之山通用總線型iK2系列伺服驅(qū)動(dòng)
問(wèn)：我們常用的伺服電機(jī)分很多種，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)?000, 1500, 3000不同，以使用最多的3000rpm交流伺服為例：我們需要的轉(zhuǎn)速是0~3000變速，那么我們可以通過(guò)哪些手段來(lái)改變當(dāng)前伺服轉(zhuǎn)速？
答：伺服速度的調(diào)整需要看我們是使用什么方式來(lái)控制，是使用脈沖控制轉(zhuǎn)速，模擬量控制轉(zhuǎn)速，還是直接驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)定控制調(diào)整速度，我們對(duì)應(yīng)的方式是不一樣的。下面對(duì)應(yīng)三種不同的控制方式來(lái)總結(jié)一下速度改變。
01、轉(zhuǎn)矩控制，轉(zhuǎn)速是自由的 (隨負(fù)載變)
轉(zhuǎn)矩控制是我們平時(shí)使用比較多的一種控制方式，我們通過(guò)外部模擬量或直接地址賦值來(lái)設(shè)定輸出轉(zhuǎn)矩的大小，那么對(duì)應(yīng)的速度我們是不一定的，因?yàn)樵O(shè)備老化摩擦系數(shù)的變化，負(fù)載的變化，都會(huì)影響到速度的輸出，這種使用情況下我們基本不會(huì)需要調(diào)整速度，因?yàn)槭亲詣?dòng)調(diào)節(jié)，我們需要的是系統(tǒng)的穩(wěn)定度，持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定。
可以通過(guò)即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來(lái)改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過(guò)通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用主要在對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如繞線裝置或拉光纖設(shè)備，使用伺服的目的是防止纏繞物料的變化改變受力。
02、位置控制，精準(zhǔn)定位，轉(zhuǎn)速與扭矩均可嚴(yán)格控制
位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過(guò)通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。
由于位置模式可以對(duì)速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等等。我們?cè)谑褂卯?dāng)中需要了解PLC或者其他發(fā)送脈沖額定頻率，實(shí)際需要移動(dòng)的距離，對(duì)應(yīng)伺服選定的脈沖當(dāng)量，我們就可以計(jì)算出伺服移動(dòng)到指定位置的上限運(yùn)行速度和時(shí)間。
伺服上線速度是我們必須計(jì)算出來(lái)的，只有選擇合適的伺服型號(hào)才能滿足現(xiàn)場(chǎng)的使用要求。
伺服上線運(yùn)行速度=指令脈沖額定頻率×伺服上限速度伺服控制器一般帶有編碼器，并可接收編碼器接收反饋脈沖，在速度環(huán)上設(shè)定編碼器反饋脈沖頻率編碼器反饋脈沖頻率=編碼器周反饋脈沖數(shù)×伺服電機(jī)設(shè)定速度(r/s)又因?yàn)�，指令脈沖頻率=編碼器反饋脈沖頻率/電子齒輪比所以也可以設(shè)定“指令脈沖頻率”，來(lái)設(shè)定伺服電機(jī)速度。
03、速度模式，轉(zhuǎn)矩是自由的 (隨負(fù)載變)
通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。
速度模式和位置模式相對(duì)應(yīng)，位置信號(hào)存在誤差，位置模式的信號(hào)由終端負(fù)載檢測(cè)裝置提供，減少中間傳動(dòng)誤差，相對(duì)增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。
速度控制的應(yīng)用場(chǎng)合相當(dāng)廣：需要快速相應(yīng)的連續(xù)調(diào)速系統(tǒng)；由上位閉環(huán)的定位系統(tǒng)；需要多段速度進(jìn)行快速切換的系統(tǒng)。速度控制模式主要采用的是0~10V電壓信號(hào)來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，模擬量幅值的大小決定了給定速度的大小，正負(fù)決定電機(jī)的轉(zhuǎn)向，而模擬量與轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系取決于速度指令增益。在負(fù)載慣量大的場(chǎng)合使用速度模式，我們需要設(shè)定速度環(huán)增益，讓系統(tǒng)響應(yīng)更迅速。調(diào)整時(shí)需要兼顧設(shè)備的振動(dòng)，不能因?yàn)轫憫?yīng)速度而產(chǎn)生系統(tǒng)振動(dòng)。
我們使用速度控制時(shí)，還需注意加減速的設(shè)定，如果沒(méi)有閉環(huán)控制時(shí)，我們需要通過(guò)零鉗位或比例控制使得電機(jī)完全停止。用上位機(jī)作位置閉環(huán)時(shí)，模擬量不能自動(dòng)調(diào)零。
通過(guò)控制系統(tǒng)給伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送±10V的模擬電壓指令控制速度，其優(yōu)點(diǎn)是伺服響應(yīng)快，但缺點(diǎn)是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)干擾較敏感，調(diào)試稍復(fù)雜。
問(wèn)：在伺服系統(tǒng)的使用和調(diào)試過(guò)程中，會(huì)不時(shí)發(fā)生各種意外的干擾，特別是對(duì)于發(fā)送脈沖的伺服電機(jī)的應(yīng)用。有哪些有效的抗干擾措施？
答：伺服系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境通常比較復(fù)雜，下面我們從來(lái)自電源的干擾、來(lái)自接地系統(tǒng)混亂的干擾、來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部的干擾三方面對(duì)干擾的類型和產(chǎn)生方式進(jìn)行分析，以達(dá)到有針對(duì)性的抗干擾目的。
01、來(lái)自電源的干擾
現(xiàn)場(chǎng)使用條件會(huì)有各種限制，我們通常會(huì)遇到很多復(fù)雜情形，我們需要做到習(xí)慣性避免，把問(wèn)題原因盡可能的規(guī)避。很多情況下，我們會(huì)通過(guò)增加穩(wěn)壓器，隔離變壓器等設(shè)備，給旋轉(zhuǎn)編碼器的供電模塊和運(yùn)動(dòng)控制器加濾波器,驅(qū)動(dòng)器改接DC電抗器, 驅(qū)動(dòng)器位置低通濾波時(shí)間和載波率參數(shù)更改，減少電源引入引起的干擾，避免伺服控制系統(tǒng)故障。
伺服系統(tǒng)動(dòng)力線應(yīng)單獨(dú)走線槽，縮短驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)動(dòng)力線距離等等手段，避免干擾控制線，引起驅(qū)動(dòng)器故障。
02、來(lái)自接地系統(tǒng)混亂的干擾
接地是提高電子設(shè)備抗干擾的有效手段，能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾，也避免受外部干擾影響，但是錯(cuò)誤的接地反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。控制系統(tǒng)的地線一般包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。
如果接地系統(tǒng)混亂，對(duì)伺服系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，電纜屏蔽段兩端，接地線，大地，其他設(shè)備接地點(diǎn)等不同接地點(diǎn)間存在電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。
解決此類干擾的關(guān)鍵就在于分清接地方式，為系統(tǒng)提供良好的接地性能。
伺服做好的接地線注意環(huán)境電磁兼容，對(duì)高頻電磁波、射頻裝置等加以屏蔽；電源噪聲干擾源要加以抑制、剔除，比如同一個(gè)電源變壓器上或者配電母線上不要有諸如高頻，中頻，大功率的整流和逆變用電裝置等......
介紹一個(gè)非常規(guī)接地處理，因?yàn)榕潆娋�路不可避免的存在大干擾源，驅(qū)動(dòng)器單獨(dú)安裝在柜子里，安裝板使用非金屬板，把與伺服驅(qū)動(dòng)器有關(guān)的地線都懸浮，其他的測(cè)量系統(tǒng)可靠接地，這樣可能要好一點(diǎn)。
03、來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部的干擾
主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射、模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。
• 信號(hào)線及控制線應(yīng)選用屏蔽線，這樣對(duì)防止干擾有利。
• 當(dāng)線路較長(zhǎng)時(shí)，例如距離超過(guò)100m，導(dǎo)線截面應(yīng)放大些。
• 信號(hào)線及控制線最好穿管放置，避免與動(dòng)力線相互干擾。
• 傳輸信號(hào)以選用電流信號(hào)為主，電流信號(hào)的衰減與抗干擾相對(duì)較好。實(shí)際應(yīng)用中傳感器輸出多是電壓信號(hào)，可以通過(guò)變換器轉(zhuǎn)換。對(duì)模擬弱電路的直流電源進(jìn)行濾波，可以加兩個(gè)0.01uF(630V)電容，一端接在電源正負(fù)極上，另一端接到機(jī)殼上再和大地相連。很有效果。
• 伺服發(fā)出吱吱聲時(shí)，輸出高頻諧波干擾，可以在伺服驅(qū)動(dòng)母線電源的P、N端分別接個(gè)0.1u/630v的CBB電容到機(jī)殼上試下。
• 板卡端控制線的屏蔽層接板卡的0V，驅(qū)動(dòng)器端不接，只需將屏蔽層撥出一段，捻成一股暴露在外面。
• 使用電磁EMI濾波器，控制線上焊抗干擾電阻，或者電機(jī)動(dòng)力線上接磁環(huán)。
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