伺服电机和伺服驱动器的使用介绍

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1、伺服电机和伺服驱动器的使用介绍 伺服电机和伺服驱动器的使用介绍 一、伺服电机 伺服驱动器的控制原理 一、伺服电机 伺服驱动器的控制原理 伺服电机和伺服驱动器是一个有机的整体，伺服电动机的运行性能是电动机及其 驱动器二者配合所反映的综合效果。 1、永磁式同步伺服电动机的基本结构 图1为一台8极的永磁式同步伺服电动机结构截面图，其定子为硅钢片叠成的铁芯 和三相绕组，转子是由高矫顽力稀土磁性材料（例如钕铁錋）制成的磁极。为了检测 转子磁极的位置，在电动机非负载端的端盖外面还安装上光电编码器。驱动器根据反 馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度 （线数）。 图1 永

2、磁式同步伺服电动机的结构 图1 永磁式同步伺服电动机的结构 图2 所示为一个两极的永磁式同步电机工作示意图，当定子绕组通上交流电源后， 就产生一旋转磁场，在图中以一对旋转磁极N、S表示。当定子磁场以同步速n1逆时针方 向旋转时，根据异性相吸的原理，定子旋转磁极就吸引转子磁极，带动转子一起旋转定子旋转磁极就吸引转子磁极，带动转子一起旋转， 转子的旋转速度与定子磁场的旋转速度（同步转速n1 1）相等。当电机转子上的负载转矩 增大时，定、转子磁极轴线间的夹角就相应增大，导致穿过各定子绕组平面法线方 向的磁通量减少，定子绕组感应电动势随之减小，而使定子电流增大，直到恢复电源 电压与定子绕组感应电动势的

3、平衡。这时电磁转矩也相应增大，最后达到新的稳定状 态，定、转子磁极轴线间的夹角称为功率角。虽然夹角会随负载的变化而改变， 但只要负载不超过某一极限，转子就始终跟着定子旋转磁场以同步转速转子就始终跟着定子旋转磁场以同步转速n n1 1转动转动，即转 子的转速为： （1-1） 图 2 永磁同步电动机的工作原理 图 2 永磁同步电动机的工作原理 电磁转矩与定子电流大小的关系并不是一个线性关系。事实上，只有定子旋转磁 极对转子磁极的切向吸力才能产生带动转子旋转的电磁力矩。因此，可把定子电流所 产生的磁势分解为两个方向的分量，沿着转子磁极方向的为直轴（或称d轴）分量，与 转子磁极方向正交的为交轴（或称q

4、轴）分量。显然，只有q轴分量才能产生电磁转矩。 由此可见，不能简单地通过调节定子电流来控制电磁转矩，而是要根据定、转子 磁极轴线间的夹角确定定子电流磁势的q轴和d轴分量的方向和幅值，进而分别对q 轴分量和d轴分量加以控制，才能实现电磁转矩的控制。 要根据定、转子 磁极轴线间的夹角确定定子电流磁势的q轴和d轴分量的方向和幅值，进而分别对q 轴分量和d轴分量加以控制，才能实现电磁转矩的控制。这种按励磁磁场方向对定子电 流磁势定向再行控制的方法称为“磁场定向”的矢量控制。 2、位置控制模式下的伺服系统是一个三闭环控制系统闭环控制系统，两个内环分别是电流环和 速度环。 图 3 图 3 稳态误差接近为零

5、； 动态：在偏差信号作用下驱动电机加速或减速。 二、松下MINAS A5系列AC伺服电机驱动器的接线和参数设置简介松下MINAS A5系列AC伺服电机驱动器的接线和参数设置简介 AC 伺服电机和驱动器MINAS A5 系列对原来的A4 系列进行了性能升级，设定和调 整极其简单；所配套的电机，采用 20 位增量式编码器，且实现了低齿槽转矩化；提 高了在低刚性机器上的稳定性，及可在高刚性机器上进行高速高精度运转，可应对各 种机器的使用。 1、驱动器和伺服电机型号的定义 驱动器 图 4图 4 伺服电机 图 5图 5 2、驱动器接口和控制接线 图 6图 6 主电路接线：连接器XA包括主电源输入端子和控

6、制电源输入端子，可独立； 连接器连接器XB的电机连接端子连接到伺服电机，固定接线，不可反接。 （U相 红色、V相 白 色、W相 黑色） 的电机连接端子连接到伺服电机，固定接线，不可反接。 （U相 红色、V相 白 色、W相 黑色） ；X6 接口编码器反馈信号 X4端口：I/O 控制信号端口。YL-335B接线如图7所示。 图 7图 7 X4端口是一个50针端口， 各引出端子功能与运行模式有关。 YL-335B采用位置模式， 并根据设备工作要求，只使用部分端子。此外，伺服ON输入（29脚） 、伺服警报输出负 端（36脚，ALM-端）均在接线插头内部连接到 COM- 端（0V） 。从接线插头引出的信

7、号 只有： 脉冲信号输入端（OPC1、PULS2、OPC2、SING2） 正方向驱动禁止输入（9脚，POT） ，负方向驱动禁止输入（ （8脚，NOT） 注意： 采用S7-200系列PLC时， PLC脉冲输出端的连接与三菱FX系列PLC不同， 图8(a) 是FX1N脉冲输出端与驱动器的连接原理，图(b) 则是西门子S7-226脉冲输出端与驱动 器的连接原理。 图 8图 8 3、参数设置 3、参数设置 操作面板使用 图 9图 9 参数设置 A5的参数分为7类，即：分类0（基本设定） ；分类1（增益调整） ；分类2（振动抑 制功能） ；分类3（速度、转矩控制、全闭环控制）YL-335B实际上主要使用

8、基本设定。 A5 伺服参数设置表格 A5 伺服参数设置表格 参数 序 号 参数号 参数名称 设置值功能和含义 初始值 1 Pr5.28 LED 初始状态 1 显示电机转速 2 Pr0.01 控制模式 0 位置控制（相关代码 P） 0 0 3 Pr5.04 行程限位禁止 输入无效设置 2 当左或右限位动作，则会发生 Err38 行程限位 禁止输入信号出错报警。设定为 1 时，POT、NOT 无效。 设置此参数值必须在控制电源断电重启之后才 能修改、写入成功。 1 1 4 Pr0.04 惯量比 1678 实时自动增益调整有效时，实时推断惯量比， 每 30 分钟保存在 EEPROM 中。 5 Pr0

9、.02 实时自动增益 设置 1 设定值为 0 时，实时自动调整功能无效；为 1 时是标准模式，实时自动调整有效，是重视稳 定性的模式。不进行可变载荷及摩擦补偿也不 使用 1 1 6 Pr0.03 实时自动增益 的机械刚性选 择 13 实时自动增益调整有效时的机械刚性设定。此 参数值设得很大，响应越快，但变得容易产生 振动。 13 13 7 Pr0.06 指令脉冲旋转 方向设置 与所使 用指令 有关 0 0 8 Pr0.07 指令脉冲输入 方式 3 指令脉冲 + 指令方向。设置此参数值必须在控 制电源断电重启之后才能修改、写入成功。 1 9 Pr0.08 设定相当于电 机每旋转 1 次 的 指

10、令 脉 冲 数。 6000 10 Pr0.09 第 1 指 令 分 频、倍频分子 0 11 Pr0.10 指令脉冲分倍 频分母 6000 若 Pr0.080， 电机每旋转 1 次的指令脉冲数 不受与 Pr0.09、Pr0.10 的设定影响。 若 Pr0.08=0，Pr0.09=0 若 Pr0.08=0，Pr0.090 编码器分辨率为 10000（2500p/r4） 设置说明： 控制模式：Pr0.01 =0 位置控制 指令脉冲旋转方向和指令脉冲输入方式：指令脉冲旋转方向和指令脉冲输入方式：Pr0.06，Pr0.07。 位置指令 （脉冲列） 对应3 形态的输入： (a)2 相脉冲;(b)正向脉冲负

11、相脉冲 （CW 和CCW）;(c)脉冲列+ 符号。 Pr0.07 规定了确定指令脉冲旋转方向的方式：两相正交脉冲（0或2） 、CW和CCW （=1） 或指令脉冲+指令方向（=3） 。用PLC的高速脉冲输出驱动时，应选择 Pr0.07=3Pr0.07=3。 当Pr0.06=0，Pr0.07=3，则指令方向信号SING为高电平（有电流输入）时，正 向旋转。例如，当PLC编程使用定位控制指令驱动伺服系统时，需选择 Pr0.06=0使用定位控制指令驱动伺服系统时，需选择 Pr0.06=0 当 Pr0.06=1，Pr0.07=3，则指令方向信号 SING 为低电平（无电流输入）时，正 向旋转。例如，在

12、S7-226 编程使用脉冲输出指令驱动伺服系统时，需选择 Pr0.06=1 位置控制模式下电子齿轮的概念和电子齿轮参数 位置控制模式下，等效的单闭环系统方框图 图 10图 10 带积分器的闭环控制系统稳态误差为零，即输入的指令脉冲数乘以电子齿轮比， 将与编码器反馈的脉冲数相等。电子齿轮是一个分/倍频器，用以按需要改变指令脉冲 数，使之与编码器反馈脉冲数匹配。 YL-335B中，同步轮齿数=12，齿距=5mm, 每转60 mm，为便于编程计算，希望脉冲 当量为0.01 mm，即伺服电机转一圈，需要PLC发出6000个脉冲。故设定 Pr0.08=6000。 保护参数：Pr5.04-行程限位禁止输入

13、无效设置， 设定Pr5.04=2，则当左或右限位动作，则会发生Err38 行程限位禁止输入信号错 误报警。 二、使用 PLC 的脉冲输出功能驱动伺服电机 1、三菱 FX1N 的定位控制指令 二、使用 PLC 的脉冲输出功能驱动伺服电机 1、三菱 FX1N 的定位控制指令 定位控制指令包括原点回归 （ZRNZRN） 、 相对位置控制 (DRVIDRVI) 、 绝对位置控制 (DRVADRVA) 和可变速脉冲输出指令（PLSVPLSV） 。 原点回归 DZRN：DZRN：高速返回到近点，到达近点以爬行速度返回，近点信号 （DOG）由 ON 变为 OFF（下降沿）停止。当前值寄存器（D8041，D8

14、040）清零。执行完 成标志是 M8029。 绝对位置控制 DDRVADDRVA：给出目标位置的坐标（对于原点的脉冲数，可正负） ，运 行频率；指定脉冲输出、方向输出点。 例：原点回归子程序 图 11 可变速脉冲输出指令 DPLSVDPLSV，一个附带旋转方向的可变速脉冲输出指令。给定 脉冲输出频率（可正负） ，指定脉冲输出、方向输出点。在脉冲输出状态中，仍然能够 自由改变输出脉冲频率。 2、S7-200 系列 PLC 的脉冲输出功能 2、S7-200 系列 PLC 的脉冲输出功能 使用位控响导编程注意问题 点选使用高速计数器 HSC0（模式 12）对 PTO 生成的脉冲自动计数的功能。 为运

15、动包络指定 V 存储区地址（修改建议地址） ，应通盘考虑，自行键入一个 合适的地址。 由向导生成的四个项目组件（子程序）的使用 其中 PTOx_MAN 子程序（手动模式） ：将 PTO 输出置于手动模式。执行这一子程序允许 电机启动、停止和按不同的速度运行。但当 PTOx_MAN 子程序已启用时，除 PTOX-CTRL 外任何其他 PTO 子程序都无法执行。 、PTOx_LDPOS 指令（装载位置） ：改变 PTO 脉冲计数器的当前位置值为一个新值。 可用该指令为任何一个运动命令建立一个新的零位置。 3、西门子 S7-200 系列 PLC 的脉冲输出指令库 MAP 3、西门子 S7-200 系

16、列 PLC 的脉冲输出指令库 MAP 脉冲输出指令库 MAP 基于 S7-200 PLC 本体脉冲输出指令（PTO） ，用于帮助用户 实现较复杂的定位功能，控制伺服驱动或步进电机。 指令库安装 指令库安装 例：MAP serv q0.0 指令库安装 指令库的内容 指令库的内容 MAP 包括的指令块如下表： 块 功能 Q0_x_CTRL 参数定义和控制 Q0_x_MoveRelative 执行一次相对位移运动 Q0_x_MoveAbsolute 执行一次绝对位移运动 Q0_x_MoveVelocity 按预设的速度运动 Q0_x_Home 寻找参考点位置 Q0_x_Stop 停止运动 Q0_x_LoadPos 重新装载当前位置 Scale_EU_Pulse 将距离值转化为脉冲数 Scale_Pulse_EU 将脉冲数转化为距离值 MAP SERV Q0.0 指令库的使用 指令库的使用 a、应