《运动控制技术及应用》课件 项目3-任务1 伺服驱动器和伺服电机认识

2025/3/201【任务目标】任务具体要求为：完成MR-JE-10A伺服驱动器和HG-KN13-S100伺服电机的电气连接以及空载JOG测试。1.知识目标(1)熟悉伺服电动机的外部结构、防护形式及散热方式。(2)熟悉伺服驱动器的操作单元、显示内容及面板设置。(3)掌握伺服电动机和伺服驱动器的铭牌信息、型号标识及主要参数。2.技能目标(1)能准确识别伺服电动机和伺服驱动器的铭牌及型号。(2)会进行伺服驱动器和伺服电动机的电气接线。(3)能正确设置伺服驱动器的简单参数。2025/3/202【任务分析】通过教师的讲授学习有关伺服动机和伺服驱动器的工作原理及结构和选型知识，引导学生学会查阅有关资料来完成本任务。2025/3/203【知识准备】一.伺服系统概述1.伺服系统概念伺服系统是指在控制指令的作用下，通过驱动元件控制被控对象的某种状态，使其能够自动地、连续地、精确地复现输入信号的变化规律，从而获得精确的位置、速度及转矩输出的自动控制系统，亦称随动系统。2.伺服系统的分类（1）按驱动方式分类：电气伺服系统、液压伺服系统、气动伺服系统。电气伺服系统又分为直流伺服系统、交流伺服系统和步进伺服系统。（2）按照功能特征分类：位置伺服系统、速度伺服系统及转矩伺服系统。位置伺服系统又分为点位伺服系统和连续轨迹伺服系统。（3）按控制方式分类：分为开环控制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制伺服系统。2025/3/204【知识准备】2.伺服系统的分类（3）按控制方式分类①开环控制伺服系统优点：结构简单，容易掌握，调试、维修方便，造价低；缺点：控制精度低、温升高、噪声大、效率低、加减速性能差等。2025/3/205【知识准备】2.伺服系统的分类（3）按控制方式分类②半闭环控制伺服系统主要特点：较稳定的控制特性，介于闭环伺服系统和开环伺服系统之间的定位精度，系统稳定性较好，调试较容易，价格低廉。2025/3/206【知识准备】2.伺服系统的分类（3）按控制方式分类③闭环控制伺服系统主要特点：与半闭环控制伺服系统相比，其反馈点取自输出量，避免了半闭环控制系统自反馈信号取出点至输出量间各元件引出的误差。由于系统是利用输出量与输入量之间的差值进行控制的，故又称其为负反馈控制。2025/3/207二.交流伺服电动机1.交流伺服电动机的结构与特点交流伺服电动机的结构主要分为定子、转子、编码器和其他辅助结构(风扇、封递)，如图所示。2025/3/208二.交流伺服电动机1.交流伺服电动机的结构与特点（1）定子定子由铁芯和线圈构成，实物及内部示意图如图所示2025/3/209二.交流伺服电动机1.交流伺服电动机的结构与特点（2)转子鼠笼形转子由转轴、转子铁芯和转子绕组等组成，实物及内部示意图如图所示2025/3/2010二.交流伺服电动机2.编码器编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。它属于传感器的一种形式，主要用来检测机械运动的速度、位置、角度、距离或计数，除了应用在机械外，许多的马达控制如伺服马达均需配备编码器以供马达控制器作为换相、速度及位置的检出。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。2025/3/2011二.交流伺服电动机2.编码器（1）编码器分类①按照编码器码盘的刻孔方式不同可以分为增量型及绝对值型。②按照编码器信号的输出类型不同可分为电压输出、集电极开路输出、推拉互补输出和长线驱动输出。③按照编码器机械安装形式不同可分为有轴型和轴套型。④按照编码器检测工作原理不同可分为光电式、磁电式和触点电刷式。⑤按照编码器读出方式不同可以分为接触式和非接触式两种。（2）编码器特点旋转编码器是集光机电技术于一体的传感器。其特点是体积小，重量轻，品种多，功能全，频响高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能稳定，可靠使用寿命长等特点。2025/3/2012二.交流伺服电动机3.基本工作原理(1)同步型交流伺服电动机所谓同步电动机，即转子转速与旋转磁场速度同步。交流伺服电动机中最为普及的是同步型交流伺服电动机，其励磁磁场由转子上的永磁体产生，通过控制三相电枢电流，使其合成电流矢量与励磁磁场正交而产生转矩。(2)感应型交流伺服电动机两相异步伺服电动机工作时，励磁绕组两端施加恒定的励磁电压Uf控制绕组两端施加控制电压Uk通常将有效匝数相等的两个绕组称为两相对称绕组，若在两相对称绕组上施加两个幅值相等且相位差90°电角度的对称电压，则电动机处于对称状态。此时，两相绕组在定子、转子之间的气隙中产生的合成磁势是一个圆形旋转磁场。若两个电压幅值不相等或相位差不为90°电角度，则会得到一椭圆形旋转磁场。2025/3/2013二.交流伺服电动机4.主要技术数据(1)型号说明(2)电压(3)频率(4)堵转转矩、堵转电流(5)空载转速(6)额定输出功率2025/3/2014三.交流伺服驱动器1.伺服驱动器主要功能三菱通用MR-JE-□A交流伺服驱动器具有位置控制、速度控制和转矩控制三种控制模式。在位置控制模式下最高可以支持4Mpulses/s的高速脉冲串。还可以选择位置/速度切换控制，速度/转矩切换控制和转矩/位置切换控制。它不但可以用于机床和普通工业机械的高精度定位和平滑的速度控制，还可以用于线控制和张力控制等，应用范围十分广泛。同时还支持单键调整及即时自动调整功能，根据机器可以对伺服增益进行简单的自动调整。三菱通用MR-JE-□B交流伺服驱动器是通过伺服系统控制器等控制器和高速同步网络SSCNETⅢ/H连接。伺服驱动器直接从控制器读取指令，驱动伺服电机。SSCNETⅢ/H通过采用SSCNETⅢ光缆保持了很强的噪声耐性，并且实现了全双工150Mbps高速通信。控制器和伺服驱动器之间可以实现大量数据的实时通信。2025/3/2015三.交流伺服驱动器2.MR-JE系列交流伺服驱动器（1）型号2025/3/2016三.交流伺服驱动器2.MR-JE系列交流伺服驱动器（2）伺服驱动器的构造、内部电路和接口①伺服驱动器的构造2025/3/2017三.交流伺服驱动器2.MR-JE系列交流伺服驱动器（2）伺服驱动器的构造、内部电路和接口②内部电路：内部电路按照功能主要包括功率变换主电路、控制电路、驱动电路。（Ⅰ）功率变换主电路和驱动电路功率变换主电路主要由整流电路、滤波电路和逆变电路三部分组成。2025/3/2018三.交流伺服驱动器2.MR-JE系列交流伺服驱动器②内部电路：（Ⅱ）控制电路主要由运算电路、PWM生成电路、检测信号处理电路、输入/输出电路、保护电路等构成。其主要作用是完成对功率变换主电路的控制和实现各种保护。交流伺服系统具有电流反馈、速度反馈和位置反馈的三闭环结构形式，其中电流环和速度环为内环，位置环为外环。电流环由电流控制器和功率变换器组成，其作用是使电动机绕组电流实时、准确地跟踪电流指令信号，限制电枢电流在动态过程中不超过交流伺服电动机及其驱动器的最大值，使系统具有足够大的加速转矩，提高系统的快速性。速度环的作用是增强系统抗负载扰动的能力，抑制速度波动，实现稳态无静差。位置环的作用是保证系统静态精度和动态跟踪的性能，这直接关系到交流何服系统的稳定性和能否高性能运行，是设计的关键所在。2025/3/2019三.交流伺服驱动器2.MR-JE系列交流伺服驱动器（2）伺服驱动器的构造、内部电路和接口③伺服驱动器的接口（Ⅰ）I/O接口2025/3/2020三.交流伺服驱动器2.MR-JE系列交流伺服驱动器（2）伺服驱动器的构造、内部电路和接口③伺服驱动器的接口（Ⅱ）主要端子功能说明SON（CN1-15）：在开启SON时，主电路将会通电，变为可以运行的状态。(伺服ON状态)关闭后主电路将被切断，伺服电机进入自由运行状态。伺服驱动器开始，要使伺服电动机工作，伺服驱动器开始信号定要接通。RES（CN1-19）：开启RES50ms以上时可以对报警进行复位。EM2（CN1-42）：紧急停止，伺服驱动器运行过程中此信号断开，则伺服驱动器停止，因此此信号一定要接通。LSP（CN1-43）：正转行程末端，此信号接通，则伺服电动机可以正转，若此信号断开，则伺服电动机将停止正转，即伺服电动机正转过程中此信号定要接通。LSN（CN1-44）：反转行程末端，此信号与LSP类似。2025/3/2021三.交流伺服驱动器2.MR-JE系列交流伺服驱动器（2）伺服驱动器的构造、内部电路和接口③伺服驱动器的接口（Ⅱ）主要端子功能说明PP（CN1-10）：位置控制模式时，漏型输入接口，输入指令脉冲串，在PP和DOCOM之间输入正转脉冲串。NP（CN1-35）：位置控制模式时，漏型输入接口，输入指令脉冲串，在NP和DOCOM之间输入反转脉冲串。PP2（CN1-37）：位置控制模式时，源型输入接口，输入指令脉冲串，在PP2和PG之间输入正转脉冲串。NP2（CN1-38）：位置控制模式时，源型输入接口，输入指令脉冲串，在PP2和PG之间输入正转脉冲串。2025/3/2022三.交流伺服驱动器2.MR-JE系列交流伺服驱动器（2）伺服驱动器的构造、内部电路和接口③伺服驱动器的接口（Ⅱ）主要端子功能说明PG（CN1-11）：位置控制模式时，差动输入方式时，输入指令脉冲串，在PG和PP之间输入正转脉冲串，NG（CN1-36）：位置控制模式时，差动输入方式时，输入指令脉冲串，在NG和NP之间输入反转脉冲串，VLA/VC（CN1-2）：这是个复用端子，在速度控制模式时，为模拟速度限制/模拟速度指令。TLA/TC（CN1-27）：这也是个复用端子，在转矩控制模式时，为模拟转矩限制/模拟转矩指令。2025/3/2023三.交流伺服驱动器2.MR-JE系列交流伺服驱动器（2）伺服驱动器的构造、内部电路和接口③伺服驱动器的接口（Ⅱ）主要端子功能说明LA/LAR（CN1-4/CN1-5）：在位置、速度、转矩三种控制模式时，编码器A相脉冲(差动线驱动器)，LB/LBR（CN1-6/CN1-7）：在位置、速度、转矩三种控制模式时，编码器B相脉冲(差动线驱动器)，OP（CN1-33）：在位置、速度、转矩三种控制模式时，为编码器Z相脉冲(集电极开路)，编码器的零点信号以集电极开路输出方式输出。LZ/LZR（CN1-8/CN1-9）：仅在速度控制模式和转矩控制模式时，为编码器Z相脉冲(差分线路驱动器)，当在位置控制模式时，为与定位模块（或上位控制器）的零点信号端子相连。2025/3/2024三.交流伺服驱动器2.MR-JE系列交流伺服驱动器（3）伺服驱动器的安装和系统配线2025/3/2025三.交流伺服驱动器2.MR-JE系列交流伺服驱动器（4）三菱MR-JE-10A伺服驱动器操作面板的显示及操作2025/3/2026四.伺服驱动器软件MRConfigurator2应用1.MRConfigurator2功能（1）设置（2）诊断（3）监视（4）测试运行（5）调整（6）故障处理2.MRConfigurator2与伺服放驱动器的连接根据伺服驱动器不同的型号系列以及模块的不一样，MRConfigurator2与伺服放驱动器的连接方法主要有USB连接、RS-422(RS-232C)连接、Ethernet连接、总线连接这几种方式。2025/3/2027四.伺服驱动器软件MRConfigurator2应用3.画面组成及主要功能基本操作（1）主画面2025/3/2028四.伺服驱动器软件MRConfigurator2应用3.画面组成及主要功能基本操作（2）主要功能操作①读取参数[工具栏]=>单击[读取]按钮，按照图1，图2，图3顺序操作图1图2图32025/3/2029四.伺服驱动器软件MRConfigurator2应用3.画面组成及主要功能基本操作（2）主要功能操作②写入参数按照图1，图2顺序操作图1图22025/3/2030四.伺服驱动器软件MRConfigurator2应用3.画面组成及主要功能基本操作（2）主要功能操作③进行JOG运行按照图1操作图12025/3/2031【任务实施】1.无负载检测为了避免对伺服驱动器或机构造成伤害，请先将伺服电动机所连接的负载移除，若移除伺服电动机所连接的负载后，根据正常操作程序，能够使伺服电动机正常运行起来，之后即可将伺服电动机的负载连接上。(1)识别伺服电动机的铭牌等信息操作步骤:仔细观察实训室伺服电动机铭牌，查阅相关资料手册，或上网搜索，记录信息，（2）识别伺服驱动器的铭牌等信息仔细观察实训室伺服驱动器铭牌，查阅相关资料