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1、伺服驱动器伺服驱动器 孙海亮交流伺服驱动器原理及调试主要内容主要内容一、伺服驱动器的种类及结构一、伺服驱动器的种类及结构 二、伺服驱动器发展趋势二、伺服驱动器发展趋势四、四、 伺服驱动器的控制原理：伺服驱动器的控制原理：五、伺服驱动器的接口：五、伺服驱动器的接口：六六、 与伺服调节有关的参数与伺服调节有关的参数八、进给伺服驱动系统常见故障及处理八、进给伺服驱动系统常见故障及处理 七、七、 进给伺服常见报警进给伺服常见报警三、三、 伺服驱动器电气原理：伺服驱动器电气原理：交流伺服驱动器原理及调试 一、伺服驱动器的种类及结构交流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试交
2、流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试伺服进给系统的要求伺服进给系统的要求1. 调速范围宽 2. 定位精度高 二、伺服驱动器发展趋势交流伺服驱动器原理及调试3. 有足够的传动刚性和高的速度稳定性4. 快速响应，无超调 为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快，因为数控系统在启动、制动时，要求加、减加速度足够大，缩短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。 交流伺服驱动器原理及调试5. 低速大转矩，过载能力强 一般来说，伺服驱动器具有数分钟甚至半小时内1.5倍以上的过载能力，在短时间内可以过载46倍而不损坏。6. 可
3、靠性高 要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。交流伺服驱动器原理及调试1、从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要 小，尤其在低速如0.1r/min或更低速时，仍有平稳的 速度而无爬行现象。 2、电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速 大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内 过载46倍而不损坏。 3、为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯 量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和 启动电压。 4、电机应能承受频繁启、制动和反转。对电机的要求对电机的要求 交流伺服驱动器原理及调试三、三、 伺服驱动
4、器的电气控制原理伺服驱动器的电气控制原理1.1.外部控制电路结构外部控制电路结构2.2.内部电路结构内部电路结构功率电路结构功率电路结构控制电路结构控制电路结构交流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试交流伺服系统结构图交流伺服系统结构图交流伺服驱动器原理及调试HSV-20PHSV-20P电源模块结构图电源模块结构图 交流伺服驱动器原理及调试控制电路结构控制电路结构交流伺服驱动器原理及调试功率电路结构功率电路结构交流伺服驱动器原理及调试四、伺服驱动器的运行控制原理四、伺服驱动器的运行控制原理位置环位置环电流环电流环速度环速度环交流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试华中数控交流伺
5、服驱动器原理及调试1. 1. 主回路接线：主回路接线： 1 1）驱动器驱动器R R、S S、T T电源线的连接；电源线的连接； 2 2）驱动器与电动机电源线之间的接线；）驱动器与电动机电源线之间的接线；2. 2. 控制电源类接线：控制电源类接线： 1 1）r r 、t t控制电源接线；控制电源接线； 2 2）I/OI/O接口控制电源接线；接口控制电源接线；3. 3. 信号指令线信号指令线 1)1)指令接口指令接口 2)I/O 2)I/O接口接口 3)3)反馈检测类接线反馈检测类接线五、伺服驱动器的接线：五、伺服驱动器的接线：交流伺服驱动器原理及调试伺服系统主回路的接线图交流伺服驱动器原理及调试
6、松下伺服驱动器I/F速度控制接线图交流伺服驱动器原理及调试松下伺服驱动器I/F位置控制接线图交流伺服驱动器原理及调试三洋伺服系统与数控系统连接图交流伺服驱动器原理及调试六、六、 伺服参数伺服参数1 1、控制类参数、控制类参数2 2、控制运动功能相关的参数、控制运动功能相关的参数3 3、逻辑接口相关的一些参数、逻辑接口相关的一些参数 伺服控制是一个比较复杂的过程，参数的使用也相对伺服控制是一个比较复杂的过程，参数的使用也相对比较复杂，一般伺服参数个数少的也有几十个，多的有七、比较复杂，一般伺服参数个数少的也有几十个，多的有七、八百个，修改起来比较麻烦。但是总的来说，伺服参数可八百个，修改起来比较
7、麻烦。但是总的来说，伺服参数可以分成三类。以分成三类。 在参数的调节时，我们主要调节与控制功能相关的一些参在参数的调节时，我们主要调节与控制功能相关的一些参数，其他参数只与设计和硬件相关。基本上伺服系统确定以数，其他参数只与设计和硬件相关。基本上伺服系统确定以后，参数也就确定下来，不需要我们调试人员去修改。控制后，参数也就确定下来，不需要我们调试人员去修改。控制功能的参数不多，常用的有几个功能的参数不多，常用的有几个. .交流伺服驱动器原理及调试控制类参数控制类参数可以选择输入可以选择输入/ /输出信号定义，内部控制功能选择等。输出信号定义，内部控制功能选择等。 位置指令脉冲方向或速度指令输入
8、取反；位置指令脉冲方向或速度指令输入取反； 是否允许反馈断线报警是否允许反馈断线报警 是否允许是否允许CCWCCW极限开关输入；极限开关输入； 是否允许由系统内部启动是否允许由系统内部启动SVR-ONSVR-ON控制控制 例如例如: :交流伺服驱动器原理及调试伺服运动特性调节有关的参数伺服运动特性调节有关的参数设定位置环调节器的比例增益。设定位置环调节器的比例增益。设设置置值值越越大大，增增益益越越高高，刚刚度度越越大大，相相同同频频率率指指令令脉脉冲冲条条件件下下，位位置置滞滞后后量量越越小小。但但数数值值太太大大可可能能会会引引起起振荡或超调。振荡或超调。参数数值由具体的伺服系统型号和负载
9、情况确定。参数数值由具体的伺服系统型号和负载情况确定。位置比例增益位置比例增益交流伺服驱动器原理及调试设定位置环的前馈增益。设定位置环的前馈增益。设设定定值值越越大大时时，表表示示在在任任何何频频率率的的指指令令脉脉冲冲下下，位位置滞后量越小置滞后量越小位位置置环环的的前前馈馈增增益益大大，控控制制系系统统的的高高速速响响应应特特性性提提高，但会使系统的位置不稳定，容易产生振荡。高，但会使系统的位置不稳定，容易产生振荡。不需要很高的响应特性时，本参数通常设为不需要很高的响应特性时，本参数通常设为0 0表示范表示范 围：围：0100%0100%位置前馈增益位置前馈增益交流伺服驱动器原理及调试设定
10、速度调节器的比例增益。设定速度调节器的比例增益。设设置置值值越越大大，增增益益越越高高，刚刚度度越越大大。参参数数数数值值根根据据具具体体的的伺伺服服驱驱动动系系统统型型号号和和负负载载值值情情况况确确定定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。在在系系统统不不产产生生振振荡荡的的条条件件下下，尽尽量量设设定定较较大大的的值。值。速度比例增益速度比例增益交流伺服驱动器原理及调试设定速度调节器的积分时间常数。设定速度调节器的积分时间常数。设设置置值值越越小小，积积分分速速度度越越快快。参参数数数数值值根根据据具具体体的的伺伺服服驱驱动动系系统统型型号号和和负
11、负载载情情况况确确定定。一一般般情情况况下下，负负载惯量越大，设定值越大。载惯量越大，设定值越大。在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较小的值。在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较小的值。速度积分时间常数速度积分时间常数交流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试设定速度反馈低通滤波器特性。设定速度反馈低通滤波器特性。数数值值越越大大，截截止止频频率率越越低低，电电机机产产生生的的噪噪音音越越小小。如如果果负负载载惯惯量量很很大大，可可以以适适当当减减小小设设定定值值。数数值值太太大大，造成响应变慢，可能会引起振荡。造成响应变慢，可能会引起振荡。数数值值越越小小，截截止止频频率率越越高高，速
12、速度度反反馈馈响响应应越越快快。如如果需要较高的速度响应，可以适当减小设定值。果需要较高的速度响应，可以适当减小设定值。速度反馈滤波因子速度反馈滤波因子交流伺服驱动器原理及调试加减速时间常数加减速时间常数交流伺服驱动器原理及调试与位置控制有关的参数与位置控制有关的参数 位置超差检测范围位置超差检测范围 设置位置超差报警检测范围。设置位置超差报警检测范围。在在位位置置控控制制方方式式下下，当当位位置置偏偏差差计计数数器器的的计计数数值值超超过过本本参参数数值值时时，伺伺服服驱驱动动器器给给出出位位置置超超差差报报警。警。 交流伺服驱动器原理及调试设置位置指令脉冲的分倍频设置位置指令脉冲的分倍频在
13、在位位置置控控制制方方式式下下，通通过过对对参参数数设设置置, ,可可以以很很方方便便地地与与各各种种脉脉冲冲源源相相匹匹配配，以以达达到到用用户户理理想想的的控控制制分分辨率（即角度辨率（即角度/ /脉冲）脉冲）电子齿轮电子齿轮PG=NC4P：输入指令的脉冲数 G：电子齿轮比 N：电机旋转圈数； C：光电编码器线数/转现方法一般有两种，通过硬件或通过软件的方式现方法一般有两种，通过硬件或通过软件的方式 交流伺服驱动器原理及调试设置位置指令脉冲的输入形式。设置位置指令脉冲的输入形式。通过参数设定为通过参数设定为3 3种输入方式之一；种输入方式之一； 1 1：两相正交脉冲输入；：两相正交脉冲输入
14、； 2 2：脉冲：脉冲+ +方向；方向； 3 3：CCWCCW脉冲脉冲/ /CWCW脉冲脉冲CCWCCW是从伺服电机的轴向观察，反时针方向旋转，是从伺服电机的轴向观察，反时针方向旋转， 定义为正向。定义为正向。CWCW是从伺服电机的轴向观察，顺时针方向旋转，是从伺服电机的轴向观察，顺时针方向旋转， 定义为反向。定义为反向。位置指令脉冲输入方式位置指令脉冲输入方式交流伺服驱动器原理及调试用于选择伺服驱动器的控制方式。用于选择伺服驱动器的控制方式。0 0：位置控制方式，接收位置脉冲输入指令；：位置控制方式，接收位置脉冲输入指令；1 1：模拟速度控制方式，接收模拟速度指令；：模拟速度控制方式，接收模
15、拟速度指令；2 2：模拟转矩控制方式，接收模拟转矩指令；：模拟转矩控制方式，接收模拟转矩指令；3 3：其他：其他( (内部速度控制方式内部速度控制方式) )控制方式选择控制方式选择交流伺服驱动器原理及调试与速度与速度/ /转矩控制有关的参数转矩控制有关的参数速度指令输入增益速度指令输入增益 设设置置模模拟拟速速度度指指令令的的电电压压值值与与转转速速的的关关系。设定值为电压对应的转速值系。设定值为电压对应的转速值. .只在模拟速度输入方式下有效。只在模拟速度输入方式下有效。 交流伺服驱动器原理及调试速度指令零漂补偿速度指令零漂补偿 在在模模拟拟速速度度控控制制方方式式下下，利利用用本本参参数数
16、可可以以调调节节模拟速度指令输入的零漂。模拟速度指令输入的零漂。调整方法如下：调整方法如下：将将模模拟拟控控制制输输入入端端与与信信号号地地短短接接。设设置置参参数数值值，至电机不转。至电机不转。 电位器电位器交流伺服驱动器原理及调试转矩指令输入增益转矩指令输入增益 设设置置模模拟拟转转矩矩指指令令的的电电压压值值与与转转矩矩的的关关系系。设设置置值值为为指指令令最最高高电电压压对对应应的转矩值的转矩值只在模拟转矩输入方式下有效只在模拟转矩输入方式下有效 交流伺服驱动器原理及调试设置伺服电机的最高限速值。设置伺服电机的最高限速值。与旋转方向无关。与旋转方向无关。如如果果设设置置值值超超过过额额
17、定定转转速速，则则实实际际最最高高限限速速为额定转速。为额定转速。最高速度限制最高速度限制交流伺服驱动器原理及调试设置伺服电机的内部转矩限制值。设置伺服电机的内部转矩限制值。任何时候，这个限制都有效任何时候，这个限制都有效最大输出转矩设置最大输出转矩设置主轴定向偏移角度主轴定向偏移角度其他常用参数其他常用参数交流伺服驱动器原理及调试设定位置控制方式下定位完成脉冲范围。设定位置控制方式下定位完成脉冲范围。，当当位位置置偏偏差差计计数数器器内内的的剩剩余余脉脉冲冲数数小小于于或或等等于于本参数设定值时，驱动器认为定位已完成本参数设定值时，驱动器认为定位已完成. .在位置控制方式时，输出位置定位完成
18、信号在位置控制方式时，输出位置定位完成信号. . 定位完成范围定位完成范围交流伺服驱动器原理及调试设置到达速度设置到达速度在在非非位位置置控控制制方方式式下下，如如果果电电机机速速度度超超过过本本设设定定值值，则速度到达开关信号为则速度到达开关信号为ONON，否则为否则为 OFFOFF。在位置控制方式下，不用此参数。在位置控制方式下，不用此参数。与旋转方向无关。与旋转方向无关。到达速度范围到达速度范围交流伺服驱动器原理及调试设定伺服电机的光电编码器线数；设定伺服电机的光电编码器线数； 编码器分辨率编码器分辨率伺服电机的磁极对数伺服电机的磁极对数设定伺服电机的磁极对数；设定伺服电机的磁极对数；
19、交流伺服驱动器原理及调试位置指令脉冲输入计数位置指令脉冲输入计数位置指令脉冲反馈输入计数位置指令脉冲反馈输入计数交流伺服驱动器原理及调试 接接通通伺伺服服驱驱动动器器的的电电源源， 先先进进入入测测试试调调整整模模式式, ,测测试试调调整整模模式式可可以以执执行行伺伺服服驱驱动动器器的的测测试试操操作作, ,自整定自整定, ,报警复位和编辑清除报警复位和编辑清除. .空载下调试实验空载下调试实验交流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试进给伺服驱动进给伺服驱动 FANUC 0系统进给轴的驱动使用交流同步系统进给轴的驱动使用交流同步电动机电动机,目前为目前为系列。根据其负载特性和快系列。根据其负载特性和快速性分为速性分为:(标准型标准型)M(高加速特性高加速特性)C(经济型经济型)L(低惯量型低惯量型)。 最大力矩为最大力矩为400 N.m。0-C配置配置型型;0-D配置配置C型。型。M加速特性好加速特性好,从从0至最高转速的启动过程为至最高转速的启动过程为24 ms，故用于高速加工。故用于高速加工。 交流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试华中数控交流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试交流伺服驱动器原理及调试
