南京交流伺服系統(tǒng)伺服電動(dòng)缸的生產(chǎn)應(yīng)用

交流伺服系統(tǒng)伺服電動(dòng)缸包含交流伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)。選用伺服系統(tǒng)，主要為了進(jìn)行精密的定位控制，伺服驅(qū)動(dòng)器在位置控制模式下運(yùn)行，控制框圖如圖一所示。

圖一 位置閉環(huán)控制

一.目前常用的伺服電機(jī)是三相交流永磁同步伺服電機(jī)，這種電機(jī)具有動(dòng)態(tài)特性好、定位精度高的特點(diǎn)。之所以稱(chēng)為“伺服”電機(jī)，是因?yàn)殡姍C(jī)軸末端裝有編碼器，其反饋信號(hào)可與伺服驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成閉環(huán)控制。常用的編碼器是光電式增量編碼器，根據(jù)輸出信號(hào)的不同特點(diǎn)，可分為6路信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)編碼器；三路信號(hào)省線(xiàn)式編碼器；串行通信總線(xiàn)式編碼器。

標(biāo)準(zhǔn)編碼器輸出信號(hào)：A、B、Z、U、V、W，其中A、B為正交編碼脈沖，占空比為50%，相位差是90度電角度，根據(jù)超前、滯后關(guān)系，可區(qū)分電機(jī)正、反轉(zhuǎn)；將A、B信號(hào)上升沿和下降沿均取出來(lái)，可得到4倍頻脈沖信號(hào)。例如，國(guó)內(nèi)常用的2500C/T編碼器，四倍頻后，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈，編碼器能產(chǎn)生10000個(gè)反饋脈沖。

Z為零位脈沖（也稱(chēng)索引脈沖），每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)脈沖，做定位信號(hào)；

U、V、W為檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極位置的信號(hào)，即為驅(qū)動(dòng)器提供伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息，以決定注入定子繞組電流的初始相位，保證伺服電機(jī)有足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。正常啟動(dòng)之后，伺服驅(qū)動(dòng)器能用Z脈沖修正轉(zhuǎn)子位置，精確的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置由A、B信號(hào)獲取，此時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)器已不再需要U、V、W信號(hào)了，這就是產(chǎn)生省線(xiàn)式編碼器的原因。

省線(xiàn)式編碼器：在同樣的輸出線(xiàn)上分時(shí)輸出A、B、Z信號(hào)和U、V、W信號(hào)，雖然引出線(xiàn)只標(biāo)注A、B、Z信號(hào)，但起動(dòng)時(shí)還是先在標(biāo)有A、B、Z的信號(hào)線(xiàn)上對(duì)應(yīng)輸出U、V、W信號(hào)，然后輸出A、B、Z信號(hào)，使光電編碼器的信號(hào)輸出線(xiàn)減少了一半，焊接插頭的工作量大大減少，出差錯(cuò)、出故障的概率也大大減小了。

總線(xiàn)式增量編碼器：只需一對(duì)差分信號(hào)線(xiàn)，即PS+和PS-，是串行通信信號(hào)，按專(zhuān)有協(xié)議輸出代表位置、速率、方向等信息，接線(xiàn)特別簡(jiǎn)潔，是技術(shù)進(jìn)步的象征，很久以前安川伺服系統(tǒng)就采用此技術(shù)，國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較晚。

光電編碼器的輸出信號(hào)，一般要經(jīng)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)芯片（Line Driver），如MC3487、AM26LS31，輸出差分信號(hào)，差分驅(qū)動(dòng)方式是一個(gè)信號(hào)傳輸?shù)暮梅椒?，它?duì)噪聲不敏感，能消除或減小共模干擾，也能抑制自身產(chǎn)生的電磁干擾，提高了長(zhǎng)線(xiàn)傳輸?shù)目煽啃?在伺服驅(qū)動(dòng)器端，用線(xiàn)接收器（Line Receiver）對(duì)編碼器輸出的差分進(jìn)行接收，信號(hào)傳輸示意圖如圖二所示。

圖二 編碼器信號(hào)傳輸示意圖

二.參考圖一，伺服驅(qū)動(dòng)器除了要接受編碼器反饋信號(hào)外，在位置控制模式下還必須接收來(lái)自上層控制器的指令脈沖。上層數(shù)字控制器一般提供脈沖和方向信號(hào)，每一脈沖對(duì)應(yīng)電機(jī)進(jìn)給一步，方向信號(hào)以高低電平控制電機(jī)正反轉(zhuǎn);與此對(duì)應(yīng)，伺服驅(qū)動(dòng)器位置指令脈沖輸入方式應(yīng)設(shè)置為：脈沖+符號(hào)。

控制器輸出的位置指令，一般是經(jīng)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器處理的差分對(duì)信號(hào)，而驅(qū)動(dòng)器一般用高速光耦接收位置指令脈沖，參考圖三。

圖三 位置指令脈沖傳輸

控制器（如數(shù)控系統(tǒng)、PLC、定位模塊等）輸出的位置指令，由伺服驅(qū)動(dòng)單元來(lái)執(zhí)行伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。脈沖個(gè)數(shù)決定伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度（或工作臺(tái)移動(dòng)的距離），脈沖頻率決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在額定負(fù)載能力范圍內(nèi)，電機(jī)輸出力矩由負(fù)載決定，負(fù)載越大則電機(jī)力矩越大。工業(yè)上常見(jiàn)的各種專(zhuān)用、通用CNC機(jī)床，伺服系統(tǒng)均工作于位置控制模式。

三.伺服驅(qū)動(dòng)常用的數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸出信號(hào)有如下幾個(gè)：

SRDY:伺服準(zhǔn)備好信號(hào)。主電源正常且驅(qū)動(dòng)器無(wú)報(bào)警，則輸出導(dǎo)通（ON），否則輸出截止（OFF）；

COIN:定位完成信號(hào)。位置偏差小于參數(shù)設(shè)定值則ON，否則OFF；

ALM：報(bào)警信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)器檢測(cè)到異常，輸出ON,無(wú)警報(bào)則OFF，（也有無(wú)報(bào)警輸出ON，故障時(shí)OFF）。

數(shù)字輸出口，流行光電隔離輸出，輸出級(jí)與伺服單元內(nèi)部電路完全隔開(kāi)。伺服輸出口既有固定功能輸出口，也有功能可編程輸出口，各廠(chǎng)家互不相同。

輸出口的電路結(jié)構(gòu)也稍有不同，可以從光耦的集電極和發(fā)射極獨(dú)立輸出+、-信號(hào)端子（如圖四左側(cè)電路），也可以將輸出光耦的發(fā)射極于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部連接在一起，引出一個(gè)公共端子，供各數(shù)字輸出口共同使用。（如圖四右側(cè)電路），光耦輸出級(jí)導(dǎo)通時(shí)，C、E極之間大約有1V的壓降，不滿(mǎn)足TTL低電平標(biāo)準(zhǔn)，不能和TTL電路直接相連。

圖四 數(shù)字量輸出接口

四.對(duì)于開(kāi)關(guān)量輸入接口，常使用獨(dú)立的外部開(kāi)關(guān)電源對(duì)信號(hào)回路供電，控制器用繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)或開(kāi)集電極三極管、光耦進(jìn)行控制，如圖五所示。

圖五 數(shù)字量輸入接口

繼電器應(yīng)選接觸電阻小的微型繼電器，可將兩個(gè)常開(kāi)點(diǎn)并接使用，以減小接觸電阻，并增加可靠性。

數(shù)字輸入口常用的信號(hào)是使能信號(hào)SON，不加使能信號(hào)，伺服電機(jī)軸不鎖止，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)；加上使能信號(hào)后，電機(jī)軸鎖止，此時(shí)發(fā)位置脈沖，電機(jī)就會(huì)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)；只發(fā)脈沖而不加使能信號(hào)，電機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢杂肧ON信號(hào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和停止，但一般用脈沖控制電機(jī)啟停，連續(xù)發(fā)脈沖則伺服電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)；不發(fā)脈沖電機(jī)就停轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)到伺服驅(qū)動(dòng)器報(bào)警信號(hào)或系統(tǒng)其它功能電路報(bào)警，都會(huì)停發(fā)脈沖并斷開(kāi)使能信號(hào)。

五.使用伺服系統(tǒng)要注意的事項(xiàng)：

1.伺服電機(jī)U、V、W電源線(xiàn)必須和驅(qū)動(dòng)器U、V、W端子一一對(duì)應(yīng)連接，禁止用調(diào)換端子的方法來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，否則電機(jī)可能飛車(chē)或不轉(zhuǎn);

2.常用伺服驅(qū)動(dòng)的主電源為三相AC220V，必須經(jīng)三相變壓器降壓，將三相AC380V變至三相AC220V，切勿直接連到三相AC380V電源上;

3.伺服驅(qū)動(dòng)處于承上啟下的地位，接收來(lái)自伺服電機(jī)編碼器的輸入信號(hào)，同時(shí)又將獲得的A、B信號(hào)分頻后連同Z輸出到上級(jí)控制器，用于位置控制環(huán)配置（注：僅部分設(shè)備需要此輸出信號(hào)），一個(gè)輸入一個(gè)輸出，別搞混淆了；

4.如主電路電源用交流接觸器來(lái)接通和分?jǐn)?，則接觸器應(yīng)選用帶阻容吸收器的型號(hào)，以吸收線(xiàn)圈產(chǎn)生的浪涌電壓。