伺服电机驱动器参数设置及编码器替代技巧

1、伺服电机驱动器参数设置方法及编码器替代技巧伺服电机驱动器的正确使用除按用户手册正确设置参数外， 还应结合使用现场和负载情况， 灵活操作。 同样，维修伺服电机系统除采用同型号的部件进行替代外，也可以对原设备的功能、信号分析后，使用不同型号部件进行替代。现将有关资料供给读者参考。一、伺服电机编码器替代技巧从结构上讲，伺服系统分为三部分：伺服电机、编码器、驱动器。伺服电机的精度取决于编码器，故障也常见于这三方面。由于技术、利益等关系，各厂家所生产的配件不可代替，而进口配件的渠道不很畅通，造成维修上很大困难。我们可以通过对其测量，分析研究工作原理，尝试采用替换的方法进行维修。例如，手头上有一个 15

2、芯电缆的编码器，尝试替代日本安川 9 芯电缆的编码器，该编码器分辨率为 1024,6 极，配套在安川公司生产的型号为 SGMP-06AFTF22 的交流伺服电机上，其原理如图 1 所示。即编码器的接线除 a 正、a 负、b 正、b 负、z 正、z 负，加上正负电源和屏蔽共 9 根线。而手头上的 15 根线编码器与电机装配的 9 根线编码器无法替代使用，可作如下尝试。首先，对一台同型号且完女?的伺服电机装配的 9 根线编码器进行测量，得到如图 2 所示波形。分析得知，a、b 信号的波形与 15 线编码器 a、b 信号的波形相同，而 X 信号为图 3 所示。从中可看出，当 U、V、W 分别换相时，

3、X 的波形就发生一次变化。在一个角度的过程中共有 6 种波形，分别定义为 I 区、n 区、山区、IV区、V 区、V1 区，依测绘结果推测，此编码器送出的 a、b、X 信号，在伺服电机驱动器中可以将其解码后得到 U、V、W 信号。据此，用一个常用 1024 线 6 极交流伺服电机编码器,只要设计合理的电路，用其 u、v、w 以其 a、b 信号合成完全相同的 X 信号，就可以完全代替原9 芯线编码器。为便于理解，如图 3 为替代原理图，其中虚线部分即为被替代的编码器。甘-LTLrLTLrLrLri-rLrLrLrLrLrLrLrLrLrLnjyLLrLrLn_rLn_nIrLrLrLr_LTLjr

4、Ln_rLrLrLrLr_M;!,i：irLrLrLrLnJirLTLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrL_n_j_Ln_n_r_ur_Ln_rLjn_n_n_r_|_n_r_Lnj_L_n_n_rhIIiITJ-LrLTLrLTLnvita.图 2 测绘出的编码器对应输出波形图光电接收电路光电接收电路整形放大电路整形放大电路图 1 编码器原理方框图nkab氏线骅动电跳氏线骅动电跳图 3 替代原理图其次，依据测绘及原理分析，设计电路。方法是写出图 2 中每一区间所对应的表达式，如表 1 所示；按数字电路的设计思想，设计如图 4 所示的逻辑电路。而对于于合成信号中的零点信号，让 a、b、c

5、同时高电平时作为零信号根据以上真值表，可以写出 X 的表达式为：X=abcabuvwauvwabuvw（abab）uvwabuvwbuvw然后，根据以上分析推理，绘出如图 4 硬件电路原理图对应的 PCB 板，并利用 Protel 仿真得到预期波形。结论：采用上述设计的电路，用 15 线编码器替代 9 线编码器，根据仿真结果，完全可以正常工作。利用这种方法，已成功维修好多台进口伺服电机，解决了进口设备维修难的问题。二、伺服电机驱动器参数设置的方法与技巧以北京凯恩帝数控技术有限责任公司（KND）生产的 KNDSD200-20 伺服电机驱动器为例，说明其基本参数的设置方法与技巧。1 .驱动器基本功

6、能KNDSD200-20 伺服电机驱动器采用国际上先进的数字信号处理器（DSP）、大规模可编程门阵列（FPGA） 、新一代智能化功率模块（1PM）等组成。集成度高，体积小。具有超速、过流、过载、主电源过压欠压、编码器异常和位置超差等保护功能。伺服电动机自带编码器，位置信号反馈至伺服驱动器，与开环位置控制器一起构成半闭环控制系统。调速比宽 1:5000;转矩恒定，1r 和 2000r的扭矩基本一样，从低速到高速都具有稳定的转矩特性和很快的响应特性。采用全数字控制，控制简单灵活。用户可以通过设定用户参数，对伺服的工作方式、运行特性作出适当的任意组态。例如：可以组成位置控制系统、速度控制系统、转矩控

7、制系统等。2 .驱动器基本参数伺服电机驱动器一般为用户提供了丰富的用户参数 059 个，报警参数 132 个，监视方式（电动机转速，位置偏差等）22 个。用户可以根据不同的现场情况调整参数，以达到最佳控制效果。几种常用的参数的含义是：区域UVWXI 区010abn区011a山区001abIV区101ab+abV区100abV1区110b15 线编码器真值表表 1图 4 合成 X 波形的硬件原理图(1)“那参数为密码参数，出厂值 315,用户改变伺服电机型号时必须将此密码改为(2)“传参数为型号代码，对应同系列不同功率级别的驱动器和电动机。(3)“聘参数为控制方式选择，改变此参数可设置驱动器的控

8、制方式。其中，“宽位置控制方式；“伪速度控制方式；“妫试运行控制方式；“的 JOG 控制方式；“物编码器调零方式；“物开环控制方式(用户测试电压及编码器)；的转矩控制方式。(4)“月参数为速度比例增益，出厂值为 150。此设置值越大，增益越高，刚度越大。参数设置根据具体的伺服驱动器型号和负载情况设定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。在系统不产生振荡情况下，应尽量设定较大些。(5)“外参数为速度积分时间常数，出厂值为 20。此设定值越小，积分速度越快，太小容易产生超调，太大使响应变慢。参数设置根据具体的伺服驱动型号和负载确定。一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。(6)“404 号为加减速

9、时间常数，出厂设定为 0。此设定值表示电动机以 0100r/min 转速所需的加速时间或减速时间。加减速特性呈线性。(7)“中参数为位置比例增益，出厂没定为 40。此设置值越大，增益越高，刚度越高，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调。参数数值根据具体的伺服驱动型号和负载情况而定。SD200 伺服驱动器和凯恩帝数控系统相配时，只需设定表 1 中的参数，其余参数，一般情况下，不用修改表 1 部分用户参数一览表参数序号名称设定值及范围功能PA-00密码315修改 259 号参数时，将此参数设定为 315修改 1 号参数时，将此参数设定为 381PA-01型号代码(

10、设定电机型号代码)根据伺服电机型号查出其型号代码。PA-04控制方式030 为位置控制方式1 为速度控制方式2 为转矩控制方式3 为 JOG 控制方式PA-05速度比例增益150一般情况下，负载惯量越大，设定值越大PA-07转矩滤波器100抑制电动机产生的振动PA-08速度检测低通滤波器100抑制电动机产生的振动PA-09位置比例增益150在稳定范围内，尽量设置得较大PA-12位置指令脉冲分频分子132767需要计算，方法见电子齿轮比设置。PA-13位置指令脉冲分频分母132767PA-40加速时间0电动机以 0100r/min 转速所需的加速时间PA-41减速时间0电动机以 1000r/mi

11、n 转速所需的减速时间电子齿轮比的设置PA12 为电子齿轮比分频分子(1)设置位置指令脉冲的分倍频(电子齿轮)。(2)在位置控制方式下， 通过对 No.12,No.13 参数的设置， 可以很方便地与各种脉冲源相匹配,以达到用户理想的控制分辨率(即角度/脉冲)。PG=NC4P：输入指令的脉冲数；385。G:电子齿轮比；N:电机旋转圈数；C:光电编码器线数/转，本系统 0=25000（3）R 例 1 输入指令脉冲为 6000 时，伺服电机旋转 1 圈_N041250045G=P60003则参数 No.12 设为 5,No.13 设为 3。（4）电子齿轮比推荐范围为：1.G_5050PA13 为电子

12、齿轮比分频分母设置方法参见 PA123. KNDSD200-20 的参数优化技巧（1）根据上述设置好 SD200 伺服驱动器参数后，开始优化调整伺服性能，即驱动增益参数的调整。一般SD200 驱动器保持缺省的增益参数，基本可以满足用户的加工要求。在缺省增益运行电动机时，如果电动机发出异常声音， 则要首先考虑电动机轴的安装是否存在问题。 经检查问题后可考虑采用共振抑制的办法， 修改 7 号参数 （转矩滤波器）和 8 号参数（速度检测低通滤波器）来抑制电动机产生的振动。7、8 号参数缺省参数为 100,可试着每次将 7、8 号参数分别减少 10,按确认键。运行电动机，如还不正常，再减少 10,直到

13、电动机无异常声音。一般 7,8 号参数的调整范围为 2080 之间，这样基本能达到共振抑制的效果。（2）保持出厂参数时达不到加工效果，比如车床车出的斜面粗糙度值大，可试着再调整如下参数：速度比例增益 PA5 的调整：确认驱动器正常启动，用数控系统手动控制电动机转动（机床移动）。确认如果电动机不振动，加大调整此参数。设定值越大，刚性越大，机床的定位精度越高，每次加大数值 5,直到产生振动，将此值减小到稳定后，再将此值减 10;位置比例增益 PA9:在稳定范围内，尽量设置得较大，这样机床跟踪特性好，滞后误差小。同速度比例增益的调整相似，在不产生振动的情况下应尽可能调大此值；如以上两参数提高后还达不

14、到加工效果，可采用调整 7、8 号参数的方法进行振动的抑制参数调整。调整后，驱动器 5、9 号参数可以再向上调一些，这样应该可以满足用户的加工要求。4. KNDSD200-20 的故障处理技巧一旦出现报警信号，伺服单元将禁止电动机运行，以及对用户参数的调整，直至断电后重新上电。用户可以根据显示的报警信息来判断故障的类型以及引起故障的原因。具体故障处理办法可以参考 SD200 用户手册。如果连报警都没有，那自然就是驱动器故障。当然，还有可能是伺服根本没有故障，而是控制信号或上位机有问题导致伺服没有动作。除了看驱动器上的错误、报警号，查手册外，有时最直接的判断就是互换，如数控车床的 X 轴和Z 轴

15、互换 （型号相同才可以） 。 或在伺服电动机功率差距不大的情况下， 修改伺服驱动器某些特征参数 （如 KNDSD200的“传型号代码参数），短时间内互换，确定故障后再换回来是可以的。还可以通过修改数控系统参数，将某轴如 X 轴锁住，不让系统检测 X 轴，达到判断目的。但应注意：X 轴与 Z 轴互换，即使型号相同，机床可能因为负载不同、参数不同而产生问题。在确认检查方案动手前，一定要考虑全面，以免造成不必要的损失。再有，因为交流伺服单元通常使用数控系统统一供电系统，三相交流 220V 的电压来自伺服变压器。所以在操作过程中必须符合操作规范。例如：U、V、W 三相输出必须按照正确的顺序连接，否则电

16、动机将不能正常运转，将给出报警信号，并禁止电动机运行。5. 伺服电动机的其他问题处理技巧(1)电动机窜动：在进给时出现窜动现象，测速信号不稳定，如编码器有裂纹；接线端子接触不良，如螺钉松动等；当窜动发生在由正方向运动与反方向运动的换向瞬间时，一般是由于进给传动链的反向问隙或伺服驱动增益过大所致；(2)电动机爬行：大多发生在起动加速段或低速进给时，一般是由于进给传动链的润滑状态不良，伺服系统增益低及外加负载过大等因素所致。尤其要注意的是，伺服电动机和滚珠丝杠联接用的联轴器，由于连接松动或联轴器本身的缺陷，如裂纹等，造成滚珠丝杠与伺服电动机的转动不同步，从而使进给运动忽快忽慢；(3)电动机振动：机

17、床高速运行时，可能产生振动，这时就会产生过流报警。机床振动问题一般属于速度问题，所以应寻找速度环问题；(4)电动机转矩降低：伺服电动机从额定堵转转矩到高速运转时，发现转矩会突然降低，这时因为电动机绕组的散热损坏和机械部分发热引起的。高速时，电动机温升变大，因此，正确使用伺服电动机前一定要对电动机的负载进行验算；(5)电动机位置误差：当伺服轴运动超过位置允差范围时(KNDSD200 出厂标准设置 PA17:400,位置超差检测范围)，伺服驱动器就会出现“%位置超差报警。主要原因有：系统设定的允差范围小；伺服系统增益设置不当；位置检测装置有污染；进给传动链累计误差过大等；(6)电动机不转：数控系统到伺服驱动器除了联结脉冲+方向信号外，还有使能控制信号，一般为