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伺服驱动器又称为“伺服”、“伺服放大器”,是用来控制伺服电机的一种,其作用类似于变频器作用于普通交流马达,属于伺服系统的一部分,主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制,实现高精度的传动系统定位,目前是传动技术的高端产品。
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。
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。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。
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。
首先我们来了解下半闭环控制,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发出速度可控的脉冲指令,伺服接收信号执行,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、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。
伺服驱动器具有完备的过流、过载、过压等保护功能,可以实现对伺服电机的全方位保护,不考虑伺服驱动器逆变侧谐波对伺服电机影响的情况下。
伺服电机起动瞬间,会有6~8倍额定电流的启动电流,经过伺服驱动器之后,伺服电机的启动电流变为其额定电流的2~3倍。
大部分品牌的伺服驱动器,具有联网功能,可以直接连接INTERNET,或者是内部组网,由此可以实现对伺服驱动器的集群控制,也可以连接到物联网等等。
在伺服系统的使用和调试过程中,会不时出现各种意想不到的干扰,特别是对于发送脉冲的伺服电机的应用,下面,绿波杰能将从几个方面分析干扰的类型和方式,以达到有针对性的抗干扰。
现场使用条件受到各种限制,我们通常会遇到许多复杂的情况。我们需要习惯性地避免它们,尽可能避免问题的产生。
很多情况下,我们会在旋转编码器的电源模块和运动上增加滤波器,为伺服驱动器增加MLAD-SR-DR系列DC电抗器,通过增加稳压器、隔离变压器等设备,改变驱动器位置的低通滤波时间和载波速率等参数,减少电源引入带来的干扰,避免伺服控制系统失效。
伺服系统电源线应单独走线,以缩短驱动器与电机电源线之间的距离,避免干扰控制线,造成驱动器故障。
接地是提高电子设备抗干扰能力的有效手段,可以抑制设备的外干扰,避免外界干扰的影响。但是,错误的接地会引入严重的干扰信号,使系统无法正常工作。控制系统的地线一般包括系统地线、屏蔽地线、交流地线和保护地线等。
如果接地系统混乱,对伺服系统的干扰主要是由于各接地点电位分布不均匀,电缆屏蔽段两端、接地线、地线等设备接地点不同接地点之间存在电位差,造成接地回路电流,影响系统正常运行。
注意环境电磁兼容性,屏蔽高频电磁波、射频器件等。应抑制和消除电源噪声干扰源。例如,同一电力变压器或配电母线上不应有高频、中频和大功率整流和逆变电源装置。......
介绍一种非常规的接地处理,由于配电线路中不可避免地存在较大的干扰源,所以驱动器单独安装在机柜中,安装板采用非金属板,悬挂与伺服驱动器相关的地线,其他测量系统可靠接地,可能会更好。
主要是系统中元器件与电路之间的相互电磁辐射引起的,如逻辑电路的相互辐射,模拟地与逻辑地的相互影响,元器件之间的不匹配使用。
主要传输信号是电流信号,电流信号的衰减和抗干扰性比较好。在实际应用中,传感器输出大多是电压信号,可以通过转换器进行转换。
要对模拟弱电路的DC电源进行滤波,可以增加两个0.01uF(630V)的电容,一端接电源的正负极,另一端接机箱再接地。非常有效。
当伺服发出吱吱声时,输出高频谐波干扰,因此可以在伺服驱动总线电源的P端和N端的机箱上连接一个0.1u/630v CBB电容进行测试。