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1、1,动作控制伺服驱动器基础课程,安川电机（上海）有限公司,2,.1伺服的定义和外观结构.2伺服驱动的构成.3伺服的性能评价,3,1.1伺服的定义和构成要素,伺服的定义,伺服的构成要素,伺服系统-是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标值(或给定值)的任意变化的自动控制系统。,4,1.1.1伺服的外观结构和铭牌,5,整流部,逆变部,电源部,控制部,电流演算部,商用电源,指令信号,电机,编码器,回転角度情報,反馈,6,速度控制部,编码器,位置反馈,电流反馈,电流控制部,位置控制部,位置速度变换,速度反馈,速度环,位置环,电流环,位置指令,电机,环路是由位置控制部、速度控制部、电流控制
2、部发出的指令控制部输出指令反馈所形成的闭合回路。电流回路在伺服器内闭合，位置回路、速度回路向伺服驱动外输出。,7,数字伺服的位置决定指令输入信号是脉冲列。位置决定量是脉冲数，位置决定速度是单位时间（秒）的脉冲量。（：）输入的脉冲量与反馈的脉冲数量相一致时，这才完成了位置决定这一构成。在位置控制部中，因为有输入脉冲的加算、反馈脉冲的减算，所以有一个计数器。（也称偏差计数器）,1.2.2位置控制部的构成,8,1.2.3速度控制部的构成,速度控制部的构成和积分器的运作,无积分器的话，必定有一个克服负荷摩擦的转矩，必然存在指令值与当前值的差，所以速度会达不到指令值。,多早去追上指令，这个时间可通过伺服
3、器内部的时参数来设定，这个值依存于机械的刚性。时参数请参照后页设定方法、刚性等后述,象这样比例控制（Proportional）和积分控制（Integral）的组合就称为PI控制。,像始动时那样,尽可能使应答迟缓减小的情况时,PI-I单纯作为比例增幅器运作。在正常运行时,由于外乱转矩等,PI-I作为积分器运作.可对速度偏差进行积分,实行修正控制.,9,1.2.4比例動作（動作）,将增益调整到一个相当的量时，比例动作增强，应答速度变快。输入偏差为0时，有连续的运作。,T=0,T=0,10,1.2.5積分動作（動作）,偏差变小、负荷动作越困难偏差微量存在，这个量就称为残留偏差（偏移）。即使是小偏差,
4、也可以积累成大的操作量。直到偏差成为0，负荷才可以运作。,T=0,T=0,11,-i（）,1.2.6比例積分動作（動作）,：积分时间,=0,P动作与I动作并用。越短，动作表现越强。,T=0,12,有关电流控制的性能评价电流环增益有关速度控制的性能评价速度环增益过渡应答的速度环增益频率应答的环增益速度环积分时参数有关位置控制的性能评价位置环增益位置决定整定时间位置决定精度,评价伺服的应答性（指令输入后输出的情况（电机如何转动），使用回路增益这个用语。就是GAIN，获得和利益的意思。是输入和输出之比所解释的技术术语，现在直接使用增益来表示。,输入A,输出B,系统,增益B/A,13,1.3.1有关电
5、流控制的性能评价,所谓电流控制的回路增益，就是由电流控制部输入电流指令，电流是怎样流动的应答性。但是，这个应答性是不依存机械而存在的，回路在伺服内部，并且，这个应答性可以充分地高，因此不能与机械相调整。,电流控制部,电流输出应答,与电机的应答相比显著地早,14,1.3.2有关速度控制的性能评价,速度环增益和速度环积分时参数影响速度控制的性能。速度环增益中又包括过度应答的速度环增益和频率应答的速度环增益。,15,过度应答速度环增益输入阶梯状的信号之后到输出指令值到达63.2%的这一段时间称为时参数，这个逆数称为速度环增益。,1.3.2-A）速度环增益,16,A-2）所谓的频率应答特性速度环增益,
6、电机回转速度,速度指令电压,电机回转速度,增益EEi,位相遅,增益是（）的频率称为这个频率的频率特性是,1.3.2-A）速度环增益,17,过度应答性的速度环增益和频率应答性的速度环增益的关系,1.3.2-A）速度环增益,18,速度环积分时参数能对应机械刚性进行设定。速度环积分时参数缩短，指令也一致缩短时间，如果不缩短，机械会发生振动。有必要设定适合的机械刚性。,速度环增益和积分时参数之间有一定的关系.,即使设定了最适的速度环增益,积分时参数设定不良时,1.3.2B）速度环积分时参数,19,位置环增益位置环增益就是进行位置决定的时候速度的应答性。在数字伺服中，位置决定指令是以脉冲信号输入的。位置
7、决定量就是脉冲量。位置决定速度就是单位时间（S）内通过的脉冲数（：）。输入的脉冲数和反馈的脉冲数一致时，才完成了位置决定过程。在位置控制部，输入脉冲的加算，反馈脉冲的减算，设置计数器（也称偏差计数器）。,1.3.3位置环增益,20,速度指令大,回転。,位置决定动作的实例指令单位在的距离中以进行位置决定。位置决定脉冲数：，位置决定速度：，,1.3.3位置环增益（続）,21,用户参数,目标:在学习伺服系统在机械电机方面的安装时，首先要学习如何调节用户参数。它是位置控制与电气之间的一个界面，它包含了电机与编码器的工作。其他的自动控制机器的连续性和互锁性。,2.1用户参数的定义和安装2.2用户参数实例
8、,22,2.1用户参数的定义和安装,用户参数有两个类型。选择型由16个环节4行组成。根据各行的设定，选择机能。调整型设定数值。用户参数可通过WIN+软件，数字操作器，面板操作器设定。,2-2,23,2.2用户参数概要,选择型(Pn-000003等)控制模式选择(位置,速度,转矩控制)机能使用、不使用设定报警时的伺服运作选择电机回转方向的设定I/O信号的开断（使用）不使用（常時ON、OFF）,调整型(Pn100等)各种增益位置决定单位、速度、及转矩指令信号点动速度有关转矩速度的参数连续参数,以下是SGDM(SGDH)伺服用的二个类型的参数。,24,2.2.1选择型用户参数的代表例,分類,設定値,
9、説明,电机,电机回转方向设定,Pn000的0位0以及,0:正转1:逆转,控制模式选择,Pn000的1位0B,0:速度控制1:位置控制2:转矩控制3:内部设定速度选择等,伺服OFF时及报警发生时的停止法,Pn001的0位01以及2,0:以动态制动（DB）停止1:以DB停止、在这之后DB解除2:自由运行状态停止,超程时停止选择,Pn001的1位0以及2,0:自由运行停止：减速停止后伺服振动2:减速停止后自由运行状态,AC/DC电源输入选择,Pn001的2位0以及,0:AC电源输入1:DC电源输入,警报代码输出,Pn001的3位0以及,0:只在端子AOL1,AOL2,AOL3输出警告代码1:故障代码
10、、警告代码两方面输出,25,分類,参数,名称,出厂设定,增益关系,Pn100,Pn101,Pn102,Pn103,Pn104,Pn105,Pn106,速度环增益,速度环积分时参数,位置环参数,惯性力矩比,第2速度环增益,第2速度环积分时参数,第2速度环增益,40,2000,40,0,40,2000,40,单位,HZ,0.01ms,s,HZ,0.01ms,2.2.2用户参数（调整型）代表例,26,3.1增益的特性确认3.2在线自动运行3.3手动运行,目标：伺服增益特性的增益。,27,3.1增益特性确认1,Kv=120,Kp=80,Kv=120,Kp=120,位置环增益的变更整定时间变化,COIN
11、信号使用,28,3.1增益特性确认2,速度环积分时参数超程的影响,Kv=120Hz,Ti=8.0ms,Kv=120Hz,Ti=2.0ms,超程小、位置决定迟缓,超程大、位置决定快速,29,位置决定量：10转位置决定速度：3000min-1,只上升Kp,应答变快,观察速度带来的振动。,Kv=40,Kp=100,JL/JM=460%,Kv=160,Kp=100,JL/JM=460%,Kv=40,Kp=40,JL/JM=460%,3.1增益特性确认3,和的平衡,30,1)在线自动运行在伺服的运行中测定负荷惯性的最大值,一定地保持以速度环增益或位置环增益为目标的机能。)自动运行下的自动设定增益速度环增
12、益Kv（Pn100）速度环积分时参数Ti（Pn101）位置环增益Kp（Pn102）转矩指令滤波器时参数（Pn401）,31,在手动运行不能满足应答特性的情况、还可通过提前运行、分别地对增益一个一个地进行运行。,仅位置控制的时候,根据上位控制的指令输出，进行增益的调整。,来自上位控制的指令输出为0的时候，电机完全停止，调整偏置。,即使手动运行还不能满足应答特性的情况,提前运行机能可适用,进行调整。,积分时参数长，位置环增益小。为了得到最适应答性，调整速度环增益。,直到无机械振动,将积分时参数进行缩短调整。,直到无机械振动,将位置环增益进行扩大调整。,32,根据不同的增益,学习如何改变应答特性。,
13、Kv=40HZTi=20msTf=1ms,Kv=85HZTi=10msTf=0.5ms,Kv=160HZTi=6msTf=0.21ms,由始动开始到达指令值指时间为8,同5,同3.7,33,电机的机种和容量的选定,4.1,选定公式的导入,4.2,为选定而讨论的项目,选定讲习,4.3,4.4,样本读取的方法,再生讨论,4.5,目标：,学习伺服电机(机种和容量)选型公式的要点。并且根据向本社用户提供的电机选型软件,进行选型讲习和再生讨论.,34,4000,3000,1000,2000,2,4,6,8,0,转矩(Nm),速度(min-1),瞬时最大转矩（瞬时究竟是多少秒？参照下页的符负荷特性）,连续
14、使用最大转矩,连续使用区域,反复使用区域,RMS转矩在连续使用范围内的话、在过负荷特性容许时也可以使用（关于实效值以后叙述）,安全使用区域RMS转矩必须在这个区域里,额定回转速度（以额定速度运行的电机回转速度）,SGMAH-08A,失速转矩,速度为0时的转矩,5000,4.1,样本的读取1,A)转矩-回转速度特性,35,B)过负荷特性,通電時間,(s),1000,100,5,3,1,0.7,1,3,2,电机额定电流(%),样本的读取2,热启动,冷启动,热启动：电机在热饱和状态使用的情况,冷启动：电机在充分冷却时运作的情况,额定的多少倍（）的电流、经过几秒流过。,见右图、冷启动、2倍的额定电流在
15、秒中流过读取情况还是相当良好。,4.1,36,4.1伺服选型原则及步骤,一、伺服选型原则力矩:负载力矩额定力矩;加速力矩最大力矩;转动惯量比:负载侧转动惯量与电机转子转动惯量比要在电机允许范围内转速:设计转速电机最大转速控制方法:模拟量控制、脉冲控制或通信控制安装尺寸:应考虑电机法兰面、轴径、整体尺寸制动器：电机是否需要带制动器(根据机械结构）使用环境：电机是否要加油封（是否有油水）再生能量：再生能力是否过大，需加外置再生电阻,37,4.2选型公式的导入1,得,根据和的关系,（）,由,38,工作台：质量（）移动速度（）,电机,连轴器以及减速机（減速比）,NM（in-）,机械效率,推力：（）下注,摩擦系数,滚珠丝杠：长度（）导程（）直径（）密度（）,电机（回转速度：N（min-）输出的倍就成为工作台运行的动力。这个时候电机转矩T,得,另,如果有,那么下式也成立。,注：所谓推力，就是金属加工时与切削力反作用的力，它是外力施与工作台的一个很重要的力。只是工作台移动的情况时F=0。,4.2选型公式的导入2,（）,（）,由,39,电机（回转速
