伺服电机实际应用探讨

伺服电机实际应用探讨

结合目前我们实际工作，选用以下三种实际控制案例进行探讨。

1.伺服泵试验台的电气控制

2.控制器控制伺服油缸位置

3.伺服电机的机械控制

由于在座的多为液压、机械人员。所以对大家的培训需求不能全面照顾到。大家有问题可以现场多提问、讨论。

一般的设备的基本组成可分为上位机、下位机、执行机构、反馈机构。

框图如下：

上位机是以直接发出操控命令的计算机，一般是PC，屏幕上显示各种信号变化（压力，流量，温度等）。

下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC/单片机之类的。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据（一般为模拟量），转换成数字信号反馈给上位机。

控制者和提供服务者是上位机

被控制者和被服务者是下位机也可以理解为主机和从机的关系。

上位机和下位机通讯协议可以有可以有RS232的串口通讯，或者采用RS485串行通讯

1.伺服泵试验台的电气控制

综合控制框图：

框图细化：

该图为伺服泵试验台的电气控制框图。

原理概述：该试验台主要通过PLC发出模拟电压指令给伺服驱动器，进而控制伺服电机的转速，对液压流量进行控制。

控制方式的明确：由于液压控制的对象特性，伺服电机的控制方式多为速度控制（对应于流量）和扭矩控制（对应于压力）。

关于速度控制：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。

控制的最终对象：油缸。

油缸的位置：取决于流量的变化。

流量的控制：电机正反向速度调节。

伺服电机速度控制：依赖PLC发出的0--±10V电压。正负10V对应与电机最大转速。

程序示例：

PLC的控制：基本可看做是根据输入指令，经过中间逻辑转换，输出需要的输出信号。

Sm0.0：为常1信号。该路通时，即执行MOV_W指令。

VW0：为模拟量电压指令对应的数字值（0-10V对应与0-32767）。通过上位机给地址VW0赋值，如32767则AQW2即赋值为32767。

MOV_W:移位指令。把VW0的值赋值给AQW2。

AQW2：根据实际赋值（32767），则对应的硬件接口，则输出对应的电压值（10V）。

开关点控制基本程序示例：（电磁阀、电机等）

I0.0：PLC的输入端口。可以是一个按钮，当按钮按下时，则I0.0即导通。

Q0.0：PLC的输出端口，输出相应的24V，控制继电器的线圈，进而控制电磁阀的动作。在输入I0.0与输出Q0.0之间，可以加上其他逻辑程序，得出不同需要的输出信号。

2.控制器控制伺服油缸位置

控制器以之前的FLEXCON控制器为例，并对试验结果与大家一起分析讨论。FLEXCON 控制器为冲床液压系统所配的用于控制油缸位置的运动控制器。

原理概述：这张图里，与伺服泵试验台不同的是，增加了位移传感器装置。位移传感器把检测的模拟信号反馈给控制器，控制器经过PID算法，与目标值进行比较，进而调节输出指令，控制电机的转速。

试验结果分析：

1.动态试验：在寻参、MARK、滚筋、单次模式下，DSVP均能很好的控制油缸的动作，且动作平稳可控制性好。

2.静态试验：在控制器使能时，油缸停止在某一位置时。伺服电机在0转速左右±2-3转内转动，伺服电机振动厉害，油箱也有异响。

2.精度试验：在PRESS（滚筋）模式下，控制油缸停止某一位置。

a.)用百分表测量静止精度，静止时表针基本不动（或与百分表原理所限，来不及反应），用上位机采集位置曲线，有10几丝的误差，曲线呈锯齿波上下波动。

b.)用百分表测量重复定位精度。精度误差一般在10丝内，有时会大于10丝。

影响油缸位置精度的因素：

从测量的结果上看，油缸的控制精度不是很好。影响位移传感器的精度的因素有位移传感器精度、控制器的性能。

位移传感器由于用的是模拟量的传感器，所以抗干扰性能不像数字量传感器那么好。稍一波动即影响这个控制器的闭环控制系统。

控制器的处理性能也很重要，控制器响应性能、处理信号速度，都会对最终控制对象的精度有影响。

可能的改进措施：

1.选用高精度的位移传感器，可选用数字量的位移传感器，避免干扰带来的影

响。

2.选用高性能的数控系统进行位置闭环控制。

3.伺服电机机械控制

在机械控制领域，伺服电机多为位置控制。

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。应用领域如数控机床、印刷机械等等。

脉冲控制过程：

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。

位置控制方式的特点，是驱动器对电机的转速、转角和转矩均于控制，上位机对驱动器发脉冲串进行转速与转角的控制，输入的脉冲频率控制电机的转速，输入的脉冲个数控制电机旋转的角度。

脉冲方式控制伺服电机有许多的优点：

(1)可靠性高，不易发生飞车事故。用模拟电压方式控制伺服电机时，如果出现接线接错或使用中元件损坏等问题时，有可能使控制电压升至正的最大值。这种情况是很危险的。如果用脉冲作为控制信号就不会出现这种问题。

(2)信号抗干扰性能好。数字电路抗干扰性能是模拟电路难以比拟的。

脉冲/方向控制 vs 模拟量控制：（以下对比只对伺服，不含步进）

1、脉冲/方向控制时，控制器开环控制，驱动器做闭环控制（位置环，速度环和电流环）。

2、模拟量控制时，控制器做闭环控制（位置环和速度环）。

3、脉冲/方向控制在高速脉冲时，会不可靠，而模拟量控制不会。

就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。

4.相关技术探讨：

4.1伺服电机会丢步或走不准吗？

伺服电机是通过编码器的反馈，被驱动器进行闭环控制的。驱动器每接收到一个脉冲命令后，驱使电机旋转一个角度，并通过编码器检查电机是否按命令旋转到了给定的角度，如果电机没有按给定的命令旋转，驱动器会立即报警；同时驱动器对编码器在线按约定的编码器参数进行检查，一旦编码器信号出现异常，驱动器会立即报警。所以，当驱动器工作正常时（不报警），伺服电机不可能丢步或走不准。

4.2伺服电机的动力电缆线的U V W线为何要与驱动器的U、V、W端子相对应连接？

伺服电机的绕组引线与电机的零点有关，与驱动器反馈极性有关，如不对应相接，或者电机不运行A04报警（零点不对），或者电机会产生飞车A03报警（由负反馈变成正反馈）。所以，必须与驱动器相应端子连接。

4.3什么是电子齿轮比？

脉冲当量：数控装置的一个最小数字单位对应的机械装置设定的长度或角度，即一个脉冲对应长度和角度是多少，称为脉冲当量。

当机械装置的传动比不能满足数控装置脉冲当量的要求时，EDB系列伺服驱动器可提供电子齿轮比，来配合数控装置与机械传动比之间的关系，满足数控装置所需要的脉冲当量。它起到了一个输入与输出变比的作用。电子齿轮比仅在位置控制中起作用。

讨论意见：

郑飞：推荐一本入门级的电气控制方面的资料学习一下。结合实践的工作交流、学习受益匪浅。

王新华：还是有些实用价值的，希望下次结合具体项目，把PLC逻辑思维讲讲。

宁伟坤：对液压控制部有一定学习价值。希望更深一步将DSVP中伺服电机的控制过程详细讲解。

齐蛟：以后不能只局限于液压单方面知识，应将机电液结合学习在液压站控制方面和机械加工方面深入学习。