变频及伺服应用技术（第2版）（微课版）课件 项目5 伺服电机的应用

项目5伺服电机的应用变频及伺服应用技术项目5.1伺服电机和伺服驱动器的认识01项目5.2伺服电机的速度控制和转矩控制02项目5.3

伺服电机的位置控制03学习目标学习目标学习目标任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识任务导入伺服控制系统一般包括伺服控制器、伺服驱动器、执行机构（伺服电机）、被控对象（工作台）、测量/反馈环节等五部分组成。伺服系统主要由三种控制模式，分别是位置控制模式、速度控制模式、转矩控制模式。

任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识1.课堂导入学海领航：作为工业母机，数控机床是制造所有工业产品时最重要的高端加工装备之一，而伺服电机则是数控机床的动力心脏。高档数控机床加工精度越来越高，要求伺服电机体积更小、功率更大，如何攻克这一难题，制造出功率密度世界领先的数控机床伺服电机？请在网上搜索《大国重器》第三季《动力澎湃》第5集《聚力天地间》，并扫码学习“大国重器之动力澎湃”揭秘世界领先的伺服电机制造背后的工业智慧。相关知识任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识

伺服电机是将输入的电压信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出，以驱动控制对象，改变控制电压可以改变伺服电机的转向和转速。在自动控制系统中，伺服电机用作执行元件，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。伺服电机通常用于速度控制和位置控制中。1.课堂导入任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识2.伺服电机的分类按使用的电源性质直流伺服电机交流伺服电机有刷直流电机无刷直流电机按工作原理交流感应异步电机交流永磁同步电机任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识（a）伺服电机的铭牌SFS表示中等容量、中等惯性时间常数、高转速20代表额定输出功率为2

000W2表示输出转速为2

000r/min任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识3.伺服电机的铭牌和外部结构3.伺服电机的铭牌和外部结构任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识三菱伺服电机可选用增量式编码器和绝对值编码器。编码器

安装在电机后端，其转盘（光栅）与电机同轴。增量式编码器不具有断电保持功能，每次驱动器上电后都需要重新回原点。

绝对值编码器由轴的机械位置确定编码，掉电可保持位置（无需电池。绝对值编码器只需要进行一次编码器校准即可，以后断电再上电时不需要重新回原点。3.伺服电机的铭牌和外部结构任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识4.伺服电机的内部结构及工作原理定子转子编码器前端盖后端盖后轴承前轴承电机动力电缆编码器电缆根据永磁体磁极在转轴中的位置不同，伺服电机可以分为表贴式和内置式两种结构形式。伺服电机的结构任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识rrggbbNS⊙⊙⊙⊕⊕ACBZYX⊕伺服电机内部结构示意图伺服电机工作原理示意图4.伺服电机的内部结构及工作原理任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识永磁同步伺服电机的转速可用下式表示：

改变转子的磁极对数或定子绕组的电源频率，均可改变电动机的转速。永磁同步伺服电动机是通过改变定子绕组的电源频率来调节转速的。4.伺服电机的内部结构及工作原理任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识（1）高性能的伺服系统大多采用交流永磁同步伺服电机。（2）西门子伺服电机分为200V的低惯量伺服电机和400V的高惯量伺服电机两种类型。（3）伺服电机的尾部都带有编码器，主要测量电机的实际位置和速度。5.课堂小结任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识1．三菱伺服驱动器的铭牌说明及外部结构任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识1．三菱伺服驱动器的铭牌说明及外部结构2024/7/22输入输出连接器编码器连接器主电路接头USB通信用连接器任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识2024/7/22断路器接触器交流电抗器噪声滤波器任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识紧急停止按钮在接触器电路和EM2输入端子上采用同一个按钮，目的是防止伺服驱动器的意外重启KA故障保护，一旦故障，切断伺服的电源任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识1．伺服驱动器的引脚排列及功能2024/7/22P：位置控制模式，S：速度控制模式，T：转矩控制模式数字量输入端采用双光电耦合。数字量输入引脚和输出引脚分为漏型输入和输出，源型输入和输出漏型接线的电流通路各引脚详细说明见手册P52-P541．伺服驱动器的引脚排列及功能任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识1．伺服驱动器的引脚排列及功能任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识1．伺服驱动器的引脚排列及功能任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识1．伺服驱动器的引脚排列及功能任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识1．伺服驱动器的引脚排列及功能任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识2．通用输入引脚的参数设定在表5-3中，xx是设定值输入位。标“*”的参数必须断电之后才能生效。

任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识2．通用输入引脚的参数设定任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识3．通用输出引脚的参数设定在表5-5中，xx是设定值输入位。标“*”的参数必须断电之后才能生效。

任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识3．通用输出引脚的参数设定1．数字量输入引脚的接线

伺服驱动器的数字量输入引脚用于输入开关信号，如启动、正转、反转和停止信号等。根据开关闭合时输入引脚的电流方向不同，可分为漏型输入方式和源型输入方式，不管采用哪种输入方式，三菱伺服驱动器都能接受，这是因为数字量引脚内部采用双向光电耦合器。漏型输入DICOM引脚接24V电源的正极任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识2024/7/22源型输入DICOM引脚接24V电源的负极1．数字量输入引脚的接线任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识2024/7/22图5-13伺服驱动器数字量输出的接线方式在线圈两端并联一只二极管来吸收线圈产生的反峰电压两种输出接线方式中，二极管的极性不要接反。2．数字量输出引脚的接线

数字量输出引脚通过内部三极管的导通与截止来输出0、1信号，能够驱动指示灯、继电器或者光耦合器。其输出接线方式也分为漏型和源型两种情况任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识2024/7/22图5-14输出端接指示灯的接线图由于指示灯的冷电阻很小，为防止三极管刚导通时因流过的电流过大而损坏，通常需要给指示灯串接一个限流电阻，以便对浪涌电流进行抑制2．数字量输出引脚的接线任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识2024/7/223．模拟量输入/输出引脚的接线（1）模拟量输入。三菱伺服驱动器中模拟量输入主要是完成速度调节、转矩调节或速度限制及转矩限制。图5-15模拟量输入接线图在速度控制模式中，其两端电压变化范围为0～10V；在转矩控制模式中其电压变化范围为0～8V，但直流电源为15V，大于二者电压最高值，所以需要电位器RP1分压，一般情况下RP1及RP2的阻值为2kΩ。任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识2024/7/22（2）模拟量输出。三菱伺服驱动器中模拟量输出的主要功能是反映伺服驱动器的状态，如电动机旋转速度、输入脉冲频率、输出转矩等。图5-16模拟量输出接线图模拟量输出有两个通道：MO1和MO23．模拟量输入/输出引脚的接线任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识【设备和工具】MR-JE伺服驱动器三菱MR-JE-10A伺服驱动器1台、伺服电机1台、《三菱MR-JE系列伺服驱动器手册》1本、开关和按钮若干、通用电工工具1套。任务实施电工工具一套伺服电机任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识按钮任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识2．认识操作面板任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识3．各种模式的显示与切换任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识4．参数显示与设置任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识5．伺服驱动器外部输入/输出信号显示任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识2．接线试运行只有使伺服开启信号（SON）为OFF后才能进行，因此图中的SON不接开关。

用紧急停止按钮SB0将EM2端与DOCOM端相连接，否则显示报警信息ALE6.1

任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识2．参数设置使用JOG试运行时，需要将EM2、正转行程终端LSP和反转行程终端LSN等信号设置成ON。因此，紧急停止信号EM2在图5-22中必须通过常闭按钮实现ON，而LSP、LSN信号通过将PD01设置为“_C__”，可以自动闭合，不需要从外部输入引脚接行程开关。3.运行操作。连续按2次“MODE”键进入诊断画面，此时显示RD-OF。按照图5-23所示的步骤选择点动运行或者无电机运行。任务5.1伺服电机和伺服驱动器的认识任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制任务导入任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制相关知识模拟量速度给定方式内部速度指令给定方式漏型输入方式ALM故障时，RA1失电伺服电机速度达到设定值附近时，RA3得电伺服开启，进入可运行状态，RA4得电1．接线图任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制2．速度控制方式（1）模拟速度指令控制方式

伺服驱动器通过VC（模拟速度指令）的加载电压设置的速度运行，此种方法需要将电位器接在P15R、VC和LG引脚上，将正反转启动开关接在ST1和ST2引脚上。任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制2．速度控制方式

伺服电机旋转分为顺时针和逆时针，则对应的输入电压应分为+10V和−10V。在初始设置下，±10V对应额定转速，±10V时的转速可以在PC12中进行变更。（1）模拟速度指令控制方式任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制2．速度控制方式（1）模拟速度指令控制方式任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制2．速度控制方式（1）模拟速度指令控制方式任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制2．速度控制方式（1）模拟速度指令控制方式任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制2．速度控制方式（1）模拟速度指令控制方式任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制2．速度控制方式（2）内部速度指令控制方式将伺服驱动器的数字量输入引脚设置为SP1（速度选择1）、SP2（速度选择2）及SP3（速度选择3）的功能，即在PD03～PD20参数中将其值设置为20（SP1）、21（SP2）、22（SP3），通过这3个输入引脚的不同组合，就可以控制伺服电机实现7段速（7个速度设置在PC05～PC11中）控制。任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制2．速度控制方式（2）内部速度指令控制方式任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制0～±8V的电压漏型输入接线方式1．接线图任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制2.转矩控制在±8V下产生最大转矩。另外，±8V输入时对应的输出转矩可以在PC13中进行变更。任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制2.转矩控制【设备和工具】MR-JE伺服驱动器三菱FX3U-32MT/ESPLC1台、三菱MR-JE-10A伺服驱动器1台、三菱交流伺服电机1台、开关和按钮若干、《三菱MR-JE系列伺服驱动器手册》1本、通用电工工具1套。任务实施伺服电机任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制三菱FX3U系列PLC安装有GXWork2软件的电脑任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制1．任务要求用按钮和开关控制伺服电机实现7段速运行，运行转速分别为500r/min、600r/min、700r/min、800r/min、900r/min、1000r/min、1100r/min。任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制2．硬件电路任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制3．参数设置任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制3．参数设置任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制2．硬件电路由于三菱PLC的输出是NPN型，因此伺服驱动器采用漏型输入接线方式任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制3．参数设置任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制3．参数设置任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制4．程序设计具体程序请参考教材P212或在人邮教育社区官网/book/details/49465下载源程序任务5.2伺服电机的速度控制和转矩控制任务5.3伺服电机的位置控制任务5.3伺服电机的位置控制任务导入任务5.3伺服电机的位置控制相关知识输入指令脉冲串可以采用集电极开路输入方式或差动输入方式两种EMG、LSP、LSN必须接入常闭触点输入脉冲串采用集电极开路输入方式时，需要将OPC端子接入DC24V的正极。1．接线图任务5.3伺服电机的位置控制2．脉冲输入引脚的接线三菱伺服驱动器的脉冲输入有两种方式：集电极脉冲输入方式和差动脉冲输入方式。将伺服驱动器的OPC接到24V电源的正极PP引脚为正转脉冲输入端NP引脚为反转脉冲输入端三菱MR-JE系列的伺服驱动器工作在位置控制模式时，只能接受NPN输入信号；脉冲列输入接口中使用了光耦合器，因此，在脉冲列信号线上不能连接电阻。任务5.3伺服电机的位置控制差动脉冲输入方式输入脉冲的最高频率为4MHz任务5.3伺服电机的位置控制3．脉冲输入形式任务5.3伺服电机的位置控制3．脉冲输入形式任务5.3伺服电机的位置控制4．定位完成（INP）INP是定位完成，当偏差计数器的滞留脉冲在设置的定位范围（PA10）以下时，INP将会开启。将负载范围设定为很大的值，低速运行时，会进入常通状态。任务5.3伺服电机的位置控制1．原点回归指令ZRN[S1]：原点回归速度。[[S2]：爬行速度。[S3]：近点DOG（原点）输入信号[D]：脉冲输出端任务5.3伺服电机的位置控制1．原点回归指令ZRN任务5.3伺服电机的位置控制2．带DOG搜索的原点回归指令DSZR[S1]：近点DOG输入信号[S2]：零点输入信号[D1]：脉冲输出端[D2]：电机方向输出端任务5.3伺服电机的位置控制2．带DOG搜索的原点回归指令DSZR任务5.3伺服电机的位置控制3．相对定位指令DRVI[S1]：输出脉冲数，即相对地址[S2]：输出脉冲频率，即移动速度[D1]：脉冲输出端[D2]：电