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关于伺服电动缸中伺服基础知识

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关于伺服电动缸中伺服基础知识

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1  伺服驱动器制动电阻选择的问题?

答:制动电阻的问题,这是个大问题。当然从工程的角度来讲,因为有些东西无法准确的计算,为安全起见,对于频繁启动停止,频繁正反转的场合,可以简单的用能量守恒原理来进行计算。而对于制动电阻的阻值选择的一般规律是制动电阻的阻值不能够太大,也不能够太小,而是有一个范围的。如果阻值太大的话,简单点说,假如是无穷大的话,相当于制动电阻断开,制动电阻不起制动的作用,伺服驱动器还是会报警过电压;如果阻值太小的话,则制动的时候通过该电阻的电流就将非常大,流过制动功率管的电流也会非常大,会将制动功率管烧毁,而制动功率管的额定电流一般是等同于驱动管的,所以制动电阻的最小值是不应当低于710/伺服驱动器的额定电流的(假定伺服驱动器是三相380V电压输入)。另外制动电阻分为两种:铝合金制动电阻和波纹制动电阻。当然网上资料说两种制动电阻各有优劣,但是我想对于一般的工程应用应该是都可以的。另外对于变频器的制动电阻的选择原理上与伺服驱动器是相似的。

2  为什么伺服驱动器加上使能后,所连接的伺服电机的轴用手不能转动?

答:以伺服驱动器处于位置控制方式为例。运用自动控制的基本原理就可以进行解释。因为伺服驱动器加上使能后,整个闭环系统就开始工作了,但这个时候伺服系统的给定却为零,假定伺服驱动器处于位置控制方式的话,那么位置脉冲指令给定则为零,如果用手去转动电机轴的话,相当于外部扰动而产生了一个小的位置反馈,因为这个时候的位置脉冲指令给定为零,所以就产生了一个负的位置偏差值,然后该偏差值与伺服系统的位置环增益的乘积就形成了速度指令给定信号,然后速度指令给定信号与内部的电流环输出了力矩,这个力矩就带动电机运转试图来消除这个位置偏差,所以当人试图去转动电机轴的时候就感觉转动不了。

3   伺服驱动器电子齿轮比的设置的问题?

答:这里首先要区分伺服的控制方式,当然这里假定伺服是以接受脉冲的方式来控制的(伺服如果以总线的方式来控制的话,伺服驱动器就不用设置电子齿轮比了,但是在上位系统中却会有另外一个东西需要设置,这个东西就是脉冲当量,本质上和伺服驱动器的电子齿轮比是一回事),然后还有伺服是位置控制方式还是速度控制方式或力矩控制方式的问题,如果伺服是速度控制方式或力矩控制方式的话,显然电子齿轮比的设置就失去了意义。也就是说电子齿轮比的设置仅在位置控制方式的时候才有效。还有个问题就是伺服是作为直线轴还是作为旋转轴来使用。对于绣花机来说,X轴,Y轴,M轴,SP轴都是直线轴,因为大豪上位认为是1000个脉冲为一转,所以对于这些轴的电子齿轮比的设置实际上是机械减速比与8的乘积,而对于D轴,H轴来说,则是旋转轴,大豪上位认为8000个脉冲对应360度,所以电子齿轮比设置为8000/360=200/9。对于弹簧机各轴来说,其实也存在直线轴和旋转轴的问题,比如凸轮轴,螺距轴,切刀轴就是旋转轴,而送线轴则是直线轴,不过实际上在伺服驱动器里电子齿轮比一般设置为1/1,而将电子齿轮比的功能的设置放在弹簧机上位上进行,当然在弹簧机上位里换了个叫法,叫着解析度,解析度分子的计算,旋转轴(凸轮轴,螺距轴,切刀轴)=360乘以100,直线轴(送线轴)=圆周率乘以直径乘以100;解析度分母的计算:伺服马达编码器的分辨率*信号倍率*齿轮比。

4   伺服电机飞车的问题?

答: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;第伍是位置偏差没有清除而导致的飞车,这种情况主要是发生在伺服驱动器位置脉冲指令控制下,并且伺服驱动器进行了力矩限制,力矩限制住后不能有效推动负载,导致位置偏差不断的累积,当解除力矩限制后,伺服系统急于去消除该偏差,以最大加速度去运行,从而导致飞车,当然这种飞车不会持久,很快就会报警驱动器故障。

5  伺服电机选型的问题,究竟什么时候选择低惯量,什么时候选择中惯量?

答:通常情况下,为了满足伺服系统的高响应性,一般伺服电机都是选用小惯量的电机,又因为伺服电机的额定输出力矩(或额定输出功率)越大一般其转子转动惯量也越大,所以单纯讨论电机转动惯量的大小是没有意义的,真正应该讨论的是伺服电机的额定输出力矩与伺服电机的转动惯量的比值,或者说同样额定输出力矩(同样额定输出功率)的电机的转动惯量的大小。伺服电机一般选择小惯量的伺服电机以满足较高的动态响应。当然根据伺服电机的具体应用环境,也可以选择中惯量,高惯量的伺服电机,比如伺服电机作为主轴,对于快速响应的要求不那么高的时候,但对速度控制要求非常精确,并且经常要求运行在低速低频状态下,还要求能够有编码器仿真信号输出的时候。而这个时候变频器却不能胜任。

6   伺服电机漏电及人体触电问题?

答:一说起伺服电机漏电就我的实际经验来说,其实就是两个可能。一种是电磁感应产生的漏电,这种情况就是在测试LUST servo c所配的伺服电机的时候,伺服电机的三根相线都连接到驱动器上了,但是伺服电机的地线没有连接到伺服驱动器上,运转伺服电机的时候,触摸伺服电机导致触电,触电原因就是伺服电机外壳感应了比较高的电压,这种情况其实是非常正常的,当将伺服电机的地线与驱动的外壳共同连接到地线或零线上,就不会有触电的问题了。日系伺服电机我没有专门试验过触电问题,因为通常都会不自觉的将伺服电机的地线和驱动器的外壳共同连接到零线上,但我想这样的问题同样会存在。还有欧系伺服电机与日系伺服电机相比还有另外一个问题,就是欧系伺服电机动力电缆里面多了一根屏蔽线,如果在电机运转时,不小心触摸到了该屏蔽线,照样会触电,所以该屏蔽线也需要连接到驱动器的外壳;还有一种漏电就是相线的绝缘损毁,导致漏电。安徽滁州的弯箍机就出现了这样的问题,客户反映机器一上电启动完毕,触摸操作台就会触电。这个触电本质上是伺服电机的某相对地短路造成的。通过解体伺服电机后发现,伺服电机靠近安装面的一侧的轴承损坏了,固定弹珠的花篮被折断成好几根,然后这些个折断的部分刮掉了伺服电机的定子绕组的绝缘漆,导致漏电。通过观察后发现伺服电机的转轴上的键槽也磨损严重。然后检查输送伺服的减速机,发现转动30度角度减速机没有输出,判定为减速机故障导致伺服电机损坏,从而造成触电。出现这样的问题,对于弯箍机的电控系统来说,或许还要加装一个漏电保护器来避免安全问题。还有,那么人体触电的原因是什么呢,这个问题对于电气工作的人来说其实是非常重大的问题。触电的本质简单的说就是人体有电流流过,当电流达到10mA的时候,人体就会有触电的感觉。一般的现场触电都是人站在地面上,手接触了相电压或者是接触了带电体而造成的。当然有时候需要人去触碰带电体的时候,这个时候最好用右手的手背去触碰,用右手是因为人的心脏一般是偏左,可以避免电流经过心脏,用手背触碰是因为更便于人体迅速脱离带电体。还有个小问题,当人用手去触摸带电体的时候,会触电,电流的流向是从手指到脚再到大地,但为什么仅仅手指会有触痛的感觉,而身体其他部分却没有呢?原因是手指较细,单位面积通过的电流较大,所以手指有触电的感觉,而身体相对于手指截面积很大,单位面积流过的电流较小,所以身体没有触电的感觉。

7   伺服驱动器究竟是什么,与过程控制的温度调节器有什么不同?

答:伺服驱动器究竟是什么东西呢,其实本质上就是个PID调节器,那么它与所谓过程控制的调节器有什么区别呢?过程控制调节器本质上也是PID调节器,一般来是说是用于严重滞后性的系统,系统的稳定需要一定的时间,比如说温度控制。这个时候调整PID各参数对应的作用就不能往大处调整,不然的话,可能温度最终不能稳定下来,系统始终处于来回调整中。另外过程控制调节器一般来说是单回路的PID,执行器件一般都是一些阀门,温度控制的话执行器件一般是固态继电器控制的电热丝。过程控制的检测元件一般来说都是一些个压力传感器,热电偶,流量传感器等等,并且一般都是模拟量信号的。而伺服驱动器则不同,首先伺服驱动器都是多回路,比如一般就有位置环,速度环和电流环。另外伺服驱动器最大的不同是还有功率放大环节。至于伺服驱动器的参数调整,一般情况下则可以简单的描叙为在系统不发生震荡或系统没有明显的音响的情况下将PID各作用调整得最大以满足高响应性。当然根据伺服的具体应用环境也有例外,比如对响应性要求不高的场合,而负载的转动惯量有很大的情况,并且还需要进行比较频繁的正反转或者说是启停,那么这个时候就需要将伺服环路参数调整得小一点。伺服系统当然也有滞后,但主要是机械系统的惯性。伺服系统的检测元件一般来说则是光电编码器或旋转变压器,而执行器件则是伺服电机。