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伺服系统

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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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半壁江山仍沦陷,2017国产伺服崛起任重而道远

电气控制类 不见不散 2017-01-04 09:50 发表了文章 来自相关话题

受人口红利消退与机器人广阔应用前景的影响,未来五年国产伺服系统复合增长率约为35%。尽管前景一片光明,但目前国内市场仍由国外伺服企业把持。因而,2017年我国伺服系统生产商仍然任重而道远。




伺服系统

机器人作为典型的机电一体化技术密集型产品,它的运作离不开伺服控制系统的支持。伺服系统是实现机器人机械本体控制 查看全部
受人口红利消退与机器人广阔应用前景的影响,未来五年国产伺服系统复合增长率约为35%。尽管前景一片光明,但目前国内市场仍由国外伺服企业把持。因而,2017年我国伺服系统生产商仍然任重而道远。




伺服系统

机器人作为典型的机电一体化技术密集型产品,它的运作离不开伺服控制系统的支持。伺服系统是实现机器人机械本体控制
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干货 :数控机床伺服系统故障诊断分析和维修处理

电气控制类 朱迪 2016-12-02 11:01 发表了文章 来自相关话题

数控机床是装有程序控制系统的自动化机床,作为装备制造领域先进技术的代表,被广泛应用于装备制造行业。数控机床的应用,提升了装备制造业的自动化、信息化和现代化水平,为装备制造行业带来了广阔的发展前景。数控机床伺服系统由于担负着控制信息处理和控制机床执行部件工作的重要系统,其故障的诊断分析和维修处理技术也一直受到装备制造行 查看全部
数控机床是装有程序控制系统的自动化机床,作为装备制造领域先进技术的代表,被广泛应用于装备制造行业。数控机床的应用,提升了装备制造业的自动化、信息化和现代化水平,为装备制造行业带来了广阔的发展前景。数控机床伺服系统由于担负着控制信息处理和控制机床执行部件工作的重要系统,其故障的诊断分析和维修处理技术也一直受到装备制造行
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传动刚性对运控系统的影响

电气控制类 妙莲华 2016-09-27 13:22 发表了文章 来自相关话题

机械传动的刚性,其实说的是运动作用力从动力源输出到负载受力响应的速度,这个响应速度越快,就是刚性越好,反之刚性如果较差,就说明动力源与负载之间的力(或力矩)的传递有延时和迟滞的效应,负载不能及时获得运动所需要的动力。




传动链在力传导上的延时和迟滞,通常表现为两种形式,回程间隙和弹性特质。在实际应用中,它们往往 查看全部
机械传动的刚性,其实说的是运动作用力从动力源输出到负载受力响应的速度,这个响应速度越快,就是刚性越好,反之刚性如果较差,就说明动力源与负载之间的力(或力矩)的传递有延时和迟滞的效应,负载不能及时获得运动所需要的动力。




传动链在力传导上的延时和迟滞,通常表现为两种形式,回程间隙和弹性特质。在实际应用中,它们往往
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伺服系统原理与设计(第三版)

电气控制类 黄金手表 2016-09-23 14:44 发表了文章 来自相关话题

伺服系统原理与设计(第三版)
伺服系统原理与设计(第三版)
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台达最新的伺服系统A3画册!

电气控制类 不见不散 2016-09-23 13:25 发表了文章 来自相关话题

台达最新的伺服系统A画册!


 
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工业机器人发展势如破竹 动能效应辐射全产业链

机械自动化类 善思惟 2016-09-21 14:00 发表了文章 来自相关话题

在以智能制造为核心的工业4.0时代背景下,随着中国制造2025战略的深入,制造业向智能制造发展的产业升级需求不断增强。庞大的制造业市场规模、众多产业布局,造就了工业机器人发展的“天时地利人和”,制造业大咖都是竞相布局智慧工厂,可以说,工业机器人产业发展大有势如破竹的节奏。

工业机器人发展势如破竹 动能效应辐射全产业 查看全部
在以智能制造为核心的工业4.0时代背景下,随着中国制造2025战略的深入,制造业向智能制造发展的产业升级需求不断增强。庞大的制造业市场规模、众多产业布局,造就了工业机器人发展的“天时地利人和”,制造业大咖都是竞相布局智慧工厂,可以说,工业机器人产业发展大有势如破竹的节奏。

工业机器人发展势如破竹 动能效应辐射全产业
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电子书推荐-机器设计中伺服电机及驱动器的选型 [美] 金蒙恩,李幼涵 (施耐德电气全球技术专家)

电气控制类 不见不散 2016-08-13 14:54 发表了文章 来自相关话题

电子书推荐-机器设计中伺服电机及驱动器的选型   金蒙恩,李幼涵 (施耐德电气全球技术专家)
是自动化行业的,非标设计的工程师的选型计算类好书!
由于文件压缩后,大于20M,不能上传到网上。
请留下邮箱!后面我会发到你们邮箱里面。
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干货-伺服电机设计与特性PPT分享!

电气控制类 不见不散 2016-08-07 10:54 发表了文章 来自相关话题

伺服电机设计与特性PPT分享,哈工大版本!
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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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伺服电机使用了一段时间后断轴了,如何分析原因,分析方法?

设备硬件类 NamiNC 2016-06-17 13:45 回复了问题 • 9 人关注 来自相关话题 产生赞赏:¥210.00

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注塑机伺服系统的如何保养检查

设备硬件类 其中之一 2016-05-05 11:53 回复了问题 • 3 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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半壁江山仍沦陷,2017国产伺服崛起任重而道远

电气控制类 不见不散 2017-01-04 09:50 发表了文章 来自相关话题

受人口红利消退与机器人广阔应用前景的影响,未来五年国产伺服系统复合增长率约为35%。尽管前景一片光明,但目前国内市场仍由国外伺服企业把持。因而,2017年我国伺服系统生产商仍然任重而道远。







伺服系统

机器人作为典型的机电一体化技术密集型产品,它的运作离不开伺服控制系统的支持。伺服系统是实现机器人机械本体控制和伺服机构控制的重要部分,因而谈及机器人必然绕不过伺服系统。机器人的关节驱动离不开伺服系统,关节越多,机器人的柔性和精准度越高。伺服系统成本在工业机器人占比高达24%,仅次于减速机。
 
2017年,工业机器人市场的快速增长将带动伺服系统市场规模不断上升。随着人口红利的消退,广阔的机器人市场空间以及现阶段相对较低的工业机器人密度,中国工业机器人市场迎来黄金发展期。受这一趋势影响,未来五年国产伺服系统复合增长率约为35%,到2020年我国工业机器人用伺服系统市场规模将达47亿元左右。因而精密伺服系统的关键性能指标永远都是先进性比较的首要因素。在国内伺服系统市场仍由国外企业占据大半壁江山的当下,国产伺服任重而道远,还需努力追赶。总的来说,2017年伺服系统商需要从以下几个方面努力。
 
高性能
 
工业机器人对工作节拍的要求,对伺服系统在运行速度、动态响应、位置伺服精度等方面提出了很高的技术要求,往往超出了通用伺服的一般技术条件。
 
针对上述三方面的要求,应用于工业机器人的交流伺服系统,需要对某些关键技术作出突破,以满足工业机器人对整体技术的要求,其主要表现在以下几个方面。

智能化
 
智能控制技术通过自学习、自适应、自协调、自诊断和自校正等方法,使控制系统具备人工智能特性,智能化是目前自动控制的一个发展方向。伺服系统的智能化表现在运行参数可由软件设置和系统具有故障自诊断分析功能等几个方面。带有自整定功能的伺服单元可以通过几次试运行,自动将系统的参数整定出来,并自动实现其最优化。此外,伺服系统网络化是综合自动化技术发展的必然趋势,是控制技术、计算机技术和通信技术相结合的产物。
 
集成化
 
伺服控制系统的输出器件越来越多地采用开关频率很高的新型功率半导体器件,这种器件将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块之中,构成高精度的全闭环调节系统。将伺服电机、位置编码器及伺服驱动器的数据传递到机器人控制器,甚至是云平台,可对机器人进行状态监控、故障诊断等,从而减少非计划停机。并且高度的集成化可以很显著地缩小整个控制系统的体积。
 
针对性
 
采用针对性的技术方案,设计与制造出工业机器人专用的交流伺服产品,实现工业机器人在成本及性能方面的竞争优势。
 
可靠性

在提高伺服产品自身可靠性的同时,需要从机器人整体可靠性出发,对伺服系统的可靠性设计做出调整。从系统的角度来提高机器人的MTBF(平均故障间隔时间),缩短与国外高端品牌机器人的差距。
 
架构合理化
 
机器人是一种典型的多轴同步伺服系统,从伺服系统的组成看,它由机器人控制器、伺服驱动器、伺服电机、位置传感器,减速机等部分组成。采用分布式架构与集成架构会有不同的成本结构与性能。因而企业在生产伺服系统产品时要充分考虑应用领域与对象来选取最合适的架构。
 
电机轻量化
 
受机器人各关节安装空间、重量的限制,对伺服电机在体积、重量方面的要求变得苛刻。提高电机的功率密度变得十分重要。机器人的要求已成为伺服电机发展的新的驱动力,需要研究针对性的机器人专用电机规格;研究新型电机结构以实现更高的功率密度;探索新材料的应用;导入新的电机加工工艺等。
 
伺服总线优化
 
工业机器人作为典型的多轴同步伺服系统,对伺服总线的实时性要求很高。最新的交流伺服系统都配置了高速数据通信接口,以实现多轴同步。目前的高速伺服总线虽大多为开放标准,但技术都被国际化大公司所掌控。
 
完善标准体系
 
伺服系统的功能安全是很多行业内的强制性要求,对伺服系统而言,由于它是控制系统的执行单元,其功能安全的种类还有很多,还需要不断完善交流伺服系统的功能安全。
 
 
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受人口红利消退与机器人广阔应用前景的影响,未来五年国产伺服系统复合增长率约为35%。尽管前景一片光明,但目前国内市场仍由国外伺服企业把持。因而,2017年我国伺服系统生产商仍然任重而道远。

servosys.jpg



伺服系统

机器人作为典型的机电一体化技术密集型产品,它的运作离不开伺服控制系统的支持。伺服系统是实现机器人机械本体控制和伺服机构控制的重要部分,因而谈及机器人必然绕不过伺服系统。机器人的关节驱动离不开伺服系统,关节越多,机器人的柔性和精准度越高。伺服系统成本在工业机器人占比高达24%,仅次于减速机。
 
2017年,工业机器人市场的快速增长将带动伺服系统市场规模不断上升。随着人口红利的消退,广阔的机器人市场空间以及现阶段相对较低的工业机器人密度,中国工业机器人市场迎来黄金发展期。受这一趋势影响,未来五年国产伺服系统复合增长率约为35%,到2020年我国工业机器人用伺服系统市场规模将达47亿元左右。因而精密伺服系统的关键性能指标永远都是先进性比较的首要因素。在国内伺服系统市场仍由国外企业占据大半壁江山的当下,国产伺服任重而道远,还需努力追赶。总的来说,2017年伺服系统商需要从以下几个方面努力。
 
高性能
 
工业机器人对工作节拍的要求,对伺服系统在运行速度、动态响应、位置伺服精度等方面提出了很高的技术要求,往往超出了通用伺服的一般技术条件。
 
针对上述三方面的要求,应用于工业机器人的交流伺服系统,需要对某些关键技术作出突破,以满足工业机器人对整体技术的要求,其主要表现在以下几个方面。

智能化
 
智能控制技术通过自学习、自适应、自协调、自诊断和自校正等方法,使控制系统具备人工智能特性,智能化是目前自动控制的一个发展方向。伺服系统的智能化表现在运行参数可由软件设置和系统具有故障自诊断分析功能等几个方面。带有自整定功能的伺服单元可以通过几次试运行,自动将系统的参数整定出来,并自动实现其最优化。此外,伺服系统网络化是综合自动化技术发展的必然趋势,是控制技术、计算机技术和通信技术相结合的产物。
 
集成化
 
伺服控制系统的输出器件越来越多地采用开关频率很高的新型功率半导体器件,这种器件将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块之中,构成高精度的全闭环调节系统。将伺服电机、位置编码器及伺服驱动器的数据传递到机器人控制器,甚至是云平台,可对机器人进行状态监控、故障诊断等,从而减少非计划停机。并且高度的集成化可以很显著地缩小整个控制系统的体积。
 
针对性
 
采用针对性的技术方案,设计与制造出工业机器人专用的交流伺服产品,实现工业机器人在成本及性能方面的竞争优势。
 
可靠性

在提高伺服产品自身可靠性的同时,需要从机器人整体可靠性出发,对伺服系统的可靠性设计做出调整。从系统的角度来提高机器人的MTBF(平均故障间隔时间),缩短与国外高端品牌机器人的差距。
 
架构合理化
 
机器人是一种典型的多轴同步伺服系统,从伺服系统的组成看,它由机器人控制器、伺服驱动器、伺服电机、位置传感器,减速机等部分组成。采用分布式架构与集成架构会有不同的成本结构与性能。因而企业在生产伺服系统产品时要充分考虑应用领域与对象来选取最合适的架构。
 
电机轻量化
 
受机器人各关节安装空间、重量的限制,对伺服电机在体积、重量方面的要求变得苛刻。提高电机的功率密度变得十分重要。机器人的要求已成为伺服电机发展的新的驱动力,需要研究针对性的机器人专用电机规格;研究新型电机结构以实现更高的功率密度;探索新材料的应用;导入新的电机加工工艺等。
 
伺服总线优化
 
工业机器人作为典型的多轴同步伺服系统,对伺服总线的实时性要求很高。最新的交流伺服系统都配置了高速数据通信接口,以实现多轴同步。目前的高速伺服总线虽大多为开放标准,但技术都被国际化大公司所掌控。
 
完善标准体系
 
伺服系统的功能安全是很多行业内的强制性要求,对伺服系统而言,由于它是控制系统的执行单元,其功能安全的种类还有很多,还需要不断完善交流伺服系统的功能安全。
 
 
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干货 :数控机床伺服系统故障诊断分析和维修处理

电气控制类 朱迪 2016-12-02 11:01 发表了文章 来自相关话题

数控机床是装有程序控制系统的自动化机床,作为装备制造领域先进技术的代表,被广泛应用于装备制造行业。数控机床的应用,提升了装备制造业的自动化、信息化和现代化水平,为装备制造行业带来了广阔的发展前景。数控机床伺服系统由于担负着控制信息处理和控制机床执行部件工作的重要系统,其故障的诊断分析和维修处理技术也一直受到装备制造行业的普遍重视。 

数控机床伺服系统构成数控机床伺服系统由驱动装置和执行机构两部分构成,数控机床伺服系统能够实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制,通过数控机床伺服系统对数控装置指令信息接收、放大、整形处理,能够将控制器的命令转换为机床执行部件的位移运动,从而实现对零件的切削加工。数控机床的伺服驱动装置要求具有良好的快速反应性能,准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号,执行来自数控装置的指令,提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。伺服系统包括驱动装置和执行机构两部分,由主轴驱动单元、进给驱动单元和主轴伺服电动机、进给伺服电动机组成。

数控机床系统中伺服系统是将控制器的数字命令转换为具体加工的重要环节,因此伺服系统不仅结构原理复杂,对工件的加工和处理更有重要作用。伺服系统的运行稳定性直接影响机床的运行状态、工件的加工质量,为了在保证数控机床机械加工精度、准确度的前提下提升数控机床的生产效率,对伺服系统的故障预防、诊断和分析一直是数控机床应用中的重点问题。

进给系统常见故障与维修1. 进给伺服系统故障类型 

进给伺服系统由于其涉及的元件较多且功能复杂,因而进给伺服系统的故障类型也较为多样。笔者通过对数控机床进给伺服系统故障的总结和分析,其故障主要有以下几种类型。报警:报警主要是由于进给运动量超过软件设定的限位或限位开关决定的硬限位时发生的超程报警。另外,当系统进给运动的负载过大时,由于正反运动的过于频繁和进给传动链润滑状态不良也会发生报警。当伺服系统发生报警时,预示着伺服系统的工作出现问题,工作人员需要及时进行停机检查,避免数控机床故障处理不及时造成零件质量问题并对数控机床带来物理性损坏。窜动、爬行和振动:窜动、爬行和振动是数控机床伺服系统常见的故障,一旦窜动、爬行和振动现象发生,会直接导致机械加工精度和准确度的下降,给零件质量带来影响。窜动大多是由于测速装置故障导致的测速信号不稳定或者速度控制信号不稳定导致的,除此之外接线端子的接触不良也会导致窜动现象的发生。爬行发生的主要原因是传动链的润滑状态不良,伺服增益过低和外加负载过大等导致。振动现象的发生大多是由于进给速度太快或进给加速度过大导致的。位置误差和漂移:位置误差是由于伺服轴运动超过位置允许误差范围时导致,位置误差包括跟随误差、轮廓误差和定位误差等。漂移是指数控机床的指令值为零时,坐标轴仍然继续移动的现象,位置误差和漂移不仅会影响工件的加工质量,严重时还会发生撞车事故,给数控机床带来物理损伤。回参考点故障:机床回参考点故障一般表现为找不到参考点或者找不准参考点两类,回参考点故障大多是由于参考点减速开关接收信息故障或信号失效导致的。 

2. 进给伺服系统常见故障的维修处理 

进给伺服系统故障,一般可通过参考操作说明排除,如果遇到参考操作说明无法排除的故障则需要具体问题具体分析解决。当振动故障发生时可以对机械安装进行检查和调整,并保证伺服电机速度和位置检测的准确性,由于数控伺服系统中电子元件较多,因此还需要检查有无外部干扰影响,并且对驱动单元的参数进行排查,通过检查确定故障类型,如果是机械故障则对机械故障予以及时解决,如果是电气故障则需要具体确认发生问题的位置,通过维修或者元器件更换等手段对伺服系统故障进行维修处理。如果发生无法回参考点的现象,首先可以检查回参考点减速开关信号是否准确有效,并根据回参考点减速开关信号的问题采用原理分析法或追踪法分析等方法判断位置并及时的维修和处理。  

主轴伺服系统故障及处理1. 主轴伺服系统的故障类型 

直流主轴伺服系统的故障主要表现为停转、速度异常、电机振动和主电路过电流报警等。交流主轴伺服系统容易发生的故障主要表现为电机过势、熔丝熔断等,引发该类故障的主要原因时由于电机超载、接触不良或者冷却装置损坏导致的部分元件阻抗过高或者数控机床的浪涌吸收器发生故障。 

2 .主轴伺服系统常见故障的维修处理 

主轴伺服系统出现故障时首先要确定主轴系统出现故障的类型及位置。当主轴电机不运转时首先需要确定数控系统是否有信号输出,再对I/O状态进行观察,并确定是否满足主轴的启动条件。如果伺服电机带有电磁制动,还需要确定是否释放了电磁制动。如果主轴出现转速异常,首先要对机械传动机构进行检查,确保机床的动作无异常。如果机械传动机构无异常则需要对主轴驱动器的电缆连接、主轴驱动器的状态指示灯等进行检查,并分析是否主轴驱动器出现问题。如果以上原因均被排除,则很有可能是控制板出现故障。当主轴高速转动振动过大时,多数是由于主轴驱动系统的电气部分故障导致,针对这种问题我们要根据电气原理图对主轴驱动与各处电气连接进行全面检查,确定故障部位并予以维修和处理。  

结语综上所述,数控机床伺服系统作为数控机床系统中最为复杂的系统,对数控机床的平稳运行和机械零件加工精度具有重要影响。当数控机床伺服系统出现问题时,首先要根据故障现象判断故障类型,再通过一定的技术手段对故障位置进行排查,当确定故障原因和位置后,针对故障的类型进行合理的维修处理,提升数控机床运行的稳定性,保证数控机床所生产的工件质量,并提高数控机床的生产效率。
 
 
 
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数控机床是装有程序控制系统的自动化机床,作为装备制造领域先进技术的代表,被广泛应用于装备制造行业。数控机床的应用,提升了装备制造业的自动化、信息化和现代化水平,为装备制造行业带来了广阔的发展前景。数控机床伺服系统由于担负着控制信息处理和控制机床执行部件工作的重要系统,其故障的诊断分析和维修处理技术也一直受到装备制造行业的普遍重视。 

数控机床伺服系统构成数控机床伺服系统由驱动装置和执行机构两部分构成,数控机床伺服系统能够实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制,通过数控机床伺服系统对数控装置指令信息接收、放大、整形处理,能够将控制器的命令转换为机床执行部件的位移运动,从而实现对零件的切削加工。数控机床的伺服驱动装置要求具有良好的快速反应性能,准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号,执行来自数控装置的指令,提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。伺服系统包括驱动装置和执行机构两部分,由主轴驱动单元、进给驱动单元和主轴伺服电动机、进给伺服电动机组成。

数控机床系统中伺服系统是将控制器的数字命令转换为具体加工的重要环节,因此伺服系统不仅结构原理复杂,对工件的加工和处理更有重要作用。伺服系统的运行稳定性直接影响机床的运行状态、工件的加工质量,为了在保证数控机床机械加工精度、准确度的前提下提升数控机床的生产效率,对伺服系统的故障预防、诊断和分析一直是数控机床应用中的重点问题。

进给系统常见故障与维修1. 进给伺服系统故障类型 

进给伺服系统由于其涉及的元件较多且功能复杂,因而进给伺服系统的故障类型也较为多样。笔者通过对数控机床进给伺服系统故障的总结和分析,其故障主要有以下几种类型。报警:报警主要是由于进给运动量超过软件设定的限位或限位开关决定的硬限位时发生的超程报警。另外,当系统进给运动的负载过大时,由于正反运动的过于频繁和进给传动链润滑状态不良也会发生报警。当伺服系统发生报警时,预示着伺服系统的工作出现问题,工作人员需要及时进行停机检查,避免数控机床故障处理不及时造成零件质量问题并对数控机床带来物理性损坏。窜动、爬行和振动:窜动、爬行和振动是数控机床伺服系统常见的故障,一旦窜动、爬行和振动现象发生,会直接导致机械加工精度和准确度的下降,给零件质量带来影响。窜动大多是由于测速装置故障导致的测速信号不稳定或者速度控制信号不稳定导致的,除此之外接线端子的接触不良也会导致窜动现象的发生。爬行发生的主要原因是传动链的润滑状态不良,伺服增益过低和外加负载过大等导致。振动现象的发生大多是由于进给速度太快或进给加速度过大导致的。位置误差和漂移:位置误差是由于伺服轴运动超过位置允许误差范围时导致,位置误差包括跟随误差、轮廓误差和定位误差等。漂移是指数控机床的指令值为零时,坐标轴仍然继续移动的现象,位置误差和漂移不仅会影响工件的加工质量,严重时还会发生撞车事故,给数控机床带来物理损伤。回参考点故障:机床回参考点故障一般表现为找不到参考点或者找不准参考点两类,回参考点故障大多是由于参考点减速开关接收信息故障或信号失效导致的。 

2. 进给伺服系统常见故障的维修处理 

进给伺服系统故障,一般可通过参考操作说明排除,如果遇到参考操作说明无法排除的故障则需要具体问题具体分析解决。当振动故障发生时可以对机械安装进行检查和调整,并保证伺服电机速度和位置检测的准确性,由于数控伺服系统中电子元件较多,因此还需要检查有无外部干扰影响,并且对驱动单元的参数进行排查,通过检查确定故障类型,如果是机械故障则对机械故障予以及时解决,如果是电气故障则需要具体确认发生问题的位置,通过维修或者元器件更换等手段对伺服系统故障进行维修处理。如果发生无法回参考点的现象,首先可以检查回参考点减速开关信号是否准确有效,并根据回参考点减速开关信号的问题采用原理分析法或追踪法分析等方法判断位置并及时的维修和处理。  

主轴伺服系统故障及处理1. 主轴伺服系统的故障类型 

直流主轴伺服系统的故障主要表现为停转、速度异常、电机振动和主电路过电流报警等。交流主轴伺服系统容易发生的故障主要表现为电机过势、熔丝熔断等,引发该类故障的主要原因时由于电机超载、接触不良或者冷却装置损坏导致的部分元件阻抗过高或者数控机床的浪涌吸收器发生故障。 

2 .主轴伺服系统常见故障的维修处理 

主轴伺服系统出现故障时首先要确定主轴系统出现故障的类型及位置。当主轴电机不运转时首先需要确定数控系统是否有信号输出,再对I/O状态进行观察,并确定是否满足主轴的启动条件。如果伺服电机带有电磁制动,还需要确定是否释放了电磁制动。如果主轴出现转速异常,首先要对机械传动机构进行检查,确保机床的动作无异常。如果机械传动机构无异常则需要对主轴驱动器的电缆连接、主轴驱动器的状态指示灯等进行检查,并分析是否主轴驱动器出现问题。如果以上原因均被排除,则很有可能是控制板出现故障。当主轴高速转动振动过大时,多数是由于主轴驱动系统的电气部分故障导致,针对这种问题我们要根据电气原理图对主轴驱动与各处电气连接进行全面检查,确定故障部位并予以维修和处理。  

结语综上所述,数控机床伺服系统作为数控机床系统中最为复杂的系统,对数控机床的平稳运行和机械零件加工精度具有重要影响。当数控机床伺服系统出现问题时,首先要根据故障现象判断故障类型,再通过一定的技术手段对故障位置进行排查,当确定故障原因和位置后,针对故障的类型进行合理的维修处理,提升数控机床运行的稳定性,保证数控机床所生产的工件质量,并提高数控机床的生产效率。
 
 
 
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传动刚性对运控系统的影响

电气控制类 妙莲华 2016-09-27 13:22 发表了文章 来自相关话题

机械传动的刚性,其实说的是运动作用力从动力源输出到负载受力响应的速度,这个响应速度越快,就是刚性越好,反之刚性如果较差,就说明动力源与负载之间的力(或力矩)的传递有延时和迟滞的效应,负载不能及时获得运动所需要的动力。




传动链在力传导上的延时和迟滞,通常表现为两种形式,回程间隙和弹性特质。在实际应用中,它们往往是同时并存的,但在分析和调整时,我们往往是分开处置的。




先说回程间隙。




回程间隙指的是,传动系统的驱动侧与被驱动侧的联接有“间隙”,两侧在运动和运行过程中会在这个“间隙”内产生相对位移。




比较典型的回程间隙,就是在齿轮传动时所说的齿隙(或背隙)。












如上图所示(黑色齿轮为驱动侧,灰色齿轮为被驱动侧),如果驱动侧需要向被驱动侧施加向右(CCW)的动力时,需要首先经过回程间隙的相对位移,将黑色齿轮的右侧面与灰色齿轮左侧面贴紧并咬合,这种情况,通常发生在灰色齿轮需要被驱动沿 CCW 方向运转并加速或者沿着 CW 方向运行减速运行时。




回程间隙对运控应用的直接影响就是负载末端的定位精度。原因很简单,因为间隙的存在使驱动侧在很小范围内的调整无法影响和传递到负载末端。




事实上,回程间隙可能带来的对动态响应特性和系统稳定性的影响可能更需要引起我们的注意。




高动态运控系统的最主要特点,就是需要频繁的加减速和方向调整,而我们上面说了,驱动侧与被驱动侧因为回程间隙引起的相对位移,恰恰往往发生在运动方向调整和加减速过程中。而在这个加减速或者换向的相对位移过程中,驱动侧与被驱动侧是没有应力接触的,也就是说此时的动力侧电机是处于空载运行状态;而当相对位移完成,驱动侧“齿”切换“咬合”到另外一侧后,电机立刻又恢复到带载状态。




所以,在高速动态运控系统中,回程间隙意味着驱动与被驱动侧的“齿牙”需要频繁的进行“碰撞”,而动力侧电机则需要反复在带载和空载的工作状态之间切换,对于控制系统来说,就是系统惯量的不断改变。




我们知道系统惯量对于运控系统的重要性,运控系统需要根据系统惯量大小来确定输出,而像上面这样因为回程间隙而带来的系统惯量变化,将直接影响控制输出。如上图所示,当变速刚开始时,电机处于空载状态,但其输出却是按照正常带载输出的,于是电机的反馈速度、位置和加速度偏差加大,这样的反馈让系统开始降低输出;而当驱动侧与被驱动侧齿在另一个侧发生碰撞时,对电机产生了反向冲击力,加上本来输出已经减弱,所以必然出现速度、位置和加速度的迟滞;当齿牙顺利咬合,系统惯量已经稳定,电机继续沿着这个方向加速运行,运控系统将自动将迟滞落后的误差逐渐调整恢复;但如果仍然反复高动态加减速运动,那么系统就需要反复经历上述的系统惯量突变,并对因此造成的反馈误差进行“额外”调整,这种“额外”的调整一方面增加了驱动和电机的输出功耗,另一方面由于是反复突变“调整”,会造成电机运转时的旋转抖动,严重的可能因抖动幅度过大导致电机过热。




如果理解了上面所说的回程间隙带来系统惯量的频繁突变,以及引起的对动态运控系统的扰动,我们就可以接着说说传动系统中的“弹簧效应”了。







弹簧效应,并不是说在驱动侧与被驱动侧间真的通过一个柔软的“弹簧”来连接,而是说,作为运动力传导的机械传动机构有类似弹簧的“柔软的弹性特质”,只要应力足够大,任何传动连接都是“软”的,所以,用来量化机构刚度特质的数据,是产生单位位移的形变所需要使用的应力值,比如我们看到联轴器上会标注其刚度数值为 xxx Nm/deg,就是说让这个联轴器扭转一度需要施加多大的旋转扭矩应力,这个值越大,说明其刚度越高,反之,就越软。







当传动链中出现“弹簧效应”时,电机按照系统惯量输出的扭矩(力)并不能直接作用到负载上,在动态加减速运行时,“弹簧的松紧”会影响作用力(扭矩)的传导,当“弹簧松弛”时,系统惯量减小,输出加速度、速度和位置就会超出给定,“弹簧紧绷”时,系统惯量增大,输出就会低于给定值,而由于是闭环控制,电机须对这样的输出偏差进行调整,而实际上这种偏差并非来自负载本身,而是由于传动机构的“弹性”对电机带来的一种扰动。




这种扰动产生的机理与前面提到的回程间隙有很相似的地方,都是在需要加减速时,由于作用力(力矩)传导的迟滞带来的系统惯量的变化,只是在回程间隙的影响下是惯量的突变,在“弹簧效应”的作用下,惯量程周期性的渐变趋势。




同样的,这种弹簧效应在长期匀速运行的恒定负载系统中,基本不会产生什么扰动,但对于高动态运控应用,由于需要频繁的进行加减速和定位调整,系统需要对惯量波动带来的扰动误差进行“额外”调整,这一方面增加的驱动和电机的输出功耗,同时反复对扰动的高频“调整”,会造成电机运转时的旋转抖动,严重的可能因抖动幅度过大导致电机过热。而在实际调试的时候,为了避免这种抖动,我们不得不降低运控系统的响应增益,让系统也随之变“软”一些,不过此时尽管系统相对稳定,没啥“抖动”了,但其动态特性和精度显然是大打折扣的。




对于运动系统而言,传动链的刚性不仅仅是影响控制精度那么简单。现在的伺服驱动系统,动辄就可以达到上千赫兹的频响,也就是说为了获取高动态运控性能,可以对负载变化做出极快速的响应。然而,当传动刚性欠佳时,运控产品的高频动态性能,却需要去响应由于动力传导迟滞带来的额外负载扰动。而为了减小这种“变负载”对系统稳定性的干扰,我们有时不得不采取牺牲高频动态特性,降低伺服频响的方法,先去“保全”系统的稳定性。这对于本可以帮助提升运控性能的伺服产品来说,无疑是一种使用上的“浪费”。




所以,要做到运控产品的“物尽其用”,发挥其应有的运控性能,就需要先确保系统的刚性。







经过这些年的行业发展,不少运控产品内部都增加了针对传动刚性问题的响应参数,用来减小对某些特定频率特征负载扰动的响应幅度,从而确保系统整体的响应频率不会因为机械刚性不佳而被迫降低,并保持足够的动态响应能力。这部分内容,有机会我们会在以后逐渐涉及到。




个人认为,这些关于传动刚性的产品参数,仅仅是从电气控制方面对机械一些补偿措施,在一定程度上降低了传动刚性问题的不良影响,但并不能从本质上改变运控设备的性能。要从根本上提升运控系统的动态特性,首先必须提高传动的刚性。
 
 
 
 
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机械传动的刚性,其实说的是运动作用力从动力源输出到负载受力响应的速度,这个响应速度越快,就是刚性越好,反之刚性如果较差,就说明动力源与负载之间的力(或力矩)的传递有延时和迟滞的效应,负载不能及时获得运动所需要的动力。




传动链在力传导上的延时和迟滞,通常表现为两种形式,回程间隙和弹性特质。在实际应用中,它们往往是同时并存的,但在分析和调整时,我们往往是分开处置的。




先说回程间隙。




回程间隙指的是,传动系统的驱动侧与被驱动侧的联接有“间隙”,两侧在运动和运行过程中会在这个“间隙”内产生相对位移。




比较典型的回程间隙,就是在齿轮传动时所说的齿隙(或背隙)。


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如上图所示(黑色齿轮为驱动侧,灰色齿轮为被驱动侧),如果驱动侧需要向被驱动侧施加向右(CCW)的动力时,需要首先经过回程间隙的相对位移,将黑色齿轮的右侧面与灰色齿轮左侧面贴紧并咬合,这种情况,通常发生在灰色齿轮需要被驱动沿 CCW 方向运转并加速或者沿着 CW 方向运行减速运行时。




回程间隙对运控应用的直接影响就是负载末端的定位精度。原因很简单,因为间隙的存在使驱动侧在很小范围内的调整无法影响和传递到负载末端。




事实上,回程间隙可能带来的对动态响应特性和系统稳定性的影响可能更需要引起我们的注意。




高动态运控系统的最主要特点,就是需要频繁的加减速和方向调整,而我们上面说了,驱动侧与被驱动侧因为回程间隙引起的相对位移,恰恰往往发生在运动方向调整和加减速过程中。而在这个加减速或者换向的相对位移过程中,驱动侧与被驱动侧是没有应力接触的,也就是说此时的动力侧电机是处于空载运行状态;而当相对位移完成,驱动侧“齿”切换“咬合”到另外一侧后,电机立刻又恢复到带载状态。




所以,在高速动态运控系统中,回程间隙意味着驱动与被驱动侧的“齿牙”需要频繁的进行“碰撞”,而动力侧电机则需要反复在带载和空载的工作状态之间切换,对于控制系统来说,就是系统惯量的不断改变。




我们知道系统惯量对于运控系统的重要性,运控系统需要根据系统惯量大小来确定输出,而像上面这样因为回程间隙而带来的系统惯量变化,将直接影响控制输出。如上图所示,当变速刚开始时,电机处于空载状态,但其输出却是按照正常带载输出的,于是电机的反馈速度、位置和加速度偏差加大,这样的反馈让系统开始降低输出;而当驱动侧与被驱动侧齿在另一个侧发生碰撞时,对电机产生了反向冲击力,加上本来输出已经减弱,所以必然出现速度、位置和加速度的迟滞;当齿牙顺利咬合,系统惯量已经稳定,电机继续沿着这个方向加速运行,运控系统将自动将迟滞落后的误差逐渐调整恢复;但如果仍然反复高动态加减速运动,那么系统就需要反复经历上述的系统惯量突变,并对因此造成的反馈误差进行“额外”调整,这种“额外”的调整一方面增加了驱动和电机的输出功耗,另一方面由于是反复突变“调整”,会造成电机运转时的旋转抖动,严重的可能因抖动幅度过大导致电机过热。




如果理解了上面所说的回程间隙带来系统惯量的频繁突变,以及引起的对动态运控系统的扰动,我们就可以接着说说传动系统中的“弹簧效应”了。







弹簧效应,并不是说在驱动侧与被驱动侧间真的通过一个柔软的“弹簧”来连接,而是说,作为运动力传导的机械传动机构有类似弹簧的“柔软的弹性特质”,只要应力足够大,任何传动连接都是“软”的,所以,用来量化机构刚度特质的数据,是产生单位位移的形变所需要使用的应力值,比如我们看到联轴器上会标注其刚度数值为 xxx Nm/deg,就是说让这个联轴器扭转一度需要施加多大的旋转扭矩应力,这个值越大,说明其刚度越高,反之,就越软。







当传动链中出现“弹簧效应”时,电机按照系统惯量输出的扭矩(力)并不能直接作用到负载上,在动态加减速运行时,“弹簧的松紧”会影响作用力(扭矩)的传导,当“弹簧松弛”时,系统惯量减小,输出加速度、速度和位置就会超出给定,“弹簧紧绷”时,系统惯量增大,输出就会低于给定值,而由于是闭环控制,电机须对这样的输出偏差进行调整,而实际上这种偏差并非来自负载本身,而是由于传动机构的“弹性”对电机带来的一种扰动。




这种扰动产生的机理与前面提到的回程间隙有很相似的地方,都是在需要加减速时,由于作用力(力矩)传导的迟滞带来的系统惯量的变化,只是在回程间隙的影响下是惯量的突变,在“弹簧效应”的作用下,惯量程周期性的渐变趋势。




同样的,这种弹簧效应在长期匀速运行的恒定负载系统中,基本不会产生什么扰动,但对于高动态运控应用,由于需要频繁的进行加减速和定位调整,系统需要对惯量波动带来的扰动误差进行“额外”调整,这一方面增加的驱动和电机的输出功耗,同时反复对扰动的高频“调整”,会造成电机运转时的旋转抖动,严重的可能因抖动幅度过大导致电机过热。而在实际调试的时候,为了避免这种抖动,我们不得不降低运控系统的响应增益,让系统也随之变“软”一些,不过此时尽管系统相对稳定,没啥“抖动”了,但其动态特性和精度显然是大打折扣的。




对于运动系统而言,传动链的刚性不仅仅是影响控制精度那么简单。现在的伺服驱动系统,动辄就可以达到上千赫兹的频响,也就是说为了获取高动态运控性能,可以对负载变化做出极快速的响应。然而,当传动刚性欠佳时,运控产品的高频动态性能,却需要去响应由于动力传导迟滞带来的额外负载扰动。而为了减小这种“变负载”对系统稳定性的干扰,我们有时不得不采取牺牲高频动态特性,降低伺服频响的方法,先去“保全”系统的稳定性。这对于本可以帮助提升运控性能的伺服产品来说,无疑是一种使用上的“浪费”。




所以,要做到运控产品的“物尽其用”,发挥其应有的运控性能,就需要先确保系统的刚性。







经过这些年的行业发展,不少运控产品内部都增加了针对传动刚性问题的响应参数,用来减小对某些特定频率特征负载扰动的响应幅度,从而确保系统整体的响应频率不会因为机械刚性不佳而被迫降低,并保持足够的动态响应能力。这部分内容,有机会我们会在以后逐渐涉及到。




个人认为,这些关于传动刚性的产品参数,仅仅是从电气控制方面对机械一些补偿措施,在一定程度上降低了传动刚性问题的不良影响,但并不能从本质上改变运控设备的性能。要从根本上提升运控系统的动态特性,首先必须提高传动的刚性。
 
 
 
 
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伺服系统原理与设计(第三版)

电气控制类 黄金手表 2016-09-23 14:44 发表了文章 来自相关话题

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台达最新的伺服系统A3画册!

电气控制类 不见不散 2016-09-23 13:25 发表了文章 来自相关话题

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工业机器人发展势如破竹 动能效应辐射全产业链

机械自动化类 善思惟 2016-09-21 14:00 发表了文章 来自相关话题

在以智能制造为核心的工业4.0时代背景下,随着中国制造2025战略的深入,制造业向智能制造发展的产业升级需求不断增强。庞大的制造业市场规模、众多产业布局,造就了工业机器人发展的“天时地利人和”,制造业大咖都是竞相布局智慧工厂,可以说,工业机器人产业发展大有势如破竹的节奏。

工业机器人发展势如破竹 动能效应辐射全产业链

从全球层面来看,亚太地区机器人市场规模约占三分之二。据国际机器人联合会IFR估计,2015年,全球工业机器人销量达到了约24.8万台,同比增长8.3%。赛迪顾问预计,到2020年,全球工业机器人销量将突破43万台,年均增长率保持将在12%左右。

当前,工业机器人产业市场呈现爆炸式增长势头,而工业机器人产业的发展必将为其核心零配件应用提供众多机会。工业机器人除了本体以外,主要有三大核心零配件,控制器、伺服系统、减速器,它们占到工业机器人成本的70%左右。而随着人工智能浪潮的越演越烈,机器视觉系统也成了工业机器人不可或缺的一部分。

工业机器人的大脑:控制器

控制器是机器人的大脑,发布和传递动作指令。包括硬件和软件两部分:硬件就是工业控制板卡,软件部分主要是控制算法、二次开发等。目前国外主流机器人厂商的控制器均为在通用的多轴运动控制器平台基础上进行自主研发,各品牌机器人均有自己的控制系统与之匹配,国内企业控制器尚未形成市场竞争优势。

现有的工业机器人控制器封闭构造,带来开放性差、软件独立性差、容错性差、扩展性差、缺乏网络功能等缺点,已不能适应智能化和柔性化要求。开发标准化、开放化控制器是工业机器人控制器的一个发展方向,存在巨大发展空间。到2020年我国工业机器人控制器市场规模有望达到12亿元左右,未来五年复合增速约为27%。

工业机器人的眼睛:机器视觉系统

工业自动化的真正实现,需要高度智能化的工业机器人去替代人类的一部分工作,而显然,如果想让机器人去很好的替代人类工作的话,首先要做的就是让它们得能“看”到才行,这就要依赖机器视觉系统来完成。

机器视觉系统可以通过机器视觉产品即图像摄取装置,将被摄取目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,得到被摄目标的形态信息,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号,然后图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。到2021年,机器视觉全球市场价值预计将达285亿美元,2016-2020年期间,以8.4%的复合年增长率增长,而我国将维持20%的增长率,远大于世界平均水平。

工业机器人的关节:伺服系统

伺服系统是工业自动化的重要组成部分,是自动化行业中实现精确定位、精准运动的必要途径,在机床工具、纺织机械、印刷机械和包装机械等领域得到广泛应用。随着近几年工业机器人、电子制造设备等产业的迅速扩张,其在新兴产业的应用规模出现增长迅速。

机器人的关节驱动离不开伺服系统。关节越多,机器人的柔性和精准度越高,所需要使用的伺服电机数量就越多。工业机器人市场的快速增长将带动伺服系统市场规模不断上升。到2020年我国工业机器人用伺服系统市场规模将达47亿元左右,未来五年复合增长率约为35%。

工业机器人的神经:减速器

减速器是连接动力源和执行机构之间的中间装置,通常它把电动机、内燃机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的,并传递更大的转矩。大量应用在工业机器人上的减速器主要有两类:RV减速器和谐波减速器。

近年来,随着我国工业机器人应用市场的快速发展,工业机器人用减速器市场需求规模也随之增长。中投顾问产业研究中心预测到2020年我国工业机器人减速器市场规模将超过40亿元,未来五年复合增长率约为30%。
 
 
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在以智能制造为核心的工业4.0时代背景下,随着中国制造2025战略的深入,制造业向智能制造发展的产业升级需求不断增强。庞大的制造业市场规模、众多产业布局,造就了工业机器人发展的“天时地利人和”,制造业大咖都是竞相布局智慧工厂,可以说,工业机器人产业发展大有势如破竹的节奏。

工业机器人发展势如破竹 动能效应辐射全产业链

从全球层面来看,亚太地区机器人市场规模约占三分之二。据国际机器人联合会IFR估计,2015年,全球工业机器人销量达到了约24.8万台,同比增长8.3%。赛迪顾问预计,到2020年,全球工业机器人销量将突破43万台,年均增长率保持将在12%左右。

当前,工业机器人产业市场呈现爆炸式增长势头,而工业机器人产业的发展必将为其核心零配件应用提供众多机会。工业机器人除了本体以外,主要有三大核心零配件,控制器、伺服系统、减速器,它们占到工业机器人成本的70%左右。而随着人工智能浪潮的越演越烈,机器视觉系统也成了工业机器人不可或缺的一部分。

工业机器人的大脑:控制器

控制器是机器人的大脑,发布和传递动作指令。包括硬件和软件两部分:硬件就是工业控制板卡,软件部分主要是控制算法、二次开发等。目前国外主流机器人厂商的控制器均为在通用的多轴运动控制器平台基础上进行自主研发,各品牌机器人均有自己的控制系统与之匹配,国内企业控制器尚未形成市场竞争优势。

现有的工业机器人控制器封闭构造,带来开放性差、软件独立性差、容错性差、扩展性差、缺乏网络功能等缺点,已不能适应智能化和柔性化要求。开发标准化、开放化控制器是工业机器人控制器的一个发展方向,存在巨大发展空间。到2020年我国工业机器人控制器市场规模有望达到12亿元左右,未来五年复合增速约为27%。

工业机器人的眼睛:机器视觉系统

工业自动化的真正实现,需要高度智能化的工业机器人去替代人类的一部分工作,而显然,如果想让机器人去很好的替代人类工作的话,首先要做的就是让它们得能“看”到才行,这就要依赖机器视觉系统来完成。

机器视觉系统可以通过机器视觉产品即图像摄取装置,将被摄取目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,得到被摄目标的形态信息,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号,然后图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。到2021年,机器视觉全球市场价值预计将达285亿美元,2016-2020年期间,以8.4%的复合年增长率增长,而我国将维持20%的增长率,远大于世界平均水平。

工业机器人的关节:伺服系统

伺服系统是工业自动化的重要组成部分,是自动化行业中实现精确定位、精准运动的必要途径,在机床工具、纺织机械、印刷机械和包装机械等领域得到广泛应用。随着近几年工业机器人、电子制造设备等产业的迅速扩张,其在新兴产业的应用规模出现增长迅速。

机器人的关节驱动离不开伺服系统。关节越多,机器人的柔性和精准度越高,所需要使用的伺服电机数量就越多。工业机器人市场的快速增长将带动伺服系统市场规模不断上升。到2020年我国工业机器人用伺服系统市场规模将达47亿元左右,未来五年复合增长率约为35%。

工业机器人的神经:减速器

减速器是连接动力源和执行机构之间的中间装置,通常它把电动机、内燃机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的,并传递更大的转矩。大量应用在工业机器人上的减速器主要有两类:RV减速器和谐波减速器。

近年来,随着我国工业机器人应用市场的快速发展,工业机器人用减速器市场需求规模也随之增长。中投顾问产业研究中心预测到2020年我国工业机器人减速器市场规模将超过40亿元,未来五年复合增长率约为30%。
 
 
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电子书推荐-机器设计中伺服电机及驱动器的选型 [美] 金蒙恩,李幼涵 (施耐德电气全球技术专家)

电气控制类 不见不散 2016-08-13 14:54 发表了文章 来自相关话题

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是自动化行业的,非标设计的工程师的选型计算类好书!
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干货-伺服电机设计与特性PPT分享!

电气控制类 不见不散 2016-08-07 10:54 发表了文章 来自相关话题

伺服电机设计与特性PPT分享,哈工大版本!
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伺服系统的控制模式有哪几种?

电气控制类 金陵烟雨 2016-08-04 09:45 发表了文章 来自相关话题

步进电机作为一种开环控制的系统,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。现就二者的使用性能作一比较。
1、控制精度不同
       两相混合式步进电机步距角一般为1.8°、0.9°,五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如山洋公司(SANYODENKI)生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以山洋全数字式交流伺服电机为例,对于带标准2000线编码器的电机而言,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为360°/8000=0.045°。对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°,是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
2、低频特性不同
       步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。
交流伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点,便于系统调整。
3、矩频特性不同
       步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作转速一般在300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。
4、过载能力不同
       步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以山洋交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩,便出现了力矩浪费的现象。
5、运行性能不同
       步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。
6、速度响应性能不同
       步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200~400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好,以松下MSMA400W交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。
综上所述,交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常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。
 
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步进电机作为一种开环控制的系统,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。现就二者的使用性能作一比较。
1、控制精度不同
       两相混合式步进电机步距角一般为1.8°、0.9°,五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如山洋公司(SANYODENKI)生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以山洋全数字式交流伺服电机为例,对于带标准2000线编码器的电机而言,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为360°/8000=0.045°。对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°,是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
2、低频特性不同
       步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。
交流伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点,便于系统调整。
3、矩频特性不同
       步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作转速一般在300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。
4、过载能力不同
       步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以山洋交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩,便出现了力矩浪费的现象。
5、运行性能不同
       步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。
6、速度响应性能不同
       步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200~400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好,以松下MSMA400W交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。
综上所述,交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常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。
 
来源:网络