技术培训：伺服系统及实例应用1130

1、技术培训：我对伺服系统的理解技术培训：我对伺服系统的理解浙江奇赛其自动化科技有限公司KISEKI伺服系统及实例应用伺服系统及实例应用欧阳建清 2015.11.25目录 一、 伺服系统定义伺服系统定义 二、 伺服系统组成伺服系统组成 三、 伺服系统要求及分类伺服系统要求及分类 四、 伺服系统的实例应用伺服系统的实例应用3奇赛其自动化 以移动部件的以移动部件的位置位置和和速度速度作为控制量的作为控制量的自动控制系统。自动控制系统。伺服系统（伺服系统（Feed Servo System）4奇赛其自动化位置指令位置控制调节器速度控制调节器速度检测位置控制速度控制+-电机机械传动机构实际位置反馈实际速度

2、反馈功率驱动位置检测+l伺服系统组成伺服系统组成1. 组成：组成： 伺服系统主要由以下几个部分组成：伺服系统主要由以下几个部分组成：位置控制单元位置控制单元；速度控速度控制单元制单元；驱动元件驱动元件(电机电机)；检测与反馈单元检测与反馈单元；机械执行部件机械执行部件。5奇赛其自动化 1.调速范围要宽且要有良好的稳定性（在调速范围内）调速范围要宽且要有良好的稳定性（在调速范围内） 调速范围：调速范围：RN=Fmax/Fmin 一般要求：一般要求： RN 1000， 且且 0.1 mm/min Fmin 1 mm/min 稳定性：稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重指输

3、出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。要。 2. 位置精度高位置精度高 实际位移与指令位移的差值要小。位置精度一般为实际位移与指令位移的差值要小。位置精度一般为0.010.001mm，甚至可高至，甚至可高至0.1m。 3.稳定性好稳定性好 即负载特性要硬，当负载发生变化或承受外界干扰的情况即负载特性要硬，当负载发生变化或承受外界干扰的情况下，输出速度应基本不变，而且保持平稳均匀。下，输出速度应基本不变，而且保持平稳均匀。 4.动态响应快动态响应快 即有高的灵敏度，达到最大稳态速度的时间要短，一般即有高的灵敏度，达到最大稳态速度的时间要短，一般要求在要求在200100ms，甚至小

4、于几十毫秒。动态响应的快慢，反映了系统跟踪，甚至小于几十毫秒。动态响应的快慢，反映了系统跟踪精度的高低，直接影响轮廓加工精度的高低和加工精度的高低，直接影响轮廓加工精度的高低和加工表面质量的好坏。表面质量的好坏。6奇赛其自动化 位置检测装置将检测到的移动部件的实际位移量进行位置检测装置将检测到的移动部件的实际位移量进行位置反馈，与位置指令信号进行比较，将两者的差值进行位置反馈，与位置指令信号进行比较，将两者的差值进行位置调节，变换成速度控制信号，控制驱动装置驱动伺服位置调节，变换成速度控制信号，控制驱动装置驱动伺服电动机以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到指令电动机以给定的速度向着消除偏差

5、的方向运动，直到指令位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。l 基本工作原理基本工作原理7奇赛其自动化 伺服系统是一个位置随动系统，按有无位置伺服系统是一个位置随动系统，按有无位置检测和反馈有以下三种：检测和反馈有以下三种： l 开环伺服系统开环伺服系统l 半闭环伺服系统半闭环伺服系统l 闭环伺服系统闭环伺服系统8奇赛其自动化步进电机步进驱动装置控制器脉冲串方向脉冲相电压l 开环伺服系统组成开环伺服系统组成u信号单向流动，没有反馈。信号单向流动，没有反馈。 优点：结构简单，调试简单。优点：结构简单，调试简单。 缺点：缺点： 位置精度较低，位置精度较低，抗干扰

6、能力差，对环境和元件的要求严格抗干扰能力差，对环境和元件的要求严格。9奇赛其自动化位置控制调节器速度控制调节器信号处理+实际位置反馈实际速度反馈功率驱动+编码器编码器伺服电机伺服电机位置指令l 半闭环伺服系统组成半闭环伺服系统组成检测位置10奇赛其自动化位置指令位置控制调节器速度控制调节器速度检测+实际位置反馈实际速度反馈功率驱动位置检测+伺服电机伺服电机测速发电机或编码器l 全闭环伺服系统组成全闭环伺服系统组成11奇赛其自动化 将检测装置装在移动部件上，直接测量移动部件的实际位移来将检测装置装在移动部件上，直接测量移动部件的实际位移来进行位置反馈的进给系统称为进行位置反馈的进给系统称为闭环伺

7、服系统闭环伺服系统。 优点：抗干扰能力强，稳定可靠，精度较高。优点：抗干扰能力强，稳定可靠，精度较高。缺点：结构复杂，缺点：结构复杂， 设计和调试技术复杂。设计和调试技术复杂。l 闭环伺服系统特征闭环伺服系统特征u全闭环伺服系统可以消除机械传动机构的全部误差，而半闭环全闭环伺服系统可以消除机械传动机构的全部误差，而半闭环伺服系统只能补偿部分误差，因此，半闭环伺服系统的精度比伺服系统只能补偿部分误差，因此，半闭环伺服系统的精度比闭环系统的精度要低一些。闭环系统的精度要低一些。12奇赛其自动化 在全数字式伺服系统中，控制器直接在全数字式伺服系统中，控制器直接将位置指令以数字信将位置指令以数字信号的

8、形式号的形式传送给伺服驱动装置，伺服驱动装置本身具有位置和速传送给伺服驱动装置，伺服驱动装置本身具有位置和速度控制功能。度控制功能。 控制器与伺服驱动装置之间通过控制器与伺服驱动装置之间通过总线总线相互传递如下信息：相互传递如下信息：l 位置指令和实际位置位置指令和实际位置l 速度指令和实际速度速度指令和实际速度l 转矩指令和实际转矩转矩指令和实际转矩l 伺服系统及伺服电机参数伺服系统及伺服电机参数l 伺服状态和报警伺服状态和报警l 全数字式伺服系统全数字式伺服系统13奇赛其自动化 CNC 第第 n 轴伺服单元轴伺服单元 第第 1 轴伺服单元轴伺服单元SMPC总线总线总线总线SMPC 控制器

9、第第 n 轴伺服单元轴伺服单元 第第 1 轴伺服单元轴伺服单元SMPC总线总线总线总线SMPCl 全数字式伺服系统组成全数字式伺服系统组成14奇赛其自动化l 全数字式伺服系统组成全数字式伺服系统组成总线型总线型15奇赛其自动化l 全数字式伺服系统特点全数字式伺服系统特点1. 系统的位置、速度和电流环节的调整由软件实现。系统的位置、速度和电流环节的调整由软件实现。2. 具有较高的动、静态特性。在检测灵敏度、温度漂移、噪声及抗干扰等方面具有较高的动、静态特性。在检测灵敏度、温度漂移、噪声及抗干扰等方面都优于模拟式伺服系统。都优于模拟式伺服系统。3. 引入前馈控制，构成了具有反馈和前馈复合控制的系统

10、结构。引入前馈控制，构成了具有反馈和前馈复合控制的系统结构。4. 由于全由于全数字式伺服系统采用总线通信方式，极大地减小了连接电缆，数字式伺服系统采用总线通信方式，极大地减小了连接电缆，便于设备安装和维护，提高了系统可靠性，同时通过显示终端便于设备安装和维护，提高了系统可靠性，同时通过显示终端实时监控实时监控伺服状态。伺服状态。16奇赛其自动化 当前当前 ，全数字式交流伺服系统在机电一体化设备驱动中得到了广泛应用。，全数字式交流伺服系统在机电一体化设备驱动中得到了广泛应用。全数字式交流伺服可作速度、转矩和位置控制，接受指令脉冲或模拟电压指令全数字式交流伺服可作速度、转矩和位置控制，接受指令脉冲

11、或模拟电压指令信号，并自带位置环，具有丰富的自诊断、报警功能。信号，并自带位置环，具有丰富的自诊断、报警功能。各控制参数通过以下方各控制参数通过以下方法用数字方式设定：法用数字方式设定：l 通过驱动装置上的显示器和按键进行设定通过驱动装置上的显示器和按键进行设定l 通过驱动装置上的通信接口与上位机通信进行设定通过驱动装置上的通信接口与上位机通信进行设定l 通过可分离式编程器和驱动装置上的接口进行设定通过可分离式编程器和驱动装置上的接口进行设定17奇赛其自动化控制器控制器总线总线驱动装置驱动装置显示设定窗口显示设定窗口编码器信号线编码器信号线三相电三相电源进线源进线伺服电机伺服电机三相电源三相电

12、源18奇赛其自动化电机部分：电机部分：交流永磁电机交流永磁电机 功率变换部分：可控整流、直流斩波、逆变等功率变换部分：可控整流、直流斩波、逆变等控制器部分：控制器部分：PIDPID控制、自适应控制、模糊控制、智能控制、矢量控制、直接转控制、自适应控制、模糊控制、智能控制、矢量控制、直接转矩控制等矩控制等二、二、 交流交流的组成的组成19奇赛其自动化CNC装置伺服驱动X-Y运动平台指令电流位置/速度反馈插补算法位置控制位置控制速度控制电流控制位置/速度反馈电流二、二、 交流交流的组成的组成20奇赛其自动化伺服电机伺服电机伺服电机驱动器伺服电机驱动器21奇赛其自动化伺服电机伺服电机伺服电机驱动器伺

13、服电机驱动器22奇赛其自动化松下交流伺服电机及驱动器松下交流伺服电机及驱动器安川伺服电机驱动器安川伺服电机驱动器23奇赛其自动化1 1、主要功能、主要功能（1 1）根据给定信号输出与此成）根据给定信号输出与此成正比的控制电压正比的控制电压UCUC；（2 2）接收编码器的速度和位置）接收编码器的速度和位置信号；信号；（3 3）I/OI/O信号接口信号接口24奇赛其自动化数码显示窗口数码显示窗口参数设置键参数设置键计算机计算机RS232口口I/O信号接口信号接口编码器信号接口编码器信号接口电机电源输入输出接电机电源输入输出接线端子线端子2、外部接口、外部接口25奇赛其自动化3 3、控制模式、控制模

14、式（1 1）位置控制模式）位置控制模式最大输入脉冲频率最大输入脉冲频率500KPPS500KPPS（微分接收器）和（微分接收器）和200KPPS200KPPS（用（用于开路收集器）于开路收集器）（2 2）速度控制模式）速度控制模式 模拟速度指令输入：模拟速度指令输入：0 010V/10V/额定转速额定转速（3 3）力矩控制模式）力矩控制模式模拟力矩指令输入：模拟力矩指令输入：0 010V/10V/最大力矩最大力矩26奇赛其自动化编码器编码器部分部分u 安装在电机后端，其转盘（光栅）与电机同轴。安装在电机后端，其转盘（光栅）与电机同轴。5V5V0V0V伺服电机控制精度取决于编码器精度。伺服电机控

15、制精度取决于编码器精度。编码器编码器27奇赛其自动化绝对值和增量编码器的区别绝对值和增量编码器的区别传送在一转中每一步的唯一的位置信息位置信息一直可用,即使在掉电或电源出现故障时一般应用于角度测量及往复运动一般用来测试速度与方向也可以用角度测量，但在掉电或电源出现故障时位置信息丢失28奇赛其自动化增量编码器增量编码器 显示速度与旋转方向 显示角度位置(脉冲累计) 角度测量时，如果电源出现故障,所有的位置信息丢失 分辨率通过每转多少脉冲表示29奇赛其自动化绝对值编码器绝对值编码器 应用于角度测量及往复运动的测量 在0360的每一个角度位置传输一个唯一的信号 (单圈) 在测量的圈数中，每一圈，每一

16、个位置都有唯一的信号（多圈） 即使在掉电或者电源出现故障时,位置信息一直可用.不必复零 ! 码盘材质一般为玻璃或高分子材料！30奇赛其自动化3031奇赛其自动化交流伺服系统应用交流伺服系统应用图图 2-2 2-2 交流伺服电机系统接线示意图交流伺服电机系统接线示意图交流伺服电机驱动器连接连接AC220V I/O板板交流伺服系统结构交流伺服系统结构32奇赛其自动化PC机机运动控制器运动控制器I/O电电路路驱驱动动器器电电 机机Pulse 0/1P9-0/2CN SIG控制电压编码器反馈信号轴号0/1数据信号使能信号使能信号DO 21/22速度信号速度信号DAC 0/1交流伺服电机系统应用交流伺服

17、电机系统应用交流伺服系统结构交流伺服系统结构33奇赛其自动化1 1、启动软件、启动软件2 2、进入、进入TESTTEST功能，使用功能，使用JOGJOG模式模式调试系统调试系统3 3、正反转试运行、正反转试运行2 、使用计算机设置调试伺服系统使用计算机设置调试伺服系统34奇赛其自动化1 、设置参数方法一方法一联接计算机使用软件联接计算机使用软件设置设置方法二方法二直接在驱动器面板直接在驱动器面板按钮设置按钮设置交流伺服电机系统使用交流伺服电机系统使用35奇赛其自动化四、伺服系统实例分析1、系统的组成、系统的组成 飞剪系统包括电气控飞剪系统包括电气控制和机械结构两部分组成制和机械结构两部分组成，

18、其中电气控制部分包括，其中电气控制部分包括：人机界面、：人机界面、PLC、运动、运动控制器、互连模块、交流控制器、互连模块、交流伺服驱动系统、测长轮编伺服驱动系统、测长轮编码器、限位开关等；机械码器、限位开关等；机械部分包括工作台、丝杠、部分包括工作台、丝杠、切刀、液压缸和测长轮等切刀、液压缸和测长轮等。 实例1：型材飞剪系统36奇赛其自动化四、伺服系统实例分析1、系统的组成、系统的组成 S1、S2、S3为接近开为接近开关，负责切刀的上下限位关，负责切刀的上下限位和工作台的返回零位；和工作台的返回零位；S4、S5、S6为滚轮式行程开为滚轮式行程开关，负责工作台的终端停关，负责工作台的终端停车及

19、超行程保护。车及超行程保护。 实例1：型材飞剪系统37奇赛其自动化四、伺服系统实例分析1、系统的组成、系统的组成人机界面，设有手动运行人机界面，设有手动运行、自动运行、参数设定、自动运行、参数设定、故障诊断等画面，具有控故障诊断等画面，具有控制系统的启动、停车、长制系统的启动、停车、长度设定、产量设定、故障度设定、产量设定、故障报警等功能。报警等功能。实例1：型材飞剪系统38奇赛其自动化四、伺服系统实例分析2、系统的工作过程、系统的工作过程 带材首先通过辊压机组带材首先通过辊压机组冷弯成需要的型材，然后冷弯成需要的型材，然后通过飞剪机构剪切成一段通过飞剪机构剪切成一段段符合预先设定长度的型段符

20、合预先设定长度的型材。伺服电机通材。伺服电机通 过丝杠拖过丝杠拖动工作台往复运动，由液动工作台往复运动，由液压缸带动刀具完成冲切任压缸带动刀具完成冲切任务，其运行过程如下：务，其运行过程如下： 实例1：型材飞剪系统39奇赛其自动化四、伺服系统实例分析1、系统的工作过程、系统的工作过程 (1)型材以恒速向前移型材以恒速向前移动，由测长轮测定型材长动，由测长轮测定型材长度，当达到预定值时，单度，当达到预定值时，单轴运动控制器启动伺服电轴运动控制器启动伺服电机，工作台开始移动。机，工作台开始移动。 实例1：型材飞剪系统40奇赛其自动化四、伺服系统实例分析2、系统的工作过程、系统的工作过程 (2)当工作台的前进速当工作台的前进速度与型材的移动速度达到度与型材的移动速度达到同步时，互连模块输出同同步时，互连模块输出同步剪切信号，步剪切信