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1、 SAE/TDK Confidential29-Aug-24让我们来学学伺服让我们来学学伺服伺服系统伺服系统基础知识基础知识WPME2:陈迪勇 SAE/TDK Confidential29-Aug-241.伺服系统的基本概念伺服系统的基本概念1.1名词1.2伺服系统的种类2.交流永磁同步电机伺服系统交流永磁同步电机伺服系统2.1永磁交流同步伺服电机的结构2.2驱动器功能图2.3电机与驱动器间的反馈2.4系统组成2.5控制模式3. Samsung CSDJ伺服系统伺服系统 4. MAC运动控制器运动控制器 & RC1 Robot Controller目录目录 Table of Contents
2、SAE/TDK Confidential29-Aug-241.伺服系统的基本概念伺服系统的基本概念1.1名词名词“伺服”词源自于希腊语“奴隶”的意思。绝对服从控制信号的要求而动作。 SAE/TDK Confidential29-Aug-24 1.2伺服系统的种类伺服系统的种类伺服系统电气液压式电气式AC交流伺服系统DC直流伺服系统异步电机伺服系统同步电机伺服系统1.伺服系统的基本概念伺服系统的基本概念 SAE/TDK Confidential29-Aug-24电液伺服驱动电液伺服驱动由电液伺服阀、低速大转矩液压马达或液压缸，位置检测等元件组成电气伺服驱动电气伺服驱动直流伺服电机（致命弱点是有电
3、刷，制造成本高,维护较困难）交流伺服电机（具备有良好的起动、制动、位置控制功能，功率和转速比直流系统有提高，结构简单，维护简便）1.伺服系统的基本概念伺服系统的基本概念 SAE/TDK Confidential29-Aug-242.交流永磁同步电机伺服系统交流永磁同步电机伺服系统2.1永磁交流同步伺服电机的结构定子永磁转子编码器定子三相绕组接线端口 SAE/TDK Confidential29-Aug-242.交流永磁同步电机伺服系统交流永磁同步电机伺服系统2.2驱动器功能图Functionblockdiagram SAE/TDK Confidential29-Aug-24 2.3电机与伺服器
4、之间的反馈电机与伺服器之间的反馈 Feedback2.3.1 磁极反馈磁极反馈 Pole loop交流伺服电机的转子是永磁体，它有固定的N，S极。如果磁极的角度位置没有反馈给伺服驱动器的话，伺服驱动器将无法进行正常运算，也就无法正常驱动电机。利用电机的编码器将磁极的位置反馈给伺服驱动器。编码器的角度在电机出厂时候已经调校在与磁极相对应的位置。2.交流永磁同步电机伺服系统交流永磁同步电机伺服系统 SAE/TDK Confidential29-Aug-242.3. 2电流环反馈电流环反馈 Current loop通过驱动器内部的霍尔元件，精确地检测出电流的大小。电流控制的必需数据。电流异常时停止工
5、作，保护电机和驱动器。2.交流永磁同步电机伺服系统交流永磁同步电机伺服系统 SAE/TDK Confidential29-Aug-242.3.3 速度环反馈速度环反馈 Speed loop通过电机的编码器将电机的旋转速度反馈给伺服驱动器。检测电机是否按照指令旋转。2.交流永磁同步电机伺服系统交流永磁同步电机伺服系统 SAE/TDK Confidential29-Aug-242.3.4 位置环反馈位置环反馈 Position loop通过编码器检测上位控制器发出指令后，电机是否移动到了指定位置。根据跟踪误差的数值，控制电机移动其差值部分，达到精确定位的目的。存在定位宽度的问题。2.交流永磁同步电
6、机伺服系统交流永磁同步电机伺服系统 SAE/TDK Confidential29-Aug-242.4伺服控制系统的组成伺服控制系统的组成开环控制半闭环控制 闭环控制 2.4.1 开环控制开环控制 OPEN LOOP2.交流永磁同步电机伺服系统交流永磁同步电机伺服系统上位控制器伺服驱动器传动机构伺服马达工作台 SAE/TDK Confidential29-Aug-242.4.2 半闭环控制半闭环控制 SEMI-CLOSE LOOP2.交流永磁同步电机伺服系统交流永磁同步电机伺服系统上位控制器伺服驱动器传动机构伺服马达位置编码器工作台 SAE/TDK Confidential29-Aug-242.
7、4.3 全闭环控制全闭环控制 FULL-CLOSE LOOP2.交流永磁同步电机伺服系统交流永磁同步电机伺服系统上位控制器伺服驱动器传动机构伺服马达位置反馈装置(光栅尺磁栅尺等)反馈信号工作台 SAE/TDK Confidential29-Aug-242.5 控制模式控制模式为了适应各种上位控制器的要求,伺服驱动器通常有三种控制方式可供选择。2.交流永磁同步电机伺服系统交流永磁同步电机伺服系统速度控制模式速度控制模式转矩控制模式转矩控制模式位置控制模式位置控制模式 SAE/TDK Confidential29-Aug-242.5.1 速度控制模式速度控制模式2.交流永磁同步电机伺服系统交流永磁
8、同步电机伺服系统速度控制模式速度控制模式上位控制器发出上位控制器发出速度指令速度指令010V0额定转速(电压的正负表示旋转方向)根据伺服器输入电压的大小，达到控制伺服马达转速的目的。 SAE/TDK Confidential29-Aug-242.5.2转矩控制模式转矩控制模式2.交流永磁同步电机伺服系统交流永磁同步电机伺服系统转矩控制模式转矩控制模式上位控制器发出上位控制器发出转矩指令转矩指令010V0额定转矩(电压的正负表示力矩的方向)根据伺服器输入电压的大小，达到控制伺服马达输出转矩的目的。 SAE/TDK Confidential29-Aug-242.5.3位置控制模式位置控制模式2.交
9、流永磁同步电机伺服系统交流永磁同步电机伺服系统位置控制模式位置控制模式上位控制器发出上位控制器发出位置指令位置指令A/B相位脉冲串相位脉冲串CW/CCW脉冲串脉冲串Dir+Pluse SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统 SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统3.1.1驱动器外观尺寸驱动器外观尺寸 (CSDJ-01B, 02B, 04B) SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus
10、伺服系统伺服系统3.1.2推荐的电源控制电路推荐的电源控制电路 SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统 3.1.3 配线图配线图 SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统3.1.4CN1的I/O规格说明 SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统3.1.5CN2编码器接口 SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus
11、 伺服系统伺服系统3.2.1操作器操作器伺服系统的参数设定运行状态显示数字/模拟接口监视故障代码显示 SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统3.2.2 Smart Jog 软件软件在线/离线参数设定系统参数的上传/下载状态显示监视功能JOG功能系统错误监视 SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统3.3 必要的参数设定必要的参数设定初始参数初始参数 Initial Setting电机及编码器的型号控制模式的选择控制模式的选择 Control
12、Mode速度控制/转矩控制/位置控制增益增益 Gain速度比例增益Kp，速度积分增益Ki，位置比例增益Kp惯量比惯量比 Inertia Ratio自学习自学习 Auto Tuning电子齿轮比电子齿轮比 Electric Gear Ratio再生电阻再生电阻 Regeneration Resister制动功能制动功能 Brake SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统3.3.1 初始参数初始参数 Initial Setting根据手册输入正确的电机及编码器的型号 SAE/TDK Confidential29-Aug-
13、243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统3.3.2控制模式的选择控制模式的选择 Control Mode根据上位控制器的不同，选择伺服器的工作模式 SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统3.3 .3增益增益 Gain合理的增益参数是伺服系统发挥最佳性能的必要条件.3.3.3.1速度比例增益速度比例增益Kp SET-02速度比例增益决定了系统的动态响应性能,其设定值取决于电机的转子惯量跟驱动机械的刚性.速度比例增益越大调整原则:在电机不震动啸叫的前提下,尽可能地提高Kp设定值.速度比例增益与驱动机
14、械刚性的关系:Kp=系统响应越快.(电机转子惯量+负载惯量)X100电机转子惯量(Hz) SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统3.3.3.2 速度积分增益速度积分增益Ki SET-03速度积分参数关系到系统的跟随性,它的大小根据系统的刚性来调整.速度积分增益越大调整原则:在电机不震动啸叫的前提下,尽量调大速度积分增益速度积分增益通常用时间常数Kv表示，时间常数越小，作用越明显。速度积分时间常数调整与机械刚性的关系:机械的刚性好Kv可以调低，但过低容易造成不到位或过冲机械的刚性差Kv必须调大,但过大调整时间会增大系统
15、的跟随性越好，瞬态响应性能会更佳，稳态速度误差减少Kv=2.3*12pi*Kp(s) SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统3.3.3.3 位置比例增益位置比例增益Kp SET-04位置比例增益决定了定位的刚性,数值根据电机的惯量和机械的刚性来设定.位置比例增益越大响应性越高,定位时间越短,定位刚性越好调整原则:在电机停止时不震动啸叫的前提下,尽可能调高位置比例增益,但位置环比例增益不要超过速度环比例增益位置比例增益与机械刚性的关系:电机的惯量大或者机械刚性好 Kp可以调高 SAE/TDK Confidential2
16、9-Aug-243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统3.3.3.4 增益调整的顺序增益调整的顺序确定控制模式确定控制模式位置控制模式位置控制模式速度控制模式速度控制模式速度比例增益速度比例增益Kp速度积分增益速度积分增益Ki位置比例增益位置比例增益Kp速度比例增益速度比例增益Kp速度积分增益速度积分增益Ki转矩控制模式不需要进行增益设定 SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统3.3.4电子齿轮比电子齿轮比 SET-36,SET-37在位置控制时,可以灵活地设置电子齿轮比以达到设定指令单位等目的.简单地说,就是可以灵活地设定发多少个脉冲电机走一圈. SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统3.4 故障通知故障通知LED红-绿交替显示（0.2s)操作器显示ALARMCODE故障输出SALM,AL1,AL2,AL3 SAE/TDK Confidential29-Aug-243. Samsung CSDJ plus 伺服系统伺服系统3.5 故障输出故障输出相关输出点及输出说明 SAE/TDK Confidential29-Aug-24 放映结束放映结束谢谢观看谢谢观看
