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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21.1 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。31.2.1 伺服放大器主回路4l 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：对整流电源进行平滑，减
2、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5l 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
3、旋转能，使之迅速停转的功能。1.2.1 伺服放大器主回路61.2.2 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 71.2.2 伺服电机 编码器种类和结构81.3.1 伺服放大器控制回路 伺服控制回路位置环速度环电流环9l 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
4、 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10l 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11l 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
5、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121.3.1 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）减速机构的打滑13l 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
6、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143.1 三菱伺服产品介绍 MR-J3交流伺服系统丰富的产品线153.1 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200-230VAC1 单相100-120VAC4 三相400VACA 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
7、全闭环系统163.1 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：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
8、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。223.3 伺服设置软件介绍设置选型编程软件系统233.3 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-BUSB USBBUSB24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253.3 伺服设置软件介绍机械
9、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 263.3 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=12sec (J2S : 0.8ms x 1024点)273.3 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283.4 容量选型软件介绍选型软件MOTSZ111E293.4 容量选型软件介绍机械设备传动结构选择
10、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303.4 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tf2.3s314.1 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
11、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324.1 AC伺服在传送带上的应用334.3 速度控制使用时的接线344.4 实验一: 多段速相关参数：PA01 控制模式（必需设定）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
12、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354.4 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
13、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？ 365.1 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。37l 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。因此转矩控制时的速度由负荷决定。如电机的输出转矩比
14、电机负荷 大，电机将会加速。为了防止出现过速度，应设置速度限制值。伺服系统中转矩控制主要由电流控制环完成。产生转矩T为T=K1* Ia符号说明：T：转矩 K1 ：常数 ：磁通 Ia：电流 l 伺服系统在张力控制中的应用：张力控制时，电机扭矩的选定是根据连续运转扭矩，而非短时间最大扭 矩。在收卷和放卷中，最大卷径时需要较大扭矩，而在最小卷径时则高速旋 转，所以卷轴比（最大/最小卷径的比率）变大时，需要相应大功率的电 机。5.1 AC 伺服在收放卷设备上的应用385.2 AC 伺服的选型注： 扭矩及转速的允许使用范围因各机种而 不同，一般按照最低扭矩为额定扭矩1% 以上，最低转速为额定转速1/10
15、0以上 选取395.3 使用时的接线405.41 实验一：缺省参数下转矩模式实验 要求：电机输出扭矩为0.032NM，使用外部模拟量控制电机输出转矩，并监控 电机当前转矩和速度曲线 。 电压与转矩关系图如下 正转启动RS1和反转启动RS2决 定的转矩输出与方向关系如下：相关参数： PA01： 控制模式 PC01： 加速时间常数 PC02： 减速时间常数415.42 实验二：转矩模式下速度限制的应用l 第一种方式：内部速度指令进行速度限制相关参数：PC05（内部速度1），PC06（内部速度2），PC07（内部速度3）观察并记录SP1和SP2的不同通断下组合下电机的转速。 l第二种方式：外部模拟量进行速度限制第一段速度800r/min第二段速度1200r/min第三段速度16
