正;

②测量电源电压,设法消除不平衡;

③消除绕组故障。

电动机运行时响声不正常有异响

1、故障原因

①轴承磨损或油内有砂粒等异物;

②转子铁芯松动;

③轴承缺油;

④电源电压过高或不平衡。

2、故障排除

①更换轴承或清洗轴承;

②检修转子铁芯;

③加油;

④检查并调整电源电压

电动机起动困难,额定负载时,电动机转速低于额定转速较多

1、故障原因

①电源电压过低;

②面接法电机误接;

③转子开焊或断裂;

④转子局部线圈错接、接反;

③修复电机绕组时增加匝数过多;

⑤电机过载。

2、故障排除

①测量电源电压,设法改善;

②纠正接法;

③检查开焊和断点并修复;

④查出误接处予以改正;

⑤恢复正确匝数;

⑥减载。

通电后电动机不能转动,但无异响,也无异味和冒烟?

1、故障原因

①电源未通(至少两相未通);

②熔丝熔断(至少两相熔断);

③过流继电器调得过小;

④控制设备接线错误。

2、故障排除

①检查电源回路开关,熔丝、接线盒处是否有断点,修复;

②检查熔丝型号、熔断原因,换新熔丝;

③调节继电器整定值与电动机配合;

④改正接线。

运行中电动机振动较大

1、故障原因

①由于磨损轴承间隙过大;

②气隙不均匀;

③转子不平衡;

④转轴弯曲;

⑤联轴器(皮带轮)同轴度过低。

2、故障排除

①检修轴承,必要时更换;

②调整气隙,使之均匀;

③校正转子动平衡;

④校直转轴;

⑤重新校正,使之符合规定。

通电后电机不转有嗡嗡声

1、故障原因

①转子绕组有断路(一相断线)或电源一相失电;

②绕组引出线始末端接错或绕组内部接反;

③电源回路接点松动,接触电阻大;

④电动机负载过大或转子卡住;

⑤电源电压过低;

⑥小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬;

⑦轴承卡住。

2、故障排除

①查明断点予以修复;

②检查绕组极性;判断绕组末端是否正确;

③紧固松动的接线螺丝,用万用表判断各接头是否假接,予以修复;

④减载或查出并消除机械故障,

⑤检查是否把规定的面接法误接;是否由于电源导线过细使压降过大,予以纠正,

⑥重新装配使之灵活;更换合格油脂;

⑦修复轴承。

轴承过热?

1、故障原因

①滑脂过多或过少;

②油质不好含有杂质;

③轴承与轴颈或端盖配合不当(过松或过紧);

④轴承内孔偏心,与轴相擦;

⑤电动机端盖或轴承盖未装平;

⑥电动机与负载间联轴器未校正,或皮带过紧;

⑦轴承间隙过大或过小;

⑧电动机轴弯曲。

2.故障排除

①按规定加润滑脂(容积的1/3-2/3);

②更换清洁的润滑滑脂;

③过松可用粘结剂修复,过紧应车,磨轴颈或端盖内孔,使之适合;

④修理轴承盖,消除擦点;更多精彩内容请关注微信号技成培训

⑤重新装配;

⑥重新校正,调整皮带张力;

⑦更换新轴承;

⑧校正电机轴或更换转子。

电机过热甚至冒烟?

1、故障原因

①电源电压过高;

②电源电压过低,电动机又带额定负载运行,电流过大使绕组发热;

③修理拆除绕组时,采用热拆法不当,烧伤铁芯;

④电动机过载或频繁起动;

⑤电动机缺相,两相运行;

⑥重绕后定于绕组浸漆不充分;

⑦环境温度高电动机表面污垢多,或通风道堵塞。

2、故障排除

①降低电源电压(如调整供电变压器分接头);

②提高电源电压或换粗供电导线;

③检修铁芯,排除故障;

④减载;按规定次数控制起动;

⑤恢复三相运行;

⑥采用二次浸漆及真空浸漆工艺;

⑦清洗电动机,改善环境温度,采用降温措施。
 
 
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干货:伺服驱动器的问与答 — 交流伺服电动机应用趋势

电气控制类 Winterfall 2016-09-28 20:46 发表了文章 来自相关话题

伺服的应用
如果用在机床上,则控制部分硬件可以设计得相对简单一些,成本也相应低些。如果用于军工,则内部固件设计时控制算法应该更灵活,比如提供位置环滤波、速度环滤波、非线性、最优化或智能化算法。当然不需要在一个硬件部分上实现。可以面向对象做成几种类型的产品。 

而交流伺服在加工中心、自动车床、电动注塑机、机械手、印刷机、包装机、弹簧机、三坐标测量仪、电火花加工机等等方面的设备有广阔的应用。






关于步进电机和交流伺服电机的性能有较大差别。步进电机是一种离散运动的装置,它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。 

虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。如:

1、控制精度不同

2、低频特性不同

3、矩频特性不同

4、过载能力不同

5、运行性能不同

6、速度响应性能不同

交流伺服系统在性能方面优于步进电机,但在某些特定场合还是会用步进电机来做执行电动机。所以,在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素,选用适当的控制电机。

伺服电机寻找原点时,当碰到原点开关时,马上减速停止,以此点为原点。

回原点时直接寻找编码器的Z相信号,当有Z相信号时,马上减速停止。这种回原方法一般只应用在旋转轴,且回原速度不高,精度也不高。  


同步带的安装对伺服定位也有很大影响吗?这个情况,得知道伺服是不是调得很软?常见伺服是用脉冲控制的,那么,位置环的比例增益,速度环比例增益、积分时间常数分别是多少?


位置环比例增益:21rad/s 
速度环比例增益:105rad/s 
速度环积分时间常数:84ms

伺服应用的4大难题


1  怎样判断伺服电机与伺服驱动器的故障区别? 

看驱动器上的错误、报警号,然后查手册。如果连报警都没有了,那自然就是驱动器故障,当然,还有可能是根本伺服就没有故障,而是控制信号错误导致伺服没有动作。 

除了看驱动器上的错误、报警号,然后查手册外,有时最直接判断方法是更换,如X与Z轴伺服互换(型号相同才可以)。或修改参数,如把X轴锁住,不让系统检测X轴 。






但应注意:X轴与Z轴互换,即使型号相同,进口设备也可能因为负载不同、参数不同而产生问题。当然,如果是国产设备,通常不会针对使用情况调整伺服参数,一般不会有问题。但应注意X轴与Z轴电机功率转矩是否相同、电机丝杆是否直联以及电子齿轮减速比方面事宜。  

2  交流同步伺服、交流异步伺服的额定转速与极数是否有关?n1=60f/2p,额定转速以下输出恒转矩,额定转速以上恒功率,那么额定转速的界定是由电机本身的机械决定还是驱动器来决定? 

当然有关,同步转速n1=60f/2p,异步机还有滑差s,n=(1-s)n1,同步机n=n1,2p为极对数。控制中弱磁速度的界定是由驱动器判断的。 

额定转速可以由几个方面决定:同步伺服的反电势高低、电机铁心材料允许的驱动电流交变频率、额定转矩下电机的最大功率、最高温升等,最主要还是反电势;异步电机主要受材料允许的最高频率以及极对数限制。 

额定转速的界定由电机本身的机械和电器特性来决定。 

3  交、直流伺服的区分是否取决于驱动器与电机间的电流或电压的形式?但直流无刷伺服的电流方向也变化?是否可以理解为交流?交流伺服是否是以直流无刷伺服的原理为基础演变的? 

交流伺服通常指以正弦波驱动方式的伺服,无刷驱动相当于整流子数为6(7)的有刷直流电机的控制精度,一般低速特性较差。商业上也有称他为交流伺服,仅因为他甩掉了电刷,但特性恐怕比好的交流伺服、直流伺服有差距,10000倍的调速比无刷电机绝难达到。

直流无刷马达其实是自控式永磁同步马达的一种,不过是矩形波供电,而通常说的永磁同步马达是正弦波供电的。之所以说是“直流电机”,主要考虑到无刷马达的控制器相当于直流有刷马达的电刷和换向器,实现“电子换向”,从直流母线侧看相当于直流电机。 

直流伺服用于直流电机,不是直流无刷电机;直流无刷电机与交流伺服电机其实是一回事,就是交流同步电机(交流永磁同步伺服电机)。

4  电机的极对数? 

n1=60*f/2p 


p一般表示电机的极对数数,2p是极数。1对极包括N极和S极,极数当然是极对数的两倍。同步电机机械转速=60*运行频率/极对数;异步电机机械转速=60*运行频率*(1-滑差率)/极对数 。


交流伺服电动机应用趋势  

自动控制系统不仅在理论上飞速发展,在其应用器件上也日新月异。模块化、数字化、高精度、长寿命的器件每隔3~5年就有更新换代的产品面市。传统的交流伺服电机特性软,并且其输出特性不是单值的;步进电机一般为开环控制而无法准确定位,电动机本身还有速度谐振区,pwm调速系统对位置跟踪性能较差,变频调速较简单但精度有时不够,直流电机伺服系统以其优良的性能被广泛的应用于位置随动系统中,但其也有缺点,例如结构复杂,在超低速时死区矛盾突出,并且换向刷会带来噪声和维护保养问题。目前,新型的永磁交流伺服电机发展迅速,尤其是从方波控制发展到正弦波控制后,系统性能更好,它调速范围宽,尤其是低速性能优越。  

直、交流伺服电机对比

1  两种电机的简单实验比较 
 
将系统原先的直流误差信号直接接入交流伺服驱动器的模拟控制输入端,用交流伺服电机和它的驱动器代替原先的差分功放、电机放大机和直流伺服电机,而控制部分和测角元件等均不变。

实验目的:简单比较两种方案的输出特性。


实验过程:原先的直流伺服电机,额定电压为100v,额定转速为3000r/min,空载启动电压为2v,空载时,当其输入电压为1 v电机不转,输入电压为2~2.5v时,眼睛可观察到电机转速不匀,这是因为碳刷、油封等以及力矩角引起的不可避免的现象。而交流伺服电机因为无碳刷使其摩擦力小,还因为霍尔器件的存在而使其电磁力始终垂直于旋转半径(这既是所谓的正弦控制),从而其低速性能明显优于前者。当时将其转速放在很低,用肉眼很难分辨电机的转动,只能通过它自己的软件界面观察指示的电枢位置在转动,也观察不到爬行现象发生,用手也感觉不到有特性软的现象,原先直流系统低速要求为0.1°/s,若用交流电机估计低速至少可到0.01°/s。采用交流伺服系统,是对低速性能要求高的系统最为简单可行的方法。 

实验结果:交流伺服电机的输出特性画法也和直流伺服电机完全不同,它不是负斜率的一组直线,而是几乎画成矩形。这也说明了输出特性硬,速度范围宽。  

2   归纳两种电机的不同之处  

功率驱动

对于在雷达上经常使用的直流伺服系统的驱动电动机功率放大部分,当天线重量轻,转速慢,驱动功率较小时,一般为几十瓦,可以直接用直流电源控制电动机。当驱动功率要求在近千瓦或千瓦以上时,选择驱动方案,也即放大直流电动机的电枢电流,就是设计伺服系统的重要部分。大功率直流电源目前采用较多的有:晶体管功放、晶闸管功放和电机放大机等等。对于千瓦级的晶体管功放使用的较少。可控硅技术在上世纪60~70年代初得到快速的发展和广泛的应用,但因当时的各方面原因,如可靠性等,不少产品放弃了可控硅控制。目前的集成驱动模块一般都为晶体管或晶闸管制造。电机放大机是传统的直流伺服电机的功放装置,因其控制简单,结实耐用,目前的新型号的雷达产品上仍有采用。下面主要以放大电机为例,和交流伺服电机比较其优缺点。 

放大电机常称为扩大机,一般是用交流异步感应电动机拖动串联的两级直流发电机组,以此来实现直流控制。两组控制绕组,每组的输入阻抗为几千欧,若串接使用输入阻抗约10千欧,一般为互补平衡对称输入,当系统输入不为零时打破其平衡,使放大电机有输出信号。当输入电流为十几到几十毫安时其输出可达100v以上的直流电压和几安到几十安的电流,直接接到直流伺服电机的电枢绕组上。其主要缺点是体积重量大,非线性度,尤其在零点附近不是很好,这对于要求高的系统需要仔细处理。

而交流伺服电机都配有专门的驱动器,它在体积和重量上远小于同功率的放大电机,它靠内部的晶体管或晶闸管组成的开关电路,根据伺服电机内的光电编码器或霍尔器件判断转子当时的位置,决定驱动电机的a、b、c三相应输出的状态,因此它的效率和平稳性都很好。所以不像控制放大电机需要做专门的功放电路。这种电机一般都为永磁式的,驱动器产生的a、b、c三相变化的电流控制电机转动,因此称为交流伺服电机;驱动器输入的控制信号可以是脉冲串,也可以是直流电压信号(一般为±10v),所以也有将其称为直流无刷电动机。 


安全保护

较大天线伺服系统的保护应是一个重要的设计环节,因为一旦失控,可能引起重大的设备损坏或人身事故。国外有些雷达在这方面有十种左右的保护措施,如某些系统的门打开后将使伺服电机不能启动等。 
 
过流过载保护电路的敏感元件最好设计在靠近电机的直接控制部分,但这里的电流很大,使设计有一定的困难。常用的熔断器、热继电器等器件,往往因其升温到动作完成须有一定的时间,使其对瞬间就损坏设备的故障不能起到保护作用。例如曾经因某型号雷达跟随器的运放失效而使电容充电时间加长,平常还不容易发现此类故障,从而使测角元件双通道电感移相器的粗精纠错部分出错,因此输出的天线角度值叠加了一个粗大误差,(粗精比为1:32,粗大误差为11°15′)并反复出现,称之为“跳大点”。因系统的开环增益在两千倍以上,当随动系统判断到这个大失调角时,以最大的加速度达到最大的速度,去追赶这个失调角,从而使电机高速旋转时突然判断反转,这不但很容易引起永磁电机退磁使性能降低,当时还使减速机彻底损坏,但是这时熔断器、热继电器等无一动作。现在采用数字计算机可以较容易的判断这类现象,但因干扰、通讯等原因,不能将此类宝完全押在计算机上。而交流伺服电机,数据处理芯片安装在驱动器内,驱动器的i/o口都经过光耦隔离,因此可靠性好;并有许多现成可用的功能方便使用,如力矩电流限制,速度限制,加速度限制等等。 
 





直流电机的额定过载线,如果不外接专门的限制断路器件,则额定线仅仅是在图上画出的,传递函数中并无此饱和线,顶多也就是超过此线后线性度可能有所降低。而交流电机的额定过载线却是实实在在的存在,一旦超过此线则系统立即停止。因此,一来可靠的保护了系统不会损坏,二来设计时要注意这个区别,尤其是不能随便停机的系统,电机的功率要有足够的余量。  

控制方法

采用交流伺服电机,可以使控制部分的设计简单,也可以容易的代替原先系统的驱动电机部分。系统构成典型的方法是: 
 
上位机如pc机、plc、嵌入机等;随动系统中主要用于调试系统,以及完成系统通讯,信号采集等其他任务,控制任务可以放在上位机内,也可放在控制器中; 
多轴控制器,一般可控制2至8个轴,可构成方位、俯仰、横滚等轴的控制,对于单轴控制,常使用带控制器的驱动器,可省去这一项; 

驱动器,多为专用的,和电机配套出售; 
 
总之,采用这种方案,可以省去许多硬件电路和软件计算编程工作,实现模块化,提高了可靠性和可维修性。 
 
 
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伺服的应用
如果用在机床上,则控制部分硬件可以设计得相对简单一些,成本也相应低些。如果用于军工,则内部固件设计时控制算法应该更灵活,比如提供位置环滤波、速度环滤波、非线性、最优化或智能化算法。当然不需要在一个硬件部分上实现。可以面向对象做成几种类型的产品。 

而交流伺服在加工中心、自动车床、电动注塑机、机械手、印刷机、包装机、弹簧机、三坐标测量仪、电火花加工机等等方面的设备有广阔的应用。

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关于步进电机和交流伺服电机的性能有较大差别。步进电机是一种离散运动的装置,它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。 

虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。如:

1、控制精度不同

2、低频特性不同

3、矩频特性不同

4、过载能力不同

5、运行性能不同

6、速度响应性能不同

交流伺服系统在性能方面优于步进电机,但在某些特定场合还是会用步进电机来做执行电动机。所以,在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素,选用适当的控制电机。

伺服电机寻找原点时,当碰到原点开关时,马上减速停止,以此点为原点。

回原点时直接寻找编码器的Z相信号,当有Z相信号时,马上减速停止。这种回原方法一般只应用在旋转轴,且回原速度不高,精度也不高。  


同步带的安装对伺服定位也有很大影响吗?这个情况,得知道伺服是不是调得很软?常见伺服是用脉冲控制的,那么,位置环的比例增益,速度环比例增益、积分时间常数分别是多少?


位置环比例增益:21rad/s 
速度环比例增益:105rad/s 
速度环积分时间常数:84ms

伺服应用的4大难题


1  怎样判断伺服电机与伺服驱动器的故障区别? 

看驱动器上的错误、报警号,然后查手册。如果连报警都没有了,那自然就是驱动器故障,当然,还有可能是根本伺服就没有故障,而是控制信号错误导致伺服没有动作。 

除了看驱动器上的错误、报警号,然后查手册外,有时最直接判断方法是更换,如X与Z轴伺服互换(型号相同才可以)。或修改参数,如把X轴锁住,不让系统检测X轴 。

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但应注意:X轴与Z轴互换,即使型号相同,进口设备也可能因为负载不同、参数不同而产生问题。当然,如果是国产设备,通常不会针对使用情况调整伺服参数,一般不会有问题。但应注意X轴与Z轴电机功率转矩是否相同、电机丝杆是否直联以及电子齿轮减速比方面事宜。  

2  交流同步伺服、交流异步伺服的额定转速与极数是否有关?n1=60f/2p,额定转速以下输出恒转矩,额定转速以上恒功率,那么额定转速的界定是由电机本身的机械决定还是驱动器来决定? 

当然有关,同步转速n1=60f/2p,异步机还有滑差s,n=(1-s)n1,同步机n=n1,2p为极对数。控制中弱磁速度的界定是由驱动器判断的。 

额定转速可以由几个方面决定:同步伺服的反电势高低、电机铁心材料允许的驱动电流交变频率、额定转矩下电机的最大功率、最高温升等,最主要还是反电势;异步电机主要受材料允许的最高频率以及极对数限制。 

额定转速的界定由电机本身的机械和电器特性来决定。 

3  交、直流伺服的区分是否取决于驱动器与电机间的电流或电压的形式?但直流无刷伺服的电流方向也变化?是否可以理解为交流?交流伺服是否是以直流无刷伺服的原理为基础演变的? 

交流伺服通常指以正弦波驱动方式的伺服,无刷驱动相当于整流子数为6(7)的有刷直流电机的控制精度,一般低速特性较差。商业上也有称他为交流伺服,仅因为他甩掉了电刷,但特性恐怕比好的交流伺服、直流伺服有差距,10000倍的调速比无刷电机绝难达到。

直流无刷马达其实是自控式永磁同步马达的一种,不过是矩形波供电,而通常说的永磁同步马达是正弦波供电的。之所以说是“直流电机”,主要考虑到无刷马达的控制器相当于直流有刷马达的电刷和换向器,实现“电子换向”,从直流母线侧看相当于直流电机。 

直流伺服用于直流电机,不是直流无刷电机;直流无刷电机与交流伺服电机其实是一回事,就是交流同步电机(交流永磁同步伺服电机)。

4  电机的极对数? 

n1=60*f/2p 


p一般表示电机的极对数数,2p是极数。1对极包括N极和S极,极数当然是极对数的两倍。同步电机机械转速=60*运行频率/极对数;异步电机机械转速=60*运行频率*(1-滑差率)/极对数 。


交流伺服电动机应用趋势  

自动控制系统不仅在理论上飞速发展,在其应用器件上也日新月异。模块化、数字化、高精度、长寿命的器件每隔3~5年就有更新换代的产品面市。传统的交流伺服电机特性软,并且其输出特性不是单值的;步进电机一般为开环控制而无法准确定位,电动机本身还有速度谐振区,pwm调速系统对位置跟踪性能较差,变频调速较简单但精度有时不够,直流电机伺服系统以其优良的性能被广泛的应用于位置随动系统中,但其也有缺点,例如结构复杂,在超低速时死区矛盾突出,并且换向刷会带来噪声和维护保养问题。目前,新型的永磁交流伺服电机发展迅速,尤其是从方波控制发展到正弦波控制后,系统性能更好,它调速范围宽,尤其是低速性能优越。  

直、交流伺服电机对比

1  两种电机的简单实验比较 
 
将系统原先的直流误差信号直接接入交流伺服驱动器的模拟控制输入端,用交流伺服电机和它的驱动器代替原先的差分功放、电机放大机和直流伺服电机,而控制部分和测角元件等均不变。

实验目的:简单比较两种方案的输出特性。


实验过程:原先的直流伺服电机,额定电压为100v,额定转速为3000r/min,空载启动电压为2v,空载时,当其输入电压为1 v电机不转,输入电压为2~2.5v时,眼睛可观察到电机转速不匀,这是因为碳刷、油封等以及力矩角引起的不可避免的现象。而交流伺服电机因为无碳刷使其摩擦力小,还因为霍尔器件的存在而使其电磁力始终垂直于旋转半径(这既是所谓的正弦控制),从而其低速性能明显优于前者。当时将其转速放在很低,用肉眼很难分辨电机的转动,只能通过它自己的软件界面观察指示的电枢位置在转动,也观察不到爬行现象发生,用手也感觉不到有特性软的现象,原先直流系统低速要求为0.1°/s,若用交流电机估计低速至少可到0.01°/s。采用交流伺服系统,是对低速性能要求高的系统最为简单可行的方法。 

实验结果:交流伺服电机的输出特性画法也和直流伺服电机完全不同,它不是负斜率的一组直线,而是几乎画成矩形。这也说明了输出特性硬,速度范围宽。  

2   归纳两种电机的不同之处  

功率驱动

对于在雷达上经常使用的直流伺服系统的驱动电动机功率放大部分,当天线重量轻,转速慢,驱动功率较小时,一般为几十瓦,可以直接用直流电源控制电动机。当驱动功率要求在近千瓦或千瓦以上时,选择驱动方案,也即放大直流电动机的电枢电流,就是设计伺服系统的重要部分。大功率直流电源目前采用较多的有:晶体管功放、晶闸管功放和电机放大机等等。对于千瓦级的晶体管功放使用的较少。可控硅技术在上世纪60~70年代初得到快速的发展和广泛的应用,但因当时的各方面原因,如可靠性等,不少产品放弃了可控硅控制。目前的集成驱动模块一般都为晶体管或晶闸管制造。电机放大机是传统的直流伺服电机的功放装置,因其控制简单,结实耐用,目前的新型号的雷达产品上仍有采用。下面主要以放大电机为例,和交流伺服电机比较其优缺点。 

放大电机常称为扩大机,一般是用交流异步感应电动机拖动串联的两级直流发电机组,以此来实现直流控制。两组控制绕组,每组的输入阻抗为几千欧,若串接使用输入阻抗约10千欧,一般为互补平衡对称输入,当系统输入不为零时打破其平衡,使放大电机有输出信号。当输入电流为十几到几十毫安时其输出可达100v以上的直流电压和几安到几十安的电流,直接接到直流伺服电机的电枢绕组上。其主要缺点是体积重量大,非线性度,尤其在零点附近不是很好,这对于要求高的系统需要仔细处理。

而交流伺服电机都配有专门的驱动器,它在体积和重量上远小于同功率的放大电机,它靠内部的晶体管或晶闸管组成的开关电路,根据伺服电机内的光电编码器或霍尔器件判断转子当时的位置,决定驱动电机的a、b、c三相应输出的状态,因此它的效率和平稳性都很好。所以不像控制放大电机需要做专门的功放电路。这种电机一般都为永磁式的,驱动器产生的a、b、c三相变化的电流控制电机转动,因此称为交流伺服电机;驱动器输入的控制信号可以是脉冲串,也可以是直流电压信号(一般为±10v),所以也有将其称为直流无刷电动机。 


安全保护

较大天线伺服系统的保护应是一个重要的设计环节,因为一旦失控,可能引起重大的设备损坏或人身事故。国外有些雷达在这方面有十种左右的保护措施,如某些系统的门打开后将使伺服电机不能启动等。 
 
过流过载保护电路的敏感元件最好设计在靠近电机的直接控制部分,但这里的电流很大,使设计有一定的困难。常用的熔断器、热继电器等器件,往往因其升温到动作完成须有一定的时间,使其对瞬间就损坏设备的故障不能起到保护作用。例如曾经因某型号雷达跟随器的运放失效而使电容充电时间加长,平常还不容易发现此类故障,从而使测角元件双通道电感移相器的粗精纠错部分出错,因此输出的天线角度值叠加了一个粗大误差,(粗精比为1:32,粗大误差为11°15′)并反复出现,称之为“跳大点”。因系统的开环增益在两千倍以上,当随动系统判断到这个大失调角时,以最大的加速度达到最大的速度,去追赶这个失调角,从而使电机高速旋转时突然判断反转,这不但很容易引起永磁电机退磁使性能降低,当时还使减速机彻底损坏,但是这时熔断器、热继电器等无一动作。现在采用数字计算机可以较容易的判断这类现象,但因干扰、通讯等原因,不能将此类宝完全押在计算机上。而交流伺服电机,数据处理芯片安装在驱动器内,驱动器的i/o口都经过光耦隔离,因此可靠性好;并有许多现成可用的功能方便使用,如力矩电流限制,速度限制,加速度限制等等。 
 
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直流电机的额定过载线,如果不外接专门的限制断路器件,则额定线仅仅是在图上画出的,传递函数中并无此饱和线,顶多也就是超过此线后线性度可能有所降低。而交流电机的额定过载线却是实实在在的存在,一旦超过此线则系统立即停止。因此,一来可靠的保护了系统不会损坏,二来设计时要注意这个区别,尤其是不能随便停机的系统,电机的功率要有足够的余量。  

控制方法

采用交流伺服电机,可以使控制部分的设计简单,也可以容易的代替原先系统的驱动电机部分。系统构成典型的方法是: 
 
上位机如pc机、plc、嵌入机等;随动系统中主要用于调试系统,以及完成系统通讯,信号采集等其他任务,控制任务可以放在上位机内,也可放在控制器中; 
多轴控制器,一般可控制2至8个轴,可构成方位、俯仰、横滚等轴的控制,对于单轴控制,常使用带控制器的驱动器,可省去这一项; 

驱动器,多为专用的,和电机配套出售; 
 
总之,采用这种方案,可以省去许多硬件电路和软件计算编程工作,实现模块化,提高了可靠性和可维修性。 
 
 
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