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伺服电机的标准 怎样应用伺服电机处理方法

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电机网管理员 发表于 2020-6-4 16:13:16 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有,机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电,信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。转动惯量=转动半径×质量   惯量就是刚体绕轴转动的惯性的度量,转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量。它与刚体的质量、质量相对于转轴的分布有关。选择的时候遇到电机惯量,也是伺服电机的一项重要指标。它指的是伺服电机转子本身的惯量,对于电机的加减速来说相当重要。如果不能很好的匹配惯量,电机的动作会很不平稳。低惯量就是电机做得比较扁长,主轴惯量小,当电机做频率高的反复运动时,惯量小,发热就小。所以伺服电机厂家低惯量的电机适合高频率的往复运动使用。但是一般力矩相对要小些。高惯量的伺服电机就比较粗大,力矩大,适合大力矩的但不很快往复运动的场合。因为高速运动到停止,驱动器要产生很大的反向驱动电压来停止这个大惯量,发热就很大了。     如果负载比较大或是加速特性比较大,而选择了小惯量的电机,可能对电机轴损伤太大,选择应该根据负载的大小,加速度的大小等等因素来选择,一般的选型手册上有相关的能,量计算公式。   伺服电机驱动器对伺服电机的响应控制,佳值为负载惯量与电机转子惯量之比为一,大不可超过五倍。通过机械传动装置的设计,可以使负载。   惯量与电机转子惯量之比接近一或较小。当负载惯量确实很大,机械设计不可能使负载惯量与电机转子惯量之比小于五倍时,则可使用电机转子惯量较大的电机,即所谓的大惯量电机。使用大惯量的电机,要达到一定的响应,驱动器的容量应要大一些。一般来说,小惯量的电机制动性能好,启动,加速停止的反应很快,高速往复性好,适合于一些轻负载,高速定位的场合,如一些直线高速定位机构。中、大惯量的电机适用大负载、平稳要求比较高的场合,如一些圆周运动机构和一些机床行业。   
        以实例解析如何实现PLC控制伺服电机运用方式1. 脉冲序列版本(集成了脉冲,模拟量,USS/MODBUS)2. PROFINET通讯版本SINAMICS V90 脉冲版本可以实现内部定位块功能,同时具有脉冲位置控制,速度控制,力矩控制模式。下图所示为脉冲串指令速度控制模式(PTI)下的默认接口定义,符合标准的应用习惯。同时只允许使用一个脉冲输入通道,其他控制信号也可以自由分配到数字量输入和输出端子上,请参见操作手册。数字量输入,支持NPN和PNP两种类型。接线图中的24V电源如下:1、用于SINAMICS V90的24V电源。所有的PTO信号都必须连接至使用同一24V电源的控制器,如SINAMICS V90。2、隔离的数字量输入电源,可使用控制器电源。3、隔离的数字量输出电源,可使用控制器电源。SINAMICS V90 伺服驱动电机抱闸信号(仅用于 SINAMICS V90 200 V 驱动)。SINAMICS V90 200 V 驱动需要使用外部继电器来连接电机抱闸。SINAMICS V90 脉冲序列版本的系统接线图SINAMICS V90 PROFINET 版本的系统接线图1、SIMOTICS S-1FL6 低惯量电机 SH20、SH30 及SH40 使用电缆型连接器。2、此处所展示的抱闸电缆连接仅适用于 V90 400 V 驱动。V90 200 V 驱动需要使用外部继电器来连接电机抱闸电缆。3、SINAMICS V90 PTI 驱动必须通过设定值电缆连接继电器,而 SINAMICS V90 PROFINET 驱动通过 I/O 电缆连接继电器。4、必须使用 I/O 电缆来实现 SINAMICS V90 PROFINET 200 V 驱动的抱闸控制,并实现除 PROFINET 通讯之外需要额外 DI/DO 的应用。根据以上可知,PLC控制伺服电机运用到的方式有以下三种:1、转矩控制转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小,具体表现为例如10V对应5Nm的话,当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转,外部负载等于2.5Nm时电机不转,大于2.5Nm时电机反转(通常在有重力负载情况下产生)。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小,也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。2、位置控制位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小,通过脉冲的个数来确定转动的角度,也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制,所以一般应用于定位装置。3、速度模式通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制,在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位,但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。
        一、交流伺服系统概述交流伺服系统包括:伺服驱动器、伺服电机和一个反馈传感器。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,伺服电机厂家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。机械方面(1)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;(2)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;(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。(7)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;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)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。(2)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;(3)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;(4)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;(5)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;
        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。
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