让我们来学学伺服

1、让我们来学学伺服伺服系统基础知识WPME2:陈迪勇1.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 4. MAC运动控制器 & RC1 Robot Controller目录 Table of Contents1.伺服系统的基本概念1.1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。 1.2伺服系统的种类 1.伺服系统的基本概念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

2、，位置检测等元件组成电气伺服驱动直流伺服电机（致命弱点是有电刷，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2.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2.交流永磁同步电机伺服系统2.2 驱动器功能图 Function block diagram 2.3电机与伺服器之间的反馈 Feedback2.3.1 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

3、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2.3. 2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。电流异常时停止工作，保护电机和驱动器。2.交流永磁同步电机伺服系统2.3.3 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2.3.4 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

4、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.交流永磁同步电机伺服系统2.4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 OPEN LOOP2.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2.4.2 半闭环控制 SEMI-CLOSE LOOP2.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2.4.3 全闭环控制 FULL-CLOSE LOOP2.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2.5 控制模式

5、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速度控制模式转矩控制模式位置控制模式2.5.1 速度控制模式2.交流永磁同步电机伺服系统速度控制模式上位控制器发出速度指令0 10V0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。2.5.2转矩控制模式2.交流永磁同步电机伺服系统转矩控制模式上位控制器发出转矩指令0 10V0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。2.5.3位置控制模式2.交流永磁同步电机伺服系统位置控制模式上位控制器发出位置指令A/B相

6、位脉冲串CW/CCW脉冲串Dir+Pluse3. Samsung CSDJ plus 伺服系统3. Samsung CSDJ plus 伺服系统3.1.1驱动器外观尺寸 (CSDJ-01B, 02B, 04B)3. Samsung CSDJ plus 伺服系统3.1.2推荐的电源控制电路3. Samsung CSDJ plus 伺服系统 3.1.3 配线图3. Samsung CSDJ plus 伺服系统3.1.4 CN1 的 I/O 规格说明3. Samsung CSDJ plus 伺服系统3.1.5 CN2 编码器接口3. Samsung CSDJ plus 伺服系统3.2.1操作器伺服系

7、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3. Samsung CSDJ plus 伺服系统3.2.2 Smart Jog 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3. Samsung CSDJ plus 伺服系统3.3 必要的参数设定初始参数 Initial Setting电机及编码器的型号控制模式的选择 Control Mode速度控制/转矩控制/位置控制增益 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 Inertia Ratio自学习 Auto Tuning电子齿轮比 Electric Gear Ratio再生电

8、阻 Regeneration Resister制动功能 Brake3. Samsung CSDJ plus 伺服系统3.3.1 初始参数 Initial Setting根据手册输入正确的电机及编码器的型号3. Samsung CSDJ plus 伺服系统3.3.2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3. Samsung CSDJ plus 伺服系统3.3 .3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

9、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)3. Samsung CSDJ plus 伺服系统3.3.3.2 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

10、过大调整时间会增大系统的跟随性越好，瞬态响应性能会更佳，稳态速度误差减少Kv=2.3*12pi*Kp(s)3. Samsung CSDJ plus 伺服系统3.3.3.3 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3. Samsung CSDJ plus 伺服系统3.3.3.4 增益调整的顺序确定控制模式位置控制模式速度控制模式速度比例增益Kp速度积分增益Ki位置比例增益Kp速度比例增益Kp速度积分增益Ki转矩控制模式不需要进行增益设定3. Samsung CSDJ plus 伺服系统3.3.4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