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1、三菱伺服系統教育訓練講義,課程名稱：三菱泛用AC伺服系統基本及應用,何 謂 伺 服,SERVO語源自拉丁語，原意為奴隸的意思，取原意稱“依指令確實執行動作之驅動裝置；能夠高精度的靈敏動作表現，自我動作狀態常時確認”。 日本工業規格JIS定義：伺服機構是將物体的位置、方位、姿勢等的控制量，將目標的任意變化追隨、構成控制系統,伺 服 機 構 系 統,伺服機構系統，大致上可分為下例幾項： 1.指令部：動作指命信號的輸出裝置。 2.控制部：接收控制指令，並驅動馬達的裝置。 3.驅動、檢出部：驅動控制對象、並檢出狀態的裝置。,伺 服 馬 達 的 種 類,伺服馬達的種類，大致可區分成： 1.同步形：採用永
2、磁式同步馬達，停電時發電效應，因此煞車容易， 但因製程材料上的問題，馬達容量受限制。迴轉子：永久磁鐵；固定子：線圈2.感應形：感應形馬達與泛用馬達構造相似，構造堅固、高速時轉矩表現良好，但馬達較易發熱，容量(7.5KW以上)大多為此形式。迴轉子、固定子皆為線圈 3.直流形：直流伺服馬達，有碳刷運轉磨耗所產生粉塵的問題，於無塵要求的場所就不宜使用，以小容量為主。迴轉子：線圈；固定子：永久磁鐵；整流子：磁刷,SM 同 步 形 伺 服 馬 達,特長優點： 1.免維護。 2.耐環境性佳。 3.轉矩特性佳，大轉矩。 4.停電時可發電剎車。 5.尺寸小、重量輕。 6.高效率。,缺點： 1.AMP較DC形構
3、造複雜。 2.MOTOR及AMP必需1：1搭配使用。 3.永久磁石有消磁的可能。,IM 感 應 形 伺 服 馬 達,特長優點： 1.維護容易。 2.耐環境性佳。 3.高速時，轉矩特性佳。 4.可製做大容量，效率佳。 5.構造堅固。,缺點： 1.小容量機種，效率差。 2.AMP較DC形構造複雜。 3.停電時，無法動態剎車。 4.隋溫度變動影響特性。 5.AMP與MOTOR必需1：1使用。,DC 直 流 形 伺 服 馬 達,特長優點： 1.伺服驅動器構造簡單。 2.停電時可發電剎車。 3.體積小、價格低。 4.效率佳。,缺點： 1.整流子週邊需定期保養。 2.碳刷磨耗產生(碳粉)，無法應用於要求凊
4、絜的場所。 3.因整流器碳刷的問題，高速時轉矩差。 4.永久磁石有消磁的可能。,ENCODER 的 種 類,ENCODER的種類： 1.相對值形編碼器 2.絕對值形編碼器,相 對 值 編 碼 器,Incremental Encoder： 回轉圓盤上有很多的光學刻度設計，當發光二極体的光源 通過固定式刻度盤、回轉圓盤時。隨時檢測出刻度變換的 相對電氣信號位置裝置。 當回轉圓盤轉動時，連續脈波數的累計數值取得。,絕 對 值 編 碼 器,Absolute Encoder： 馬達軸安裝絕對值編碼器，常時對馬達軸位置做儉測工作。 及脈波計數工作，當斷電再復電後不需再做原點復歸。,INC及ABS指令方式,
5、位置決定時的位置指命方式： 1.INC：必需對位置值加以計算，Roll等、往返運動時一定位置量的控制系統。 2.ABS：直接下達位置值，可用於XY軸、table等，一般的機械均可使用。於指命程式中較為簡便。,伺 服 的 原 理 構 成,伺服系統的最大特色，透過回饋信號的控制方式可做指令值 與目標值的比較，因而大幅減少誤差狀況。 何謂回饋信號；向控制對象下達指令後，正確的追蹤並查明現 在值，且隨時回饋控制內容的偏差值、待目標物到達目的地後， 回饋位置值，如此反覆動作。 控制流程，檢測機械本體之位置檢出，回路為封閉系統，稱之 為閉回路 。 相反，檢測馬達軸或機械軸端，之回路系統就稱為半閉回路 。,
6、伺 服 控 制 回 路 的 組 成,SERVO內部信號流程圖：,依回饋方式可分為三種： 1.位置回路：編碼器脈波信號 位置控制單元 2.速度回路：編碼器脈波信號 速度控制單元 3.電流回路：編碼器脈波信號 電流控制單元,各控制回路的響應速度依序為：電流 速度 位置,定位方式比較,控制模式種類,位 置 控 制 模 式,位置控制的區分： 1.半閉迴路控制馬達軸端檢出 2.半閉迴路控制螺旋導桿軸端檢出 3.全閉迴路控制機械位置檢出,使用AC伺服馬達於位置控制，一般是指由與伺服馬達軸心一體化的位置檢出器(編碼器、角度檢測器等)取得回授訊號，當與位置指令量一致時，使馬達軸停止之控制，並執行伺服鎖定之機能
7、（SERVO LOCK。）,(位置控制模式),腳位說明(一),適用於位置控制,AC伺服馬達用於位置控制，以用途分別可區分為2大項,1.點至點的控制(POINT TO POINT)：,B,A,a.點至點控制,不重視走行路,2.輪廓控制(補間控制)：,B,A,a.直補間,B,A,b.圓弧補間以A-B間為直徑的圓弧,步進馬達與AC伺服差異,一般使用於定位控制之定位方式，步進馬達的使用率不比AC 伺服馬達來得少(依機械特性而言)。 步進馬達沒有像伺服馬達般的檢出器做回授控制，完全因應指 令做電氣角度的回轉。 屬於開迴路的控制、使用簡單、多使用於小形搬運機執行點到 點的定位控制。,優點價格便宜簡單、使用
8、容易,缺點 不穩定、易受干擾 高速時轉矩小 低分解能 容量小(200W以下),位 置 定 位 控 制 基 礎,伺服系統的位置精度： 伺服馬達1回轉的機械移動量。 伺服馬達1回轉的Encoder脈波數。 機械系統的間隙問題，機械精度。,伺服系統、位置決定控制的基礎： 單位：Pulse；mm；inch；degree 例）指令脈波頻率？定位模組馬達1回轉所需脈波數Pulse馬連1回轉移動量mmAMP電子齒輪比電子齒輪比分子電子齒輪比分母,速 度 控 制 模 式,AC伺服馬達與其它一般的可變速裝置：(變頻器、直流馬達、渦電流繼手形可 變速馬達等)一樣，運轉速度可變換。其特長： a.緩起動、停止機能：加
9、減速時產生的衝擊，加速及減速的變動率。 b.廣大的速度控制範圍：從低速至高速之間的控制範圍(1：1000 5000)速度控制範圍內、定轉矩特性。 c.速度變動率小：即使負載變動，速度依然不會有太大的改變產生。,(速度控制模式),腳位說明(二),轉 矩 控 制 模 式,AC伺服馬達以電流做高精度的輸出轉矩控制。一般的用途為位 置控制或速度控制時速度偏差的結果所做電流控制。由外部直 接控制電流值亦可控制馬達的輸出轉矩如膠布機等張力控制可 運用。,a.張力控制時，卷取的滾輪半徑越大時、負載轉矩相對增加。伺服馬達的輸出轉矩相對增加。 b.卷取途中材料切斷時，負載瞬間變輕，但馬達高速回轉，此時伺服馬達的
10、輸出轉矩減少。 c.使用轉矩控制運動時，必需留意馬達的溫度與轉矩特性的關係。,三菱泛用伺服分類,1.MR-C系列：30W400W 2.MR-J系列：50W3.5KW 3.MR-J2系列：50W3.5KW 4.MR-J2-Super系列：50W7KW 5.MR-H-N系列：50W55KW(30KW 50KW為440V) 6.MR-E-A/AG系列:100W2KW 7.MR-Jr系列:10W30W,A-type：泛用標準界面(MR-J2-A、MR-J2S-A 、MR-HAN) B-type：SSC-NET(BUS-LINK) (MR-J2-B、MR-J2S-B MRHBN) C-type：1軸控制
11、內藏(MR-J2-C、MR-HACN),三菱泛用伺服組成,MELSERVO演進圖,產業界的需求,1980,生產性向 FMS,機能、性能,技術革新,占有率(%),POWER TRANSISTOR 模組化 釹鐵磁石8、16BIT微處理,1985,免保養 高速應答、CIM 低價位化,1990,1995,2000,2005,年,小型化 低噪音 省配線化,規格對應 耐環境性 高速高性能,網路化 開放化,診斷機能,d-q變換(向量控制),32BIT微處理,CAE,高密度實裝技術,IPM,DSP RISC微處理,具有機械系控制邏輯,網路技術,5%,10%,17%,23%,30%,35%,A,SA、SB,J,
12、C,H,J2-Super,J2,依控制器脈波列作定位 與汎用SV同時展開,全數位式伺服 無線的放大器 BUS形的AMP開發 d-q軸控制,筆記本大小之普及型之開發 內含自動調諧機能,標準ABS編碼器 標準CE、UL規格 依馬達ID識別 高密度捲線及連結CORE，因此馬達小型化,機械分析機能 適應制振控制 機械仿真機能 增益搜尋機能,MODEL適應控制 即時自動調諧 SERIAL高速SCNET BUS對應 採用32 BIT RISC CPU 共振濾波器,產業界最小之SERVO AMP 內含IPM,產品特長,基本性能提升(發揮機械性能之極限),應答頻率、編碼器解析度提升,使用方便、安裝時間縮短,高
13、性能即時自動調諧 伺服馬達種類齊全 共振濾波器、適應制振控制,整體支援含有機械系,模式適應控制 機械分析機能、機械仿真機能 增益搜尋機能,耐環境、規格、與既有品可互換,耐振動提升 海外規格、馬達保護構造 伺服馬達ID 外形尺寸、安裝、各信號的互換性,MR-J2高應答版,產品區分,性能,容量(W),10,30,50,100,400,1000,3.5K,22K,55K,100K,MR-J2-Jr DC24V,10 30W,MR-H 5022KW,MR-J2 503.5KW,30 55KW,MR-H400V 大容量,MR-J2 SUPER,MR-C 30400W,7KW,30KW,50W,形名構成,
14、伺服驅動器,M R - J 2 S - 1 0 A 1,無:三相AC200V、單相AC230V，1:單相AC100V(預定販賣),A:標準脈波列、類比I/F，B:SSCNET,10、20、40、60、70、100、200、350、(500、700),伺服驅動器系列名,伺服馬達,H C - K F S 0 5 3 ,軸端加工 K:槽鍵 D:D型軸,減速機:G1、G1H、G2,電磁剎車: B:附電磁剎車,額定旋轉速度 r/min 1:1000 2:2000 3:3000,額定輸出 05:50W70:7KW,馬達系列 MFS、KFS、SFS、RFS、UFS串列通信用,伺服馬達系列名,於既有之型名追加
15、Super之S 減速機與既有品相同 外形尺寸及安裝具互換性,馬達容量區分,對應之伺服驅動器(MR-J2-SUPER系列),HC-系列,旋轉速度 r/min 額定/最高,容量(W),30,50,100,500,750,850,1000,2000,3000,3500,7000,用途,小 容 量,低慣性 KFS,新規開發,超低慣性 MFS,中 容 量,中慣性 SFS,低慣性 RFS,扁 平 型,扁平型 UFS,3000/4500,3000/4500,1000/1500,2000/3000,3000/3000,3000/4500,2000/3000,3000/4500,皮帶驅動裝置 ROBOT,嵌入機 插件機,運輸裝置 繞線機 X-Y TABLE 食品機械,高頻度定位 裝置,食品機械 ROBOT 縫紉機,KFS馬達慣性為MFS馬達之35倍，可構築更安定的系統,使用方便,應答頻率,0,100,200,300,400,500,600,700,Hz,年,1990,1992,1994,1996,1998,2000,J,J高應答,J2,J2高應答,J2-Super,波特圖,-3db所對應之頻率,增益 (db),頻率(Hz),J2-SUPER,
