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  • 发布时间: 2018 - 07 - 12
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    台湾拓达快递分拣专用伺服滚筒,是根据快递物流行业对物流效率越来越高的要求特别定制而成的,相对传统的普通电机具有启动停止速度快、定位精准、结构紧凑一体化、安装简单等特点,能够极大的提升分拣效率提高单位时间的处理数量,模块一体化的结构使安装调试更加的方便简单设备外观更加简洁美观,并大大缩短设备组装的时间。
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富士伺服代理|关于伺服电机的控制模式及增益调整

日期: 2019-06-03
浏览次数: 29

关于伺服电机的控制模式及增益调整

伺服电机

伺服电机的控制模式详解


1. 全闭环控制模式:全闭环控制是相对于半闭环控制而言的。


首先我们来了解下伺服电机半闭环控制,半闭环是指数控系统或 PLC发出速脉冲指令。伺服接受指令,然后执行,在执行的过程中,伺服本身的编码器进行位置反馈给伺服,伺服自己进行偏差修正,伺服本身误差可避免,但是机械误差无法避免,因为控制系统不知道实际的位置。而全闭环是指伺服接受上位控制器发出速度可控的脉冲指令,伺服接受信号执行,执行的过程中,在机械装置上有位置反馈的装置,直接反馈给控制系统,控制系统通过比较,判断出与实际偏差,给伺服指令,进行偏差修正,这样控制系统通过频率可控的脉冲信号完成伺服的速度环控制, 然后又通过位置传感器(光栅尺、编码器)完成伺服的位置环控制,这种把伺服电机、运动控制器、位置传感器三者有机的结合在一起的控制模式称之为全闭环控制。


2. 速度模式


通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制,在有上位控制装置的外环 PID 控制时速度模式也可以进行定位,但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号,此时的电机轴端的编码器只检测电机转速,位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了,这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差,增加整个系统的定位精度。


3. 位置控制


位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小,通过脉冲的个数来确定转动的角度,也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。


由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制,所以一般应用于定位装置。



4. 转矩控制


转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小,具体表现为例如 10V 对应 5Nm 的话,当外部模拟量设定为 5V 时电机轴输出为 2.5Nm:如果电机轴负载低于 2.5Nm 时电机正转,外部负载等于 2.5Nm 时电机不转,大于 2.5Nm 时电机反转(通常在有重力负载情况下产生)。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小,也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中,例如饶线装置或拉光纤设备,转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。


伺服电机PID三环对伺服控制的影响



1. 首先电流环: 电流环的输入是速度环 PID 调节后的那个输出,我们称为“电流环给定”吧,然后呢就是电流环的这个给定和“电流环的反馈”值进行比较后的差值在电流环内做 PID 调节输出给电机,“电流环的输出”就是电机的每相的相电流,“电流环的反馈”不是编码器的反馈而是在驱动器内部安装在每相的霍尔元件(磁场感应变为电流电压信号)反馈给电流环的。


2. 速度环: 速度环的输入就是位置环 PID 调节后的输出以及位置设定的前馈值,我们称为“速度设定”,这个“速度设定”和“速度环反馈”值进行比较后的差值在速度环做PID 调节(主要是比例增益和积分处理)后输出就是上面讲到的“电流环的给定”。速度环的反馈来自于编码器的反馈后的值经过“速度运算器”得到的。


3. 位置环:位置环的输入就是外部的脉冲(通常情况下,直接写数据到驱动器地址的伺服例外),外部的脉冲经过平滑滤波处理和电子齿轮计算后作为“位置环的设定”,设定和来自编码器反馈的脉冲信号经过偏差计数器的计算后的数值在经过位置环的 PID 调节(比例增益调节,无积分微分环节)后输出和位置给定的前馈信号的合值就构成了上面讲的速度环的给定。位置环的反馈也来自于编码编码器安装于伺服电机尾部,它和电流环没有任何联系,他采样来自于电机的转动而不是电机电流,和电流环的输入、输出、反馈没有任何联系。而电流环是在驱动器内部形成的,即使没有电机,只要在每相上安装模拟负载(例如电灯泡)电流环就能形成反馈工作。


伺服电机PID三环对伺服控制的影响


伺服电机一般为三个环控制,所谓三环就是 3 个闭环负反馈PID调节系统。从内向外分别为电流环、速度环、位置环


1. 电流环: 最内的 PID 环就是电流环,此环完全在伺服驱动器内部进行,通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流,负反馈给电流的设定进行 PID 调节,从而达到输出电流尽量接近等于设定电流,电流环就是控制电机转矩的,所以在转矩模式下驱动器的运算最小,动态响应最快。


2. 速度环:通过检测的电机编码器的信号来进行负反馈 PID 调节,它的环内 PID 输出直接就是电流环的设定,所以速度环控制时就包含了速度环和电流环,换句话说任何模式都必须使用电流环,电流环是控制的根本,在速度和位置控制的同时系统实际也在进行电流(转矩)的控制以达到对速度和位置的相应控制。


3. 位置环:它是最外环,可以在驱动器和电机编码器间构建也可以在外部控制器和电机编码器或最终负载间构建,要根据实际情况来定。由于位置控制环内部输出就是速度环的设定,位置控制模式下系统进行了所有 3 个环的运算,此时的系统运算量最大,动态响应速度也最慢。


PID 控制的概念



PID 是控制系统中的重要参数,指控制方式,指输出与输入之间的响应方式,英文字母比例(P)、积分(I)、微分(D)。


PID 控制把收集到的数据和一个参考值进行比较,然后把这个差别用于计算新的输入值, 这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同,PID 控制可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值, 这样可以使系统更加准确,更加稳定。可以通过数学的方法证明,在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下,一个PID 反馈回路却可以保持系统的稳定简单来说 PID 控制就是反馈控制 通过测量关心的变量与期望值比较,然后用这个误差纠正调节控制系统。



增益调整的原则及注意事项


松下和三菱伺服都有自动增益功能。通常下都应该设置成自动增益。不需要特别去调整了。但也有一些伺服电机需要手工调整。手工调整时需注意以下几点位置环是调整静态增益的,速度环是调整动态增益的。


简单讲就是,在马达停止的时候调整位置环,在马达运行时候调整速度环。


位置环增益,提高位置响应的速度,也就是说找到位置的快慢,增益越高达到目标的时间越短,不是速度的关系,闭环系统在最后定位结束的地方是个高速震荡的过程,在目标值附近快速震荡,最后找到目标。增益高,这个震荡结束就快,这个是伺服电机的重要性能指标之一。


速度环增益当然就是对应速度,达到目标速度的性能。


看起来增益是越高越好,实际操作不是这样,伺服系统增益过高会带来共振,产生巨大的噪声,造成电机猛烈的震动。建议把增益调得尽量低。马达就不会乱叫了。因为大部分人使用伺服的时候,都不需要很高的响应。只需要保证马达不发生共振就行了。


过高的增益还会带来超速,过载,过流等等的问题。因为理想的计算值与实际电机的能力还是有差距的, 包括电子元件的电流负荷能力和响应能力等等。


PID 各自对差值调节对系统的影响



1. 单独的 P(比例)就是将差值进行成比例的运算,它的显著特点就是有差调节,有差的意义就是调节过程结束后,被调量不可能与设定值准确相等,它们之间一定有残差,残差具体值可以通过比例关系计算出。增加比例将会有效减小残差并增加系统响应,但容易导致系统激烈震荡甚至不稳定。


2. 单独的 I(积分)就是使调节器的输出信号的变化速度与差值信号成正比,大家不难理解,如果差值大,则积分环节的变化速度大,这个环节的正比常数的比例倒数我们在伺服系统里通常叫它为积分时间常数,积分时间常数越小意味着系统的变化速度越快,所以同样如果增大积分速度(也就是减小积分时间常数)将会降低控制系统的稳定程度,直到最后出现发散的震荡过程,这个环节最大的好处就是被调量最后是没有残差的。


3. PI(比例积分)就是综合 P 和 I 的优点,利用 P 调节快速抵消干扰的影响,同时利用 I 调节消除残差。


4. 单独的 D(微分)就是根据差值的方向和大小进行调节的,调节器的输出与差值对于时间的导数成正比,微分环节只能起到辅助的调节作用,它可以与其他调节结合成 PD 和 PID调节。它的好处是可以根据被调节量(差值)的变化速度来进行调节,而不要等到出现了很大的偏差后才开始动作,其实就是赋予了调节器以某种程度上的预见性,可以增加系统对微小变化的响应特性。


伺服的电流环的 PID 常数一般都是在驱动器内部设定好的,操作使用者不需要更改。


速度环主要进行 PI(比例和积分),比例就是增益,所以我们要对速度增益和速度积分时间常数进行合适的调节才能达到理想效果。


位置环主要进行 P(比例)调节。


对此我们只要设定位置环的比例增益就好了。


位置环、速度环的参数调节没有什么固定的数值,要根据外部负载的机械传动连接方式、负载的运动方式、负载惯量、对速度、 加速度要求以及电机本身的转子惯量和输出惯量等等很多条件来决定,调节的简单方法是在根据外部负载的情况进行大体经验的范围内将增益参数从小往大调,积分时间常数从大往小调,以不出现震动超调的稳态值为最佳值进行设定。


当进行位置模式需要调节位置环时,最好先调节速度环(此时位置环的比例增益设定在经验值的最小值),调节速度环稳定后,在调节位置环增益,适量逐步增加,位置环的响应最好比速度环慢一点,不然也容易出现速度震荡。


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2018 - 11 - 03
深圳东元伺服维修中心专业维修世界各国伺服电机、伺服控制器、驱动器、PLC、直流调速器、触摸屏、人机界面、计数器仪表等自动化工控产品。我们拥有国内规模化专业化的伺服维修中心,高素质的专业维修团队,丰富的维修经验,雄厚的技术实力,优惠合理的价格,良好的商业信誉和大量的配件库存。我们配备了先进的维修设备,能够在无图纸无资料的条件下维修变频器,一般当天修复!祁工:139029541461.故障现象:东元伺服控制器主控板冷机正常,工作一段时间后元显示,但指示灯亮全亮。东元伺服控制器检查分析:通常冷机正常而热机不正常说明元器件基本正常,但不些器件性能下降所至,最大可能是电解电容漏电,令 5V 电源不稳,经查看此机器的出厂日期超过十年,超过十年的电解电容很易失效,换上所有全新的电解电容后反复试机正常。2.故障现象:东元伺服控制器显示“ AL-15 ”报警,起动无输出。东元伺服控制器检查分析:查资料“ AL-15 ”为过电流(软件)报警,经检查两个电流互感器均正常,试着屏闭智能模块报警输出端亦无效,触发模块能正常导通截止,后找来另一块主板换上,通电显示不正常,起动输出一个方向不稳,另一方向抖动,再检查模块其中一路输入端对电源正端阻值比其它输入端少很多,对应光耦不正常,经检查,确认光耦有问题,更换光耦后正常。如有技术问题访问网站http:/...
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2019 - 11 - 12
目前大部分工业设备的运动控制和传动系统中,在电动机动力源与负载运动部件之间,仍然经常需要使用中间机械传动机构,比如:伺服电机、行星减速机、同步带、滚珠丝杠......尽管包括直线电机、直驱电机等直接驱动技术已经越来越成熟,而机械部件传动在运控设备的驱动方式中将依然占据非常主流的地位。本期,我们就来谈谈这些机械传动机构的中间环节在运控设备中起到了哪些重要作用,以及选择怎样的传动速比更合适。实现直线运动受到我们目前动力源技术能力的限制,很多直线运动的应用需要使用旋转电机,并借助直线执行机构的转换实现部件的直线运动。虽然市面上已经有非常成熟的直线电机技术,但从集成、成本和实施操作的技术门槛等各方面,旋转电机与机械直线机构的集成组合对于目前大多数运控设备应用,仍然是更为现实的解决方案。比较常见的机械直线机构,如:滚珠丝杠、齿轮齿条、蜗轮蜗杆、机械凸轮、曲柄连杆等,各自有不同的特点,适应不同类型的应用场合,我们会在以后的内容中详细聊。降低转速直线运动需要机械传动机构,是因为需要将电机的旋转转换为负载的直线运动;而旋转运动需要机械传动机构,则更多的是源自转速匹配的要求。这一点和汽车很类似。汽车的发动机转速往往几千转,而车速达到 100km/h 时,车轮的转速也才一千多转,因此在汽车发动机和车轮之间需要减速箱匹配转速。运控设备也是一样。如果了解伺服电机原理,就不难理解,电机的转速是和绕组级数成反...
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2018 - 10 - 18
伺服电机系统几种常见的故障~东元伺服       1.超程  当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关设定的硬限位时,就会发生超程报警,一般会在CRT上显示报警内容,根据数控系统说明书,即可排除故障,解除报警。        2.过载  当进给运动的负载过大,频繁正、反向运动以及传动链润滑状态不良时,均会引起过载报警。一般会在CRT上显示伺服电动机过载、过热或过流等报警信息。同时,在强电柜中的进给驱动单元上、指示灯或数码管会提示驱动单元过载、过电流等信息。  3.窜动  在进给时出现窜动现象:①测速信号不稳定,如测速装置故障、测速反馈信号干扰等;②速度控制信号不稳定或受到干扰;③接线端子接触不良,如螺钉松动等。当窜动发生在由正方向运动与反向运动的换向瞬间时,一般是由于进给传动链的反向间隙或伺服系统增益过大所致。  4.爬行  发生在起动加速段或低速进给时,一般是由于进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益低及外加负载过大等因素所致。尤其要注意的是:伺服电机和滚珠丝杠联接用的联轴器,由于联接松动或联轴器本身的缺陷,如裂纹等,造成滚珠丝杠转动与伺服电机的转动不同步,从而使进给运动忽快忽慢,产生爬行现象。  5.机床出现振动  机床以高速运行时,可能产生振动,这时就会出现过流报警。机床振动问题一般属于速度问...
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2018 - 10 - 30
先确定好机械传动方案以后,就要对东元伺服电机的型号和大小进行选择和确认。 一般情况下,选择东元伺服电机需满足下列情况:1.马达最大转速系统所需之最高移动转速。2.马达的转子惯量与负载惯量相匹配。3.连续负载工作扭力≦马达额定扭力。4.马达最大输出扭力系统所需最大扭力(加速时扭力)。东元伺服电机选型计算:1.惯量匹配计算(JL/JM)。2.回转速度计算(负载端转速,马达端转速)。负载扭矩计算(连续负载工作扭矩,加速时扭矩)。如有技术问题访问网站华科星电气官网咨询,24小时技术服务团队,提供解决方案及技术服务,技术电话:13902954146 主营产品:富士伺服电机,东元伺服电机,禾川伺服电机,拓达伺服电机,拓达步进电机,中大行星减速机,博世力士乐变频器,安全光幕,传感器,开关电源。
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2018 - 11 - 09
东元伺服驱动器维修,常见东元伺服驱动器故障报价和维修方法。在国内很多论坛,东元伺服系列详细资料都免费下载,所以很多重大型且有自己的技术人员,都能够解决一般性东元伺服驱动器的维修工作,而笔者有幸整理了一些东元伺服驱动器的故障报价说明和处理方法。如有不正确的地方,望指正。    1、东元数字式交流伺服系统,试机时一上电,电机就振动并有很大的噪声,然后驱动器出现16号报警,该怎么解决?  这种现象一般是由于驱动器的增益设置过高,产生了自激震荡。请调整参数No.10、No.11、No.12,适当降低系统增益。(请参考《使用说明书》中关于增益调整的内容)  2、东元交流伺服驱动器上电就出现22号报警,为什么?  22号报警是编码器故障报警,产生的原因一般有:  A.编码器接线有问题:断线、短路、接错等等,请仔细查对;  B.伺服电机上的编码器有问题:错位、损坏等,请送修。  3、东元伺服电机在很低的速度运行时,时快时慢,象爬行一样,怎么办?  伺服电机出现低速爬行现象一般是由于系统增益太低引起的,请调整参数No.10、No.11、No.12,适当调整系统增益,或运行驱动器自动增益调整功能。(请参考《使用说明书》中关于增益调整的内容)  4、东元交流伺服系统在位置控制方式下,控制系统输出的是脉冲和方向信号,但不管是正转指令还是反转指令,电机只朝一个方向转,为什么?  东元交流伺服系统...
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2018 - 11 - 21
富士电机自创业以来已有90余年,在这悠久的历史中,富士伺服电机不断革新能源技术,在产业和社会领域中为世界作出巨大贡献。华科星电气为富士电机一级代理商。 富士伺服华科星电气厂库货架    富士伺服电机飞车这种现象比较常见,也的确非常危险,关于伺服电机飞车的问题主要是四个方面的经验。第一是因为外界干扰引起的伺服电机高速运转,这种情况都是 富士伺服驱动器为位置脉冲控制方式,主要因为外部接线问题(如接屏蔽,接地等等)和驱动器内部的位置指令滤波参数设置问题而引起,这样的情况在绣花机,弹簧机上经常碰到,这种情况姑且也称为飞车。第二是 富士伺服电机的编码器零偏(encoder offset)而引起的飞车,究其实质是编码器零位错误导致的飞车。第三是伺服驱动器进行全闭环控制时,位置环编码器故障导致的飞车。编码器损坏造成的飞车,本质上是因为 富士伺服系统没有位置反馈信号,所以伺服系统的位置偏差是无穷大,从而位置环输出的速度指令将是无穷大,于是 富士伺服系统将以速度限制值进行高速旋转,形成飞车;第四种情况则是位置环编码器的接线错误,具体的就是信号A,A-的接线颠倒导致的。为什么出现这种情况呢,因为位置环编码器的接线一般是A,A-,B,B-,如果A,A-(或B,B-)信号接反的话,则形成正反馈,正反馈的后果就是必然导致飞车;第伍是位置偏...
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