1、职业教育机电一体化专业教学资源库,电机驱动与伺服控制,项目四 伺服电机控制系统安装与调试任务1伺服电机控制系统 安装、调试与运行,职业技术学院,职业教育机电一体化专业教学资源库,知识点伺服控制系统技术概述；伺服电动机的结构；伺服驱动器工作原理；伺服系统的工作模式；伺服驱动器各端子的功能及控制电路设计；技能点掌握伺服驱动控制器的使用；,职业教育机电一体化专业教学资源库,重点伺服驱动器工作原理；伺服驱动器各端子的功能及控制电路设计；电子齿轮的计算；伺服驱动器参数基本参数的设置。,职业教育机电一体化专业教学资源库,4.1 伺服电动机控制系统安装、调试与运行,上位机发出脉冲串经电子齿轮送到放大器内的偏
2、差计数 器，偏差计数器经放大电路把脉冲送入伺服电动机，伺 服电动机运转后带动编码器旋转，编码器旋转后产生反 馈脉冲送入偏差计数器，作减法运算，当偏差计数器内 脉冲数为0时，伺服电动机停止。,职业教育机电一体化专业教学资源库,4.1.1交流伺服电动机的结构,交流伺服电动机主要分成定子和转子及编码器三个主 要部分以及端盖和风扇等组成，如图所示。,职业教育机电一体化专业教学资源库,1.定子,由铁芯和线圈构成，如图所示。交流 伺服电动机的定子是三相绕组，通以三 相交流电后产生一个旋转磁场，其工作 原理与普通三相电动机样。2.转子是一个永磁体，在定子产 生的旋转磁场作用下，转 子和磁场同步旋转，如图 所
3、示。因此我们常把伺服 电机称为同步电机。,职业教育机电一体化专业教学资源库,3.编码器,编码器的结构编码器由 码盘、发光管、光电接收管、放大整形电路等组成。,职业教育机电一体化专业教学资源库,编码器的工作原理,职业教育机电一体化专业教学资源库,职业教育机电一体化专业教学资源库,职业教育机电一体化专业教学资源库,图4-8 矩形脉冲编码器的作用：,职业教育机电一体化专业教学资源库,图4-9伺 服 驱 动 器 的 原 理 图,4.1.2 伺服驱动器原理,职业教育机电一体化专业教学资源库,4.1.3 伺服系统的工作模式,伺服系统的工作模式分为位置控制模式、速度控制模式、转矩 控制模式这三种控制模式中，
4、根据控制要求选择其中的一种或 者两种模式，当选择两种控制模式时，需要通过外部开关进行 选择。位置控制模式速度控制模式转矩控制模式,职业教育机电一体化专业教学资源库,4.1.4伺服系统的安装与接线,1伺服驱动器的安装,职业教育机电一体化专业教学资源库,职业教育机电一体化专业教学资源库,安装时的注意事项：安装时，不要让穿空线或者金属线头等异物进入伺服放大器；,不要让控制柜内油、水、金属粉末等异物进入伺服放大器；存放在有害气体或灰尘很多的场合，应对控制柜用清洁空气 进行强制通风，以防这些异物进入控制柜。编码器和线缆的强度：应仔细检查电缆的布线方法，不要在连接处加大电缆的弯曲 度，也不要使其自重作用在
5、连接；如果伺服电机在使用中要移动，应注意电缆的弯曲度，这时 编码器和电动机电缆也应随电动机移动，以保证拉力和弯曲度 不超出范围，编码器和电动机电缆应固定好；应避免电缆的绝缘层被外物割伤而损坏；伺服电动机如安装在可移动的机械上，应尽可能弯曲半径大。,职业教育机电一体化专业教学资源库,2伺服驱动器的功能图,图4-12伺服驱动器的功能图,职业教育机电一体化专业教学资源库,3.主电路接线原理图,职业教育机电一体化专业教学资源库4伺服驱动器和伺服电动机的连接,职业教育机电一体化专业教学资源库,5伺服系统的接地,职业教育机电一体化专业教学资源库,伺服驱动器各端子的功能及控制电路设计伺服驱动器各端子的功能,
6、职业教育机电一体化专业教学资源库,职业教育机电一体化专业教学资源库,表4-2 CN1B针脚号,职业教育机电一体化专业教学资源库,职业教育机电一体化专业教学资源库,伺服驱动器CN1A及CN1B各端子的功能说明见表4-3,职业教育机电一体化专业教学资源库,职业教育机电一体化专业教学资源库,【例4-1】按照表4-1、表4-2、表4-3说明一下部分针脚号 的说明。答：CN1B-5脚SON伺服开始，要使伺服电机工作，伺服开 始信号一定要接通；CN1B-16脚LSP正转行程末端，此信号接通，则伺服 可以正转，若此信号断开，则伺服将停止正转，即伺服正 转过程中此信号一定要接通；CN1B-17脚LSN反转行程
7、末端，此信号与LSP类似；CN1B-15脚EMG紧急停止，伺服运行过程中此信号断 开，则伺服停止，因此此信号一定要接通。,职业教育机电一体化专业教学资源库,2伺服驱动器内部接线图,职业教育机电一体化专业教学资源库,【例4-2】按照图4-16内部信号图，画出驱动器输 入与输出端子的接线图。,答：,职业教育机电一体化专业教学资源库,3数字输入输出接口电路,图4-18 使用内部电源（源型输入）,图4-19 使用外部电源（源型输入）,职业教育机电一体化专业教学资源库,职业教育机电一体化专业教学资源库,输出接口可以接电灯、继电器或光偶。感性负载时，请安装一个二极管。一般分为使用内部电源，如图4-22所示
8、，使用外部电源，如图4-23所示。,图4-22 使用内部电源（感性负载）,图4-23 使用外部电源（感性负载）,职业教育机电一体化专业教学资源库,职业教育机电一体化专业教学资源库,4位置控制模式脉冲输入方法集电极开路输入方式，如图 4-26所示。集电极开路输入方 式输入脉冲最高频率200kHz。,差动输入方式，如图4-27所示。差动输入方式输入脉冲最高频率 500kHz。,职业教育机电一体化专业教学资源库,5外部模拟量输入模拟量输入的主要功能进行速度调节和转矩调节或速度 限制和转矩限制，一般输入阻抗1012k。如图4-28所示。,图4-28 外部模拟量输入,职业教育机电一体化专业教学资源库,6
9、模拟量输出模拟量输出的电压信号可以反应伺服驱动器的运行状态，如电动机的旋转速度、输入脉冲频率、输出转矩等，如 图4-29所示。输出电压是10V，电流最大1mA。,图4-29 模拟量输出,职业教育机电一体化专业教学资源库,4.1.6 伺服系统的参数,职业教育机电一体化专业教学资源库,1基本参数,符号STY前面打了个*，表示设置后要断电才有效。参数NO.0，控制模式设定，见表4-5。,职业教育机电一体化专业教学资源库,参数NO.1，功能选择，见表4-6。输入滤波器设置的时间越长说明抑制外界噪声干扰越强。使用绝对位置系 统表示需要有机械原点，开始需要有一次回原点，后面就不需执行回原点 操作了，当系统
10、停电时，驱动器的干电池能够记录这个工作台的位置。如 果使用增量位置系统，每次都需执行回原点操作。,表4-6参数NO.1,职业教育机电一体化专业教学资源库,（3）电子齿轮的设定，见表4-8。参数NO.3是电子齿轮的分 子，参数NO.4是电子齿轮的分母。,表4-8 参数NO.3与NO.4,职业教育机电一体化专业教学资源库,在进行位置控制模式时，需要设置电子齿轮，电子齿轮的设 置和系统的机械结构，控制精度有关。电子齿轮的设定范围 为：1/50CMX/CDV50。假设上位机（PLC）向驱动器发出1000个脉冲（假设电子齿 轮比为1比1），则偏差计数器就能产生1000个脉冲，从而驱 动伺服电动机转动。伺
11、服电动机转动后，编码器则会产生脉 冲输出，反馈给偏差计数器，编码器产生一个脉冲，偏差计 数器则减一，产生两个脉冲则减二，因此编码器旋转后一直 产生反馈脉冲，偏差计数器一直作差减运算，当编码器反馈 1000个脉冲后，偏差计数器内脉冲就减为0，此时，伺服电 动机就会停止。因此，实际上，上位机发出脉冲，则伺服电 动机就旋转，当编码器反馈的脉冲数等于上位机发出的脉冲 数后，伺服电动机停止。因此得出：上位机所发的脉冲数=编码器反馈的脉冲数,职业教育机电一体化专业教学资源库,计算电子齿轮有关的概念：,编码器分辨率编码器分辨率即为伺服电动机的编码器的分辨率，也就是伺服 马达旋转一圈，编码器所能产生的反馈脉冲
12、数。编码器分辨率是一个固定的常数，伺服电动机选好后，编码器分辨率也就固定了。丝杠螺距丝杠即为螺纹式的螺杆，电动机旋转时，带动丝杠旋转，丝杠旋后，可带动滑块作前进或后退的动作。如图4-30所示:,职业教育机电一体化专业教学资源库,丝杠的螺距即为相邻的螺纹之间的距离。实际上丝杠的螺距 即丝杠旋转一周工作台所能移动的距离。螺距是丝杠的固有 的参数，是一个常量。c脉冲当量脉冲当量即为上位机（PLC）发出一个脉冲，实际工作台 所能移动的距离。因此脉冲当量也就是伺服系统的精度。比如说脉冲当量规定为1 m，则表示上位机（PLC）发 出一个脉冲，实际工作台可以移动1 m。因为PLC最少只能 发一个脉冲，因此伺
13、服系统的精度就是脉冲当量的精度，也 就是1 m。,职业教育机电一体化专业教学资源库,了解了以上一些概念及参数，我们下面来计算电子齿轮。【例4-3】就以上图为例，伺服编码器分辨率为8192，丝杠螺 距是10mm，脉冲当量为10m，计算电子齿轮是多少？答：脉冲当量为10m，表示PLC发一个脉冲工作台可以移动 10m，那么要让工作台移动一个螺距（10mm），则PLC需要 发出1000个脉冲，相当于PLC发出1000个脉冲，工作台可以 移动一个螺距。那工作台移动一个螺距，丝杠需要转一圈，伺服电动机也是需要转一圈，伺服电动机转一圈，编码器 能产生8192个脉冲。根据：PLC发的脉冲数电子齿轮=编码器反馈
14、的脉冲数1000电子齿轮=8192电子齿轮=8192/1000,职业教育机电一体化专业教学资源库,【例4-4】伺服电动机通过变速机构和丝杠相连，伺服编码 器分辨率为131072，如图4-31所示。丝杠的螺距是5mm，脉 冲当量是1m。求电子齿轮。,图4-31 伺服电动机带动丝杠示意图答：要丝杠转动一周，由于有变速机构，电动机要转3/2周。所以上位机发脉冲的个数是5000，电动机反馈回来的脉冲 是1310723/25000电子齿轮=1310723/2电子齿轮=24576/625,职业教育机电一体化专业教学资源库,【例4-5】伺当电动机带动旋转工作台时，假设要求脉冲当量 是0.01，伺服编码器分辨
15、率为131072，如图4-32所示,答转盘转动一周，电动机转动两周，所以上位机产生36000个脉冲，电动 机反馈脉冲数是1310722。36000电子齿轮=1310722电子齿轮=8192/1125,图4-32 伺服电动机带动转盘示意图,职业教育机电一体化专业教学资源库,（4）内部速度指令设定，分别有参数NO.8，参数NO.9，参数NO.10设定，见表4-11。,表4-11参数NO.8，参数NO.9，参数NO.10,职业教育机电一体化专业教学资源库,SP1和SP2是用来控制电动机速度的。如果是三段调速的话，可以修改参数NO.8、参数NO.9、参数NO.10来设定。如果是转矩控制，设置值代表最高
16、转速控制。见表4-12。,职业教育机电一体化专业教学资源库,（5）加减速时间常数由参数NO.11与参数NO.12设定，见表4-13。,表4-13参数NO.11与参数NO.12,职业教育机电一体化专业教学资源库,（6）S字加减速由参数NO.13设定，见表4-14。,职业教育机电一体化专业教学资源库,S字加减速主要用于一些输送带上，防止物件 倾倒。如图4-36所示。,图4-36 S字加减速示意图,职业教育机电一体化专业教学资源库,（7）参数NO.17，模拟量输出选择设定，见表4-19。,表4-19参数NO.17,职业教育机电一体化专业教学资源库,模拟量输出接线图如图4-43所示。,职业教育机电一体
17、化专业教学资源库,2.扩展参数1,参数NO.20功能选择2，见表4-22。,职业教育机电一体化专业教学资源库,表4-23参数NO.21,21,*OP3,功能选择3（指令脉冲选择）：用于选择脉冲串输入信号的输入波形,指令脉冲串输入波形0：正转/反转脉冲串,1：带符号的脉冲串,2：A/B相脉冲串,0000,0000h,0012h,P,职业教育机电一体化专业教学资源库,指令脉冲串形式，见表4-24,职业教育机电一体化专业教学资源库,（2）参数NO.25，模拟量速度指令最大速度设定，见表4-28。输入电 压与速度关系图，如图4-45所示。表4-28参数NO.25,图4-45输入电压与速度关系图,职业教
18、育机电一体化专业教学资源库,（3）参数NO.26，模拟量转矩指令最大输出设定，见表4-29。输入电压与输出转矩关系图，如图4-46所示。表4-29参数NO.26,图4-46输入电压与输出转矩关系图,职业教育机电一体化专业教学资源库,（4）参数NO.29，模拟量速度指令偏置设定，见表4-32。,职业教育机电一体化专业教学资源库,3.扩展参数2参数NO.51，功能选择6设定，见表4-44。,51*OP6,功能选择6：用于选择复位报警信号动作时的动作方 式，,报警复位信号接通时主电路的动作。,0：主电路切断,1：主电路接通,0000,0000h,0100h,P”S”T,参数NO.54，功能选择9设定
19、，见表4-45。,A相与B相的相差可以同时看上升沿，设定为0时，逆时针旋转时，,A相超前B相，顺时针旋转时，A相滞后与B相，设定为1时，相反。,职业教育机电一体化专业教学资源库,54*OP9,功能选择9：用于选择指令脉冲的方向、编码器输出脉冲的方向和编码,00000000h11P.S.01h,T,器输出脉冲的设定。改变伺服电机的旋转方向。对于一定设的定指值令脉伺冲服输电入机的，旋改转变方伺向服电机的旋转方向。,0,正转脉冲输入时（注）逆时针,反转脉冲输入时（注）顺时针,1,顺时针,逆时针,设 定 值,伺服电机的旋转方向逆时针顺时针,0,A相,B相,A相,B相,1,A相,B相,A相,B相,职业教育机电一体化专业教学资源库,注：请参照3.4.1（1）（a）改变编码器输出脉冲相位。改变编码器输出脉冲串A相，B相的相位编码器脉冲输 出设定选择（参照参数NO.27）0：输出脉冲数1：输出脉冲倍率,
