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)省線式編碼器,；串行通信總線式編碼器,。
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,，可得到4倍頻脈沖信號(hào),。例如,，國內(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)生省線式編碼器的原因。
省線式編碼器：在同樣的輸出線上分時(shí)輸出A,、B、Z信號(hào)和U,、V、W信號(hào),，雖然引出線只標(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,。
總線式增量編碼器：只需一對(duì)差分信號(hào)線，即PS+和PS-,，是串行通信信號(hào),，按專有協(xié)議輸出代表位置、速率,、方向等信息,，接線特別簡潔，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,，提高了長線傳輸?shù)目煽啃?在伺服驅(qū)動(dòng)器端，用線接收器（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)上常見的各種專用,、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,無警報(bào)則OFF,，（也有無報(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,。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)于開關(guān)量輸入接口,，常使用獨(dú)立的外部開關(guān)電源對(duì)信號(hào)回路供電，控制器用繼電器常開觸點(diǎn)或開集電極三極管,、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)換端子的方法來改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，否則電機(jī)可能飛車或不轉(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接通和分?jǐn)啵瑒t接觸器應(yīng)選用帶阻容吸收器的型號(hào),，以吸收線圈產(chǎn)生的浪涌電壓,。
