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1、交流伺服进阶课程 MR-J3-A系列伺服放大器 1 主要内容 l 伺服放大器基本原理（主回路和控制回路） l 伺服的作用 l 三菱伺服介绍（ 包括产品分类及软件的使用 ） l AC 伺服在传送带上的应用速度控制 l AC 伺服在收放卷设备上的应用转矩控制 l AC伺服在机床设备上的应用位置控制 l 伺服产品的安装维护及相关报警 l 绝对位置控制系统原理简介 2 1.1 AC伺服原理 构成伺服机构的元件叫伺服元件。由驱动放大器（AC放大器）， 驱动电机（AC伺服驱动电机）和检测器组成。 3 1.2.1 伺服放大器主回路 4 l a 整流回路： 将交流转变成直流，可分为单相和三相整流桥。 平滑电容
2、：对整流电源进行平滑，减少其脉动成分。 l c再生制动： 所谓再生制动就是指马达的实际转速高于指令速度时 ， 产生能量回馈的现象。 再生制动回路就是用来消耗这些回馈能源的装置。 1.2.1 伺服放大器主回路 5 l 按照再生制动回路的种类，可以分为： （1）小容量（0.4kw以下）电容再生方式 （2) 中容量（0.4kw至11kw）电阻再生制动方式 其中又可分为：内置电阻方式 外接电阻方式 外接制动单元方式 （3）大容量（11kw以上）电源再生方式 l d 逆变回路： 生成适合马达转速的频率、适合负载转矩大小的电流，驱动马达 。 逆变模块采用IGBT开关元件。 l e 动态制动器： 具有在基极
3、断路时，在伺服马达端子间加上适当的电阻器进行短 路消耗旋转能，使之迅速停转的功能。 1.2.1 伺服放大器主回路 6 1.2.2 伺服电机 转矩特性 三菱伺服电机属于永磁同步电机。 伺服电机的输出转矩与电流成正比 其从低速到高速都可以以恒定转矩运转 思考：伺服电机与普通三相异步电机的区别？ 连续运转区域 瞬时运转区域 7 1.2.2 伺服电机 编码器种类和结构 8 1.3.1 伺服放大器控制回路 伺服控制回路 位置环速度环 电流环 9 l 位置控制处理流程 1.3.1 伺服放大器控制回路 假设脉冲指令为1个脉冲，输入时动作为 ： 偏差计数器成为+1 转变为1个脉冲对应的电压进入放大器 放大器产
4、生SPWM波驱动马达旋转 编码器也相应旋转，发出1脉冲的震荡 1脉冲的震荡再次输入到偏差计数 器 中，从原来的指令+1减去1脉冲的震 荡，计数器值成为0 结果使DA转换输出0V到放大器， 放大器使马达停止 完成1脉冲的定位 10 l 速度控制处理流程 模拟量形式的速度指令进入速度 运算器，使电机开始运行 电机运行后使用编码器旋转，发出 脉冲反馈 脉冲反馈经过FV转化为相应的模拟 量进入伺服驱动器 反馈值与给定值相比较，如果有偏 差通过电流环输出控制电流使用其 差值改为零 1.3.1 伺服放大器控制回路 11 l 伺服放大器三种控制方式 1 转矩控制： 通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设
5、定电机 轴对外的输出转矩的大小，主要应用于需要严格控制转 矩的场合。 电流环控制 2 速度控制： 通过模拟量的输入或脉冲的频率对转动速度的控制。 速度环控制 3 位置控制： 伺服中最常用的控制，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,所以一般应用于定位装置 。 三环控制 思考：三环中哪个环的响应性最快？ 1.3.1 伺服放大器控制回路 12 1.3.1 伺服放大器控制回路 l变频器与伺服放大器在主回路与控制回路上的区别： l由变频器变更为伺服时，需考虑： （1） 机械的刚性 （2）换算到电机轴的负载惯量 （3）电机轴的振动 （4）减速
6、机构的打滑 13 l 按照定位指令装置输出的脉冲串，对工件进行定位控制。 l 伺服电机锁定功能 当偏差计数器的输出为零时，如果有外力使伺服电机转动， 由编码器将反馈脉冲输入偏差计数器，偏差计数器发出速度指令 ，旋转修正电机使之停止在滞留脉冲为零的位置上，该停留于固 定位置的功能，称为伺服锁定。 l 进行适合机械负荷的位置环路增益和速度环路增益调整。 2.2 伺服的作用 14 3.1 三菱伺服产品介绍 MR-J3交流伺服系统 丰富的产品线 15 3.1 三菱伺服产品介绍 MR-J3系列放大器型号构成 MR-J3- 无 单相/3相200-230VAC 1 单相100-120VAC 4 三相400V
7、AC A 通用脉冲串接口 B 兼容SSCNET III，高速串行总线 T CC LINK连接内置定位控制 放大器容量（如10为100w） RJ004 兼容直线伺服电机 RJ006 兼容全闭环系统 16 3.1 三菱伺服产品介绍 MR-J3系列伺服电机型号构成 H-P HC-MP 超低惯量，小容量 HC-KP 低惯量，小容量 HC-SP 中惯量，中容量 HC-RP 超低惯量，中容量 HC-LP 低惯量，中大容量 HC-UP 扁平型，中容量 额定输出容量（kw） 电机额定转速（r/min） 无 无电磁制动 B 电磁制动 无 无油封 J 油封 无 标准轴 K 带键槽 D 带D型槽 17 其他选件：
8、线缆，接头，再生制动选件，电池单元，功率改善电抗器， EMC滤波器，抗干扰产品。 3.2 选件 18 伺服放大器各部分构造 19 伺服放大器输入电源电路 20 显示和操作 21 实验 l 试运行点动 通过试运行模式中的点动运行确认电机是否可以正常动作 操作方法： 按住up和down键可使伺服电机旋转 松开，电机停止。 通过伺服设置软件可以修改转速和加减速时间常数。 22 3.3 伺服设置软件介绍 设置选型 编程 软件系统 23 3.3 伺服设置软件介绍 设置软件 MR-Configurator setup221E 通讯连接 1.1 通用接口 MR-J3-A 和 B系列 更快的响应速度 实时数据
9、采集提高了20倍以上 与运动控制器的连接 MR-J3-B 只需一根线就可以连接所有伺服 USB mini-B USB USB BUSB 24 相关操作： l 通讯设置 l 读写保存参数 l 报警监控 状态监控 l 趋势图采集 3.3 伺服设置软件介绍 25 3.3 伺服设置软件介绍 机械分析器 更精确的机械性能 频率范围 10HZ1KHz 3HZ3HZ4.5KHz4.5KHz 检测能力得到很大提高 26 3.3 伺服设置软件介绍 趋势图功能 通道 示波器 历史查看功能 （历史数据重写功能） 同时监控指令/滞留脉冲/力矩 曲线图 整定/机械特性确认 采集数据 : 0.4ms x 30000点=1
10、2sec (J2S : 0.8ms x 1024点) 27 3.3 伺服设置软件介绍 速度 / 力矩曲线数据监控 在操作模式中可以确认力矩余量 速度 力矩 曲线监控功能 連続運転領域 短時間運転領域 实际运行曲线 28 3.4 容量选型软件介绍 选型软件MOTSZ111E 29 3.4 容量选型软件介绍 机械设备传动结构选择 放大器系列选择 伺服电机系列选择 连轴器与减速机构选择 运行曲线 机械参数 选型结果 显示计算结果曲线显示计算过程 30 3.4 容量选型软件介绍 机械构成图 机械参数 如选用MR-J3系列伺服，电机容量应选择多少？ 工作台质量WT200Kg 负载重量WL50Kg 负载推
11、力Fc0.01N 减速比1/n1 负载惯量JL10.47kgc 丝杠导程PB10mm 丝杠直径DB20mm 丝杠长度LB1500mm 最大运行速度V020000mm/min 定位长度/回L400mm 加减速时间ta0.157s 定位完成时间t01.5s 一次循环时间tf2.3s 31 4.1 AC伺服在传送带上的应用 控制方式：速度控制模式 控制特点：让电机以参数中或者外部模拟量速度指令设定的转动速 度高精度地平稳的运行。 精细 速度范围宽 速度波动小 32 4.1 AC伺服在传送带上的应用 33 4.3 速度控制使用时的接线 34 4.4 实验一: 多段速 相关参数：PA01 控制模式（必需
12、设定） PC01 加速时间常数（根据需要设定） PC02 减速时间常数（根据需要设定） PC03 S型加减速时间常数（根据需要设定） PC05PC11 内部速度指令，设定内部7段速（必须设定） PC37 模拟量速度指令偏置 PC12 模拟速度指令最大转动速度 问题： 1. 使用软件的趋势图功能监控速度与转矩曲线 2.外部模拟量和多段速同时有效时，哪个优先? 3.如果需要设置三段以上的速度，如何定义SP3端子？ 4. 外部电压0v输入时，监测仍存在50mv的电压， 应如何设置参数使电机保持停止？ 5. 要求10v电压对应电机转速为2000r/min，参数如何设置？ 加速时间1s 减速时间0s 第
13、一段速度500r/min 第二段速度800r/min 第三段速度1200r/min 多段速端子与速度关系表 35 4.4 实验二: 速度模式下的转矩限制 作用：限制电机在运转时的最大转矩 相关参数： PA11正转转矩限制， 设定最大转矩限制=100% PA12反转转矩限制， 设定最大转矩限制=100% 方法一：内部参数设定 方法二：外部模拟量给定 问题：1.通过趋势图功能监控对输出转矩进行限制后 转矩速度曲线的变化？ 2.当外部模拟量转矩限制和PA11/PA12 都有给定时，哪种方式有效？ 36 5.1 AC 伺服在收放卷设备上的应用 l 收放卷中张力控制的目的： 稳定传送材料，防止变形，确保尺寸精度等 l 张力控制基本结构： 进给机构：将长尺寸的材料从左向右传送 放卷机构：为了保持一定的张力，需要随着 卷径的减少相应的减少制动扭矩 收卷机构：为了保持一定的张力，需要随着 卷径的增加相应的增加制动扭矩 F=T/R 其中F为张力，T为电机输出扭矩 R为卷径。 37 l 伺服系统张力控制原理： 张力控制即转矩控制，当电机的输出转矩和负荷取得平衡时，电机转速为 平衡 速度。因
