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1、让我们来学学伺服 伺服系统基础知识,WPME2:陈迪勇,1.伺服系统的基本概念 1.1名词 1.2伺服系统的种类 2.交流永磁同步电机伺服系统 2.1永磁交流同步伺服电机的结构 2.2 驱动器功能图 2.3 电机与驱动器间的反馈 2.4 系统组成 2.5 控制模式 3. Samsung CSDJ伺服系统 4. MAC运动控制器 & RC1 Robot Controller,目录 Table of Contents,1.伺服系统的基本概念,1.1名词 “伺服”词源自于希腊语“奴隶”的意思 。 绝对服从控制信号的要求而动作。,1.2伺服系统的种类,1.伺服系统的基本概念,电液伺服驱动 由电液伺服阀
2、、低速大转矩液压马达或液压缸，位置检测等元件组成 电气伺服驱动 直流伺服电机（致命弱点是有电刷，制造成本高,维护较困难） 交流伺服电机（具备有良好的起动、制动、位置控制功能，功率和转速比直流系统有提高，结构简单，维护简便）,1.伺服系统的基本概念,2.交流永磁同步电机伺服系统,2.1永磁交流同步伺服电机的结构,定子,永磁转子,编码器,定子三相绕组,接线端口,2.交流永磁同步电机伺服系统,2.2 驱动器功能图 Function block diagram,2.3电机与伺服器之间的反馈 Feedback 2.3.1 磁极反馈 Pole loop 交流伺服电机的转子是永磁体，它有固定的N，S极。如果
3、磁极的角度位置没有反馈给伺服驱动器的话，伺服驱动器将无法进行正常运算，也就无法正常驱动电机。 利用电机的编码器将磁极的位置反馈给伺服驱动器。 编码器的角度在电机出厂时候已经调校在与磁极相对应的位置。,2.交流永磁同步电机伺服系统,2.3. 2电流环反馈 Current loop 通过驱动器内部的霍尔元件，精确地检测出电流的大小。 电流控制的必需数据。 电流异常时停止工作，保护电机和驱动器。,2.交流永磁同步电机伺服系统,2.3.3 速度环反馈 Speed loop 通过电机的编码器将电机的旋转速度反馈给伺服驱动器。 检测电机是否按照指令旋转。,2.交流永磁同步电机伺服系统,2.3.4 位置环反
4、馈 Position loop 通过编码器检测上位控制器发出指令后，电机是否移动到了指定位置。 根据跟踪误差的数值，控制电机移动其差值部分，达到精确定位的目的。 存在定位宽度的问题。,2.交流永磁同步电机伺服系统,2.4伺服控制系统的组成 开环控制 半闭环控制 闭环控制 2.4.1 开环控制 OPEN LOOP,2.交流永磁同步电机伺服系统,上位控制器,伺服驱动器,传动机构,伺服马达,工作台,2.4.2 半闭环控制 SEMI-CLOSE LOOP,2.交流永磁同步电机伺服系统,上位控制器,伺服驱动器,传动机构,伺服马达,位置编码器,工作台,2.4.3 全闭环控制 FULL-CLOSE LOOP
5、,2.交流永磁同步电机伺服系统,上位控制器,伺服驱动器,传动机构,伺服马达,位置反馈装置(光栅尺磁栅尺等),反馈信号,工作台,2.5 控制模式 为了适应各种上位控制器的要求,伺服驱动器通常有三种控制方式可供选择。,2.交流永磁同步电机伺服系统,速度控制模式,转矩控制模式,位置控制模式,2.5.1 速度控制模式,2.交流永磁同步电机伺服系统,速度控制模式,上位控制器发出速度指令,0 10V 0额定转速(电压的正负表示旋转方向),根据伺服器输入电压的大小，达到控制伺服马达转速的目的。,2.5.2转矩控制模式,2.交流永磁同步电机伺服系统,转矩控制模式,上位控制器发出转矩指令,0 10V 0额定转矩
6、(电压的正负表示力矩的方向),根据伺服器输入电压的大小，达到控制伺服马达输出转矩的目的。,2.5.3位置控制模式,2.交流永磁同步电机伺服系统,位置控制模式,上位控制器发出位置指令,A/B相位脉冲串,CW/CCW脉冲串,Dir+Pluse,3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.1.1驱动器外观尺寸 (CSDJ-01B, 02B, 04B),3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.1.2推荐的电源控制电路,3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.1.3 配线图,3. Samsung CSDJ p
7、lus 伺服系统,3.1.4 CN1 的 I/O 规格说明,3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.1.5 CN2 编码器接口,3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.2.1操作器 伺服系统的参数设定 运行状态显示 数字/模拟接口监视 故障代码显示,3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.2.2 Smart Jog 软件 在线/离线参数设定 系统参数的上传/下载 状态显示 监视功能 JOG功能 系统错误监视,3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.3 必要的参数设定 初始参数 Initial Setting 电机及编码器的型号 控
8、制模式的选择 Control Mode 速度控制/转矩控制/位置控制 增益 Gain 速度比例增益Kp，速度积分增益Ki，位置比例增益Kp 惯量比 Inertia Ratio 自学习 Auto Tuning 电子齿轮比 Electric Gear Ratio 再生电阻 Regeneration Resister 制动功能 Brake,3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.3.1 初始参数 Initial Setting 根据手册输入正确的电机及编码器的型号,3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.3.2控制模式的选择 Control Mode 根据上位控制器的
9、不同，选择伺服器的工作模式,3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.3 .3增益 Gain 合理的增益参数是伺服系统发挥最佳性能的必要条件. 3.3.3.1速度比例增益Kp SET-02 速度比例增益决定了系统的动态响应性能,其设定值取决于电机的转子惯量跟驱动机械的刚性. 速度比例增益越大 调整原则:在电机不震动啸叫的前提下,尽可能地提高Kp设定值. 速度比例增益与驱动机械刚性的关系: Kp=,系统响应越快.,(电机转子惯量+负载惯量)X100,电机转子惯量,(Hz),3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.3.3.2 速度积分增益Ki SET-03 速度积分参
10、数关系到系统的跟随性,它的大小根据系统的刚性来调整. 速度积分增益越大 调整原则:在电机不震动啸叫的前提下,尽量调大速度积分增益 速度积分增益通常用时间常数Kv表示，时间常数越小，作用越明显。 速度积分时间常数调整与机械刚性的关系: 机械的刚性好 Kv可以调低，但过低容易造成不到位或过冲 机械的刚性差 Kv 必须调大,但过大调整时间会增大,系统的跟随性越好，瞬态响应性能会更佳，稳态速度误差减少,Kv=2.3*,1,2pi*Kp,(s),3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.3.3.3 位置比例增益Kp SET-04 位置比例增益决定了定位的刚性,数值根据电机的惯量和机械的刚性
11、来设定. 位置比例增益越大 响应性越高,定位时间越短,定位刚性越好 调整原则:在电机停止时不震动啸叫的前提下,尽可能调高位置比例增益,但位置环比例增益不要超过速度环比例增益 位置比例增益与机械刚性的关系: 电机的惯量大或者机械刚性好 Kp可以调高,3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.3.3.4 增益调整的顺序,确定控制模式,位置控制模式,速度控制模式,速度比例增益Kp,速度积分增益Ki,位置比例增益Kp,速度比例增益Kp,速度积分增益Ki,转矩控制模式不需要进行增益设定,3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.3.4电子齿轮比 SET-36,SET-37 在位置控制时,可以灵活地设置电子齿轮比以达到设定指令单位等目的. 简单地说,就是可以灵活地设定发多少个脉冲电机走一圈.,3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.4 故障通知 LED红-绿交替显示（0.2s) 操作器显示ALARM CODE 故障输出SALM,AL1,AL2,AL3,3. Samsung CSDJ plus 伺服系统,3.5 故障输出 相关输出点及输出说明,放映结束,谢谢观看,