在印刷机械行业中，多电机的同步控制是一个非常重要的问题。由于印刷产品的特殊工艺要求，尤其是对于多色印刷，为了保证印刷套印精度（一般≤0.05mm），要求各个电机位置转差率很高（一般≤0.02%）。在传统的印刷机械中，以往大都采用以机械长轴作为动力源的同步控制方案，但机械长轴同步控制方案易出现振荡现象，各个机组互相干扰，而且系统中有许多机械零件，不方便系统维护和使用。随着机电一体化技术的发展，现场总线技术不断应用到各个领域并得到了广泛的应用。本文针对机组式印刷机械的同步需求，提出了一种基于CAN现场总线的同步控制解决方案，并得以验证。




无轴传动印刷机控制系统的同步需求


机组式卷筒印刷机一般由给纸机组、印刷机组、张力机组、加工机组和复卷机组等机组组成。在传统的有轴传动印刷机中，动力源由异步电机通过皮带轮带动一根机械长轴（约10-20m），然后通过长轴带动各机组的齿轮、凸轮、连杆等传动元件，再通过传动元件带动设备的执行元件完成设备的输人、输出任务。


卷筒印刷机要求印刷速度为300m/min，套印精度≤0.03mm，为了满足套印精度，要求在各个机组定位精度≤0.03mm。在印刷机印刷过程中，要求各机组轴与机械长轴保持一定的同步运动关系，能否很好的实现各个机组轴的同步关系，将直接影响到印刷速度、套印精度等。其中，给纸机组、印刷机组要求与主轴转动速度成一定的比例关系，张力机组根据不同的印刷速度调整张力系数，加工机组需要与主轴保持凸轮运动关系，而复卷机组的运动规律，要求随着纸卷直径的增大而减小。


我们把机械长轴作为主轴（参考轴），各印刷机组轴为从动轴，如图1，各从动轴与主轴要满足同步关系θ1=f1（θ） ，θ2=f2（θ） ，θ3=f3（θ） ··· ，其中，θ为主轴位置转角，θ1、θ2、θ3···为从动轴位置转角。





图 1 主从轴同步关系




控制系统设计


考虑到印刷机中同步运动关系复杂，套印精度高、印刷机组点多、分散，多操作子站，印刷生产线长等特点，采用全分散、全数字、全开放的现场总线控制系统FCS，总线的选择选用CAN总线。


为了实现各个印刷机组的复杂同步关系，将主控制器和各个电机的伺服驱动器都挂接到CAN总线上，构成以印刷机控制器为核心的CAN现场总线系统，如图2。


控制器和伺服驱动器都配有CAN总线控制器SJA1000和收发器PCA82C250的通讯适配卡，通过连接在印刷机控制器上的CAN通讯适配卡，控制器可以方便、快速的与各伺服驱动器通讯，向各个伺服单元发送控制指令和位置给定指令，并实时获得各个伺服电机的状态信息，按照需要实时地对伺服参数进行修改，各个伺服单元也可以通过CAN总线及时的进行数据交换。各个伺服驱动器在获得自己的位置参考指令后，紧密的跟随位置指令。由于控制器的位置指令直接输入到各个伺服驱动器，因此每个伺服驱动器都获得同步运动控制指令，不受其他因素影响，即任一伺服单元都不受其他伺服单元的扰动影响。在这个系统中，控制器和各个伺服驱动器都作为一个网络节点，形成CAN控制网络。同时，由于采用现场总线控制系统，可以根据印刷规模，扩展网络节点个数。





图2 同步控制系统图





编码器和伺服电机的选择


在大惯量负载印刷系统中，编码器和伺服系统的选择尤为重要。以BF4250卷筒纸印刷机为例，其负载转动惯量很大，其中柔印机组为0.13 kg·m2，胶印机组转动惯量最大，为0.33 kg·m2。


由于系统定位精度要求≤0.03mm，考虑到负载的大惯量性，把控制周期定为2ms，要求位置环稳态误差为±1个脉冲。根据定位精度和稳态误差，可以折算出编码器线数为17000线，可是考虑到在实际印刷过程中，要不断调整不同机组的位置，如果编码器分辨率选17000线，在调整印辊时，由于机组转动惯量很大，将会产生很大的角加速度，进而产生很大的转矩。例如对于胶印机组，调整角加速度超过700 rad/s2，调整转矩超过200N·m，一般的电机无法满足要求。


综合考虑，选择编码器分辨率为40000线，这样在调整过程中，减小了电机的调整加速度，进而减小了调整转矩。例如在负载惯量最大的胶印机组中，调整角加速度为78.6rad/s2，调整转矩为26 N·m，凯奇电气公司的90M系列伺服电机完全可以满足要求。




时钟同步机制


在分布式无轴传动同步控制系统中，需要各个印刷机组之间统一协调地工作，所以各个机组必须要有统一的时间系统，以保证各个印刷机组协调工作，完成印刷任务。


具体的时钟同步实现方法分为硬件时钟同步，同步报文授时同步和协议授时同步。

（1）硬件时钟同步。硬件时钟同步是指利用一定的硬件设施（如GPS接收机、UTC接收机、专用的时钟信号线路等）进行的局部时钟之间的同步，操作对象是计算机的硬件时钟。硬件同步可以获得很高的同步精度（通常为10-9 秒至10-6秒）。

（2）同步报文授时同步。在每个通讯周期开始，主站以广播形式发送一次同步报文。例如在SERCOS协议数据传输层中，每个SERCOS的通讯周期开始都以主战发送的同步报文MST为标志。MST的数据域非常短，只占1个字节。MST报文的同步精度很高，如果用光缆做传输介质，同步精度可在4微妙之内。

（3）协议授时同步。协议授时也叫软件授时，指利用网络将主时钟源，通过网络，发给其他的子系统，以达到整个系统的时间同步性。通过计算从发出主时钟信息到发送到目标节点接受该信息并产生中断之间的时间差，可以得出延迟时间。然后通过延时补偿来达到时间同步。软件授时成本低，可由于同步信息在网络上传输的延迟大且有很大的不确定性，所以授时精度低（通常为10-6秒到10-3秒）。


综合考虑，本文的时钟同步方案采用的是硬件时钟同步，各节点根据系统中指定的主时钟来调整它们的时钟，具体实现方法是：添加硬件时钟同步信号线CONCLK用来传输时间同步信号，同步控制信号周期为2ms，以同步信号的上升沿作为同步点。在控制器中设置同步信号发生器，并在各个驱动器内部设置同步接受单元。驱动器从站的同步接受单元检测到主战的CONCLK上升沿后，各从站时钟同时清零。这样定期清零不仅保持了各从站时钟的一致性，同时也避免了同步误差的累计。为了提高模块同步信号的抗干扰能力，采用平衡差分驱动方式传输同步信号。使用光耦隔离，可以使主站和从站的信号互不干扰。主、从站同步信号电路如图3。





图3 主站、从站同步信号电路图




上位机同步运动数据的生产


同步运动数据的产生任务放在到北京首科凯奇电气技术有限公司开发的软PLC -ComacPLC系统中。该公司的软PLC系统，硬件系统采用的是工业计算机平台,操作系统采用的是微软推出的WinCE嵌入式操作系统。在此软PLC系统中，建立了快逻辑任务和慢逻辑任务，快逻辑用于对时间要求高的场合,如紧急情况处理,高精度采样等情况，慢逻辑任务主要用于一般对时间要求不高的场合。快逻辑任务是一个需要定时执行的任务（类似于中断服务程序），该任务必须在一个系统采样周期内执行完成，慢逻辑任务是一个无限循环，它可以在几个系统采样周期内完成[2]。快逻辑任务通过定时控制器8254来完成定时，定时周期为1毫秒。在执行过程中每一次采样周期都执行一次快逻辑任务，产生成同步运动数据。为了保持各个从动轴相对于主轴的同步关系，建立运动参考数据源来虚拟主轴运动状态。在每个系统采样周期中，根据虚拟主轴的运动状态，以及各个从动轴的同步运动要求，分别计算各个从动轴的位置信息，产生各个从动轴的同步运动数据，放入CAN控制器的发送队列等待发送，如图4。把运动数据产生和运算任务放在快逻辑任务中，保证产生运动数据的实时性。





图4 同步运动数据的产生




同步接口技术协议


本系统总线波特率设为1Mbps，位传输时间τbit为1×10-6秒。每个数据帧由8个字节组成，发送报文数据帧长度固定为131位（29位标识符），反馈报文长度为99位。数据帧传送时间Cm=131μs。把同步控制信号线CONCLK，作为同步周期信号线和报文的基准信号线。同步控制信号周期为2ms，高电平有效，信号电平宽度为10。正常通讯时，一个控制周期内CAN网络可以传送16个同步数据报文。控制器在CONCLK 上跳沿之后50μs内发出指令报文，驱动器在接受到指令报文后100微秒内发出反馈报文。指令报文内容包括位置指令值、逻辑接口信号输入，其中位置指令占用4个字节（32位），逻辑接口信号输入占用一个字节。逻辑接口信号输入包括驱动器使能、复位等指令。在反馈报文中，包括伺服运行状态信息和故障信息，通信时序如图5。





图5 通讯时序图




结束语


本文针对传统的机械长轴印刷机同步控制系统，提出了以控制器为核心的现场总线控制系统，以CAN现场总线实现在控制器和伺服之间的通信。此方案不仅克服了传统机械长轴控制方案的各种机械元件带来的缺点，而且还具有同步性能好、各伺服单元不互相干扰、控制精度高、维护方便等优点。


这种方法实现同步的特点在于利用了CAN总线可靠性高、传输时间短、抗干扰能力强，和数字伺服的位置精度高、全闭环的优点。
 
 
 
 
更多内容请关注：www.imefuture.com
 
 
来源：微信公众号 工控帮 查看全部

光纤传感器介紹


光纤传感器是一种放大器分离型的光电传感器，光纤传感器中也有对射型、回归反射型和扩散反射型。光纤传感器能够检测一些由于空间太小一般传感器无法安装的场合，或特殊环境下。

光纤传感器因为光纤的优点以及它的数字化显示、管理，是目前光电传感器发展的主流。









高温检测









光纤工作原理



















光纤传感器的特点


1. 检测距离长

2. 对检测物体的限制少：以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定在具有導磁性，它可对玻璃·塑料、木材、液体等几乎所有物体进行检测。

3. 响应时间短：光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。

4. 分辨率高：能通过先进技术使投光光束集中为小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。

5. 便于调整：在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。

6. 可实现颜色判别：通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。




光纤传感器术语


检测距离

对射型：投光器与受光器直接的距离；

回归反射型：投受光器到反射板的距离；

扩散反射型/限定反射性/距离设定型：投受光器与检测物体直接的距离；









应差距离

动作距离与复位距离的差；（主要指扩散反射型）









响应时间

从输入光的断续开始到控制输出的动作或复位为止的时间









遮光动作与入光动作


遮光是遮断或者减少进入受光器的光束时使用输出型；入光则是增加进入受光器的光束时使用输出型。









自我诊断功能

判断光量的稳定度。一般光电传感器都带有绿色稳定指示灯，绿色和橙色灯同时亮表示稳定检测。自我诊断输出：不稳定时输出。









外部输入诊断


通过将对射型投光器的导线「粉」― 「蓝」间短路，可在任意时间使投光停止。

投光器和受光器间没有检测物体时（工作前），对投光器进行ON/OFF设置，如果受光器侧的输出没有变化，说明传感器发生异常。









标准检测物体

对射型和回归反射型是根据光学结构的对角线长度将直径较大的不透明体的尺寸作为标准物体。一般的对射型是以投、受光器的对角线长度作为标准检测物体的长度。回归反射型则是以反射板的对角线长度作为标准检测物体的直径。扩散反射型是根据投光束的直径将大张的白纸作为标准检测物体。









光纤传感器应用

使用光电传感器计算速冻饺子的个数









更多内容请关注：www.imefuture.com 








 来源：工业机器人培训、 过去与未来 侵删 查看全部

1.布料张立测量及控制原理




 
 
2.直滑式电位器控制气缸活塞行程




 
 
3.压阻式传感器测量也为的工作原理






4.MQN型气敏电阻结构及测量电路






5.气泡式水平仪的工作原理






6.扩散硅式压力传感器






7.应变加速度感应器






8.称重式料位器






9.电子皮带秤重示意图






10.电子吊秤






11.荷重传感器用于测量汽车衡的原理






12.荷重传感器的应用






13.TiO2氧浓度传感器结构及测量电路




 

14.电位式传感器




 
 
15.陶瓷湿度传感器






16.多孔型氧化铝湿敏电容原理






17.基本变间隙型电容传感器和差动变间隙型电容传感器的工作原理






18.变面积型电容传感器工作原理






19.利用接近开关进行物体检测的原理






20.光柱显示编码式液位计原理




 
 
21.电容式压力传感器




 
 
22.差压式液位计a




 
 
23.差压式液位计b




 
 
24.差压式液位计c




 
 
25.电容液位计原理图




 
 
26.电容测厚仪




 
 
27.电容加速度传感器




 
 
28.电容式量油表原理




 
 
29.频率差法测量流量的原理




 
 
30.空气传导型超声波发生、接受器的结构






 
 
31.超声波应用的两种类型




 
 
32.超声波探头的结构




 
 
33.超声波流量计的原理




 
 
34.超声波测厚的原理




 
 
35.超声波测量密度的原理




 
 
36.超声波测量液位的原理






37.超声波防盗报警器




 
 
38.纵波探伤




 
 
39.横波探伤




 
 
40.表面波探伤





  查看全部

  交流伺服系统包括：伺服驱动器、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光电编码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行；驱动器从外部接收参数信息，然后将一定电流输送给电机，通过电机转换成扭矩带动负载，负载根据自己的特性进行动作或加减速，传感器测量负载的位置，使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较，然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致，当负载突然变化引起速度变化时，编码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器，驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化，并重新返回到设定的速度。





 
  交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统，负载波动和速度矫正之间的时间滞后响应是非常快的。
二、交流伺服电机振动故障分析
 　　以下对交流伺服电机振动故障的分析主要从机械方面和电气方面进行。
 　　1．机械方面
 　　(1)电机两端和丝杠轴承座上的轴承磨损后间隙过大，或者轴承缺少润滑脂后轴承滚动体和保持架磨损严重造成负载过重。轴承磨损后间隙过大会造成电机转子中心和丝杠中心存在同轴度误差，使机械系统产生抖动。轴承滚动体和保持架磨损严重会造成摩擦力增加导致“堵转”，“堵转”在不至于导致“过载报警”的情况下，由于负载过重，会增加伺服系统的响应时间产生振动。
交流伺服电机振动故障的分析与解决方案
 　　(2)电机转子不平衡，电机转子的动平衡制造时有缺陷或使用后变差，就会产生形如“振动电机”一样的振动源。
 　(3)转轴弯曲，转轴弯曲的情况类似于转子不平衡，除了会产生振动源也会产生电机转子中心和丝杠中心的同轴度误差，使机械传动系统产生抖动。
 　　(4)联轴器制造缺陷或使用后磨损会造成联轴器两部分的同轴度误差，特别是使用铸造的刚性联轴器，由于本身的制造精度差，更容易产生同轴度误差导致振动。
 　　(5)导轨的平行度在制造时较差会导致伺服系统无法到达指定位置到无法停留在指定位置，这时伺服电机会不停的在努力寻找位置和系统反馈间徘徊，使电机连续的振动。
 　　(6)丝杠与导轨平面的平行度误差，丝杠在安装过程中与导轨所在平面有平行度误差也会使电机由于负载不均匀产生振动。
 　　(7)丝杠弯曲，丝杠弯曲后丝杠除了受到轴向推力外还会受到变化的径向力，弯曲大时径向力大，弯曲小时径向力小，同样这种不应该存在的径向力也会使机械传动系统产生振动。
 　　2．电气方面
 　　导致交流伺服电机电气方面的原因主要是伺服驱动器的参数调整上。
 　　(1)负载惯量，负载惯量的设置一般与负载的大小有关，过大的负载惯量参数会使系统产生振动，一般的交流伺服电机可以自动测量系统的负载惯量；
 　　(2)速度比例增益，设置值越大，增益越高，系统刚度越大，参数值根据具体的伺服驱动器型号和负载情况确定，一般情况下，负载惯量越大，设定值越大，在系统不产生振动的情况下，设定值尽量较大，但是增益越大，偏差越小，越容易产生振动；
 　　(3)速度积分常数，一般情况下负载惯量越大，设定值越大，系统不产生振动的情况下，设定值尽量较小，但是降低积分增益会使机床响应迟缓，刚性变差；
 　　(4)位置比例增益，设置值越大，增益越高，刚度越大，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后量越小，数值太大可能会引起电机振动；
 　　(5)加速度反馈增益，电机不转时，很小的偏移会被速度环的比例增益放大，速度反馈产生相应的转矩，使电机来回抖动。
 　　三、交流伺服电机振动故障根据现场判断解决
 　　知道了那些方面会导致交流伺服电机产生振动故障，实际维修中如何将故障范围进一步缩小进而锁定故障原因是个难点，需要结合具体的现场信息来综合判断。
 　　(1)故障发生在新设备开机调试后，发生在这个时段内的故障最复杂，可能是由于机械制造方面的原因，也有可能是参数调整不正确的原因，需要一步步的排除，排除的原则是先排除简单的原因，后排除复杂的，如果是数控系统装有两台以上相同的驱动器和交流伺服电机，其中一台电机产生振动，可以采用最简单的“对换法”将两台交流伺服电机的伺服驱动器对换，利用此法可以快速判断问题是否出在伺服驱动器参数设置上；
 　　(2)故障发生在设备运行使用很长时间以后，这种情况基本可以排除伺服驱动器参数设置问题，因为如果参数设置不当，早就应该反映出问题了；
 　　(3)故障发生在刚刚开机后，如果刚刚开机交流伺服电机就产生振动，这种情况下可以确定是在数控系统自动寻在机床原点时发生了机械卡阻导致电机不能到达指定位置或到达指定位置后产生反复，这种情况下一般是机械故障；
 　　(4)故障发生在机床正在加工工件时，这样的情况首先考虑是由于加工时负载增加而导致的振动，围绕负载增加检查原因；
 　　(5)故障连续规律发生或断续无规律发生，故障连续发生时说明导致电机振动的故障原因一直存在，而断续无规律发生时说明导致电机振动的故障原因有时会发生变化，这种情况如果负载没有很大的变化基本可以排除伺服驱动器参数设置的原因。
 　　四、结语
 　　导致交流伺服电机的振动故障是多方面复杂的原因，从实际操作中总结发现机械故障或机械故障导致的电机故障原因比例较大，在排除这类故障时需要掌握交流伺服系统的工作原理，了解哪些原因容易引起电机振动故障，同时结合现场情况综合判断，才能彻底解决交流伺服电机的振动故障。
摘自：工控论坛 查看全部

伺服系统是机电产品中的重要环节，它能提供最高水平的动态响应和扭矩密度，所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动，以便使系统性能达到一个全新的水平，包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了实现伺服电机的更好性能，就必须对伺服电机的一些使用特点有所了解。

本文将浅析伺服电机在使用中的常见问题。

问题一噪声，不稳定

客户在一些机械上使用伺服电机时，经常会发生噪声过大，电机带动负载运转不稳定等现象，出现此问题时，许多使用者的第一反应就是伺服电机质量不好，因为有时换成步进电机或是变频电机来拖动负载，噪声和不稳定现象却反而小很多。表面上看，确实是伺服电机的原故，但我们仔细分析伺服电机的工作原理后，会发现这种结论是完全错误的。

交流伺服系统包括：伺服驱动、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光学偏码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行：驱动器从外部接收参数信息，然后将一定电流输送给电机，通过电机转换成扭矩带动负载，负载根据它自己的特性进行动作或加减速，传感器测量负载的位置，使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较，然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致，当负载突然变化引起速度变化时，偏码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器，驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化，并重新返回到设定的速度。交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统，负载波动和速度较正之间的时间滞后响应是非常快的，此时，真正限制了系统响应效果的是机械连接装置的传递时间。

举一个简单例子：有一台机械，是用伺服电机通过V形带传动一个恒定速度、大惯性的负载。整个系统需要获得恒定的速度和较快的响应特性，分析其动作过程。

当驱动器将电流送到电机时，电机立即产生扭矩；一开始，由于V形带会有弹性，负载不会加速到像电机那样快；伺服电机会比负载提前到达设定的速度，此时装在电机上的偏码器会削弱电流，继而削弱扭矩；随着V型带张力的不断增加会使电机速度变慢，此时驱动器又会去增加电流，周而复始。

在此例中，系统是振荡的，电机扭矩是波动的，负载速度也随之波动。其结果当然会是噪音、磨损、不稳定了。不过，这都不是由伺服电机引起的，这种噪声和不稳定性，是来源于机械传动装置，是由于伺服系统反应速度（高）与机械传递或者反应时间（较长）不相匹配而引起的，即伺服电机响应快于系统调整新的扭矩所需的时间。

找到了问题根源所在，再来解决当然就容易多了，针对以上例子，您可以：

（1）增加机械刚性和降低系统的惯性，减少机械传动部位的响应时间，如把V形带更换成直接丝杆传动或用齿轮箱代替V型带；

（2）降低伺服系统的响应速度，减少伺服系统的控制带宽，如降低伺服系统的增益参数值。

当然，以上只是噪声、不稳定的原因之一，针对不同的原因，会有不同的解决办法，如由机械共振引起的噪声，在伺服方面可采取共振抑制，低通滤波等方法，总之，噪声和不稳定的原因，基本上都不会是由于伺服电机本身所造成。

问题二惯性匹配

在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题！

具体表现为：

1、在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机；

2、在调试时（手动模式下），正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前题，此点在要求高速高精度的系统上表现由为突出（台达伺服惯量比参数为1-37，JL/JM）。这样，就有了惯量匹配的问题！

那到底什么是“惯量匹配”呢?

1、根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J×角加速度θ

角加速度θ影响系统的动态特性，θ越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。如果θ变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。由于马达选定后最大输出T值不变，如果希望θ的变化小，则J应该尽量小。

2、进给轴的总惯量“J=伺服电机的旋转惯性动量JM+电机轴换算的负载惯性动量JL

负载惯量JL由（以工具机为例）工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。JM为伺服电机转子惯量，伺服电机选定后，此值就为定值，而JL则随工件等负载改变而变化。如果希望J变化率小些，则最好使JL所占比例小些。这就是通俗意义上的“惯量匹配”。

知道了什么是惯量匹配，那惯量匹配具体有什么影响又如何确定呢?

影响：

传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响，惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。

确定：

衡量机械系统的动态特性时，惯量越小，系统的动态特性反应越好；惯量越大，马达的负载也就越大，越难控制，但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。不同的机构，对惯量匹配原则有不同的选择，且有不同的作用表现。例如，CNC中心机通过伺服电机作高速切削时，当负载惯量增加时，会发生：

（1）控制指令改变时，马达需花费较多时间才能达到新指令的速度要求；

（2）当机台沿二轴执行弧式曲线快速切削时，会发生较大误差：

①一般伺服电机通常状况下，当JL≦JM，则上面的问题不会发生

②当JL=3×JM，则马达的可控性会些微降低，但对平常的金属切削不会有影响。（高速曲线切削一般建议JL≦JM）

③当JL≧3×JM，马达的可控性会明显下降，在高速曲线切削时表现突出

不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求，惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质量要求来确定。

问题三伺服电机选型

在选择好机械传动方案以后，就必须对伺服电机的型号和大小进行选择和确认。

（1）选型条件  —  一般情况下，选择伺服电机需满足下列情况：

  ●    马达最大转速>系统所需之最高移动转速；

  ●    马达的转子惯量与负载惯量相匹配；

  ●    连续负载工作扭力≦马达额定扭力；

  ●    马达最大输出扭力>系统所需最大扭力（加速时扭力）。

（2）选型计算：

  ●    惯量匹配计算（JL/JM）

  ●    回转速度计算（负载端转速，马达端转速）

  ●    负载扭矩计算（连续负载工作扭矩，加速时扭矩）
 
 
 
 
来源：网络 查看全部

伺服系统是机电产品中的重要环节，它能提供最高水平的动态响应和扭矩密度，所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动，以便使系统性能达到一个全新的水平，包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了实现伺服电机的更好性能，就必须对伺服电机的一些使用特点有所了解。


本文将浅析伺服电机在使用中的常见问题。



问题一噪声，不稳定


客户在一些机械上使用伺服电机时，经常会发生噪声过大，电机带动负载运转不稳定等现象，出现此问题时，许多使用者的第一反应就是伺服电机质量不好，因为有时换成步进电机或是变频电机来拖动负载，噪声和不稳定现象却反而小很多。表面上看，确实是伺服电机的原故，但我们仔细分析伺服电机的工作原理后，会发现这种结论是完全错误的。


交流伺服系统包括：伺服驱动、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光学偏码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行：驱动器从外部接收参数信息，然后将一定电流输送给电机，通过电机转换成扭矩带动负载，负载根据它自己的特性进行动作或加减速，传感器测量负载的位置，使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较，然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致，当负载突然变化引起速度变化时，偏码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器，驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化，并重新返回到设定的速度。交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统，负载波动和速度较正之间的时间滞后响应是非常快的，此时，真正限制了系统响应效果的是机械连接装置的传递时间。


举一个简单例子：有一台机械，是用伺服电机通过V形带传动一个恒定速度、大惯性的负载。整个系统需要获得恒定的速度和较快的响应特性，分析其动作过程。


当驱动器将电流送到电机时，电机立即产生扭矩；一开始，由于V形带会有弹性，负载不会加速到像电机那样快；伺服电机会比负载提前到达设定的速度，此时装在电机上的偏码器会削弱电流，继而削弱扭矩；随着V型带张力的不断增加会使电机速度变慢，此时驱动器又会去增加电流，周而复始。


在此例中，系统是振荡的，电机扭矩是波动的，负载速度也随之波动。其结果当然会是噪音、磨损、不稳定了。不过，这都不是由伺服电机引起的，这种噪声和不稳定性，是来源于机械传动装置，是由于伺服系统反应速度（高）与机械传递或者反应时间（较长）不相匹配而引起的，即伺服电机响应快于系统调整新的扭矩所需的时间。



找到了问题根源所在，再来解决当然就容易多了，针对以上例子，您可以：


（1）增加机械刚性和降低系统的惯性，减少机械传动部位的响应时间，如把V形带更换成直接丝杆传动或用齿轮箱代替V型带；

（2）降低伺服系统的响应速度，减少伺服系统的控制带宽，如降低伺服系统的增益参数值。


当然，以上只是噪声、不稳定的原因之一，针对不同的原因，会有不同的解决办法，如由机械共振引起的噪声，在伺服方面可采取共振抑制，低通滤波等方法，总之，噪声和不稳定的原因，基本上都不会是由于伺服电机本身所造成。



问题二惯性匹配


在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题！


具体表现为：


1、在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机；

2、在调试时（手动模式下），正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前题，此点在要求高速高精度的系统上表现由为突出（台达伺服惯量比参数为1-37，JL/JM）。这样，就有了惯量匹配的问题！



那到底什么是“惯量匹配”呢?


1、根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J×角加速度θ

角加速度θ影响系统的动态特性，θ越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。如果θ变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。由于马达选定后最大输出T值不变，如果希望θ的变化小，则J应该尽量小。


2、进给轴的总惯量“J=伺服电机的旋转惯性动量JM+电机轴换算的负载惯性动量JL

负载惯量JL由（以工具机为例）工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。JM为伺服电机转子惯量，伺服电机选定后，此值就为定值，而JL则随工件等负载改变而变化。如果希望J变化率小些，则最好使JL所占比例小些。这就是通俗意义上的“惯量匹配”。


知道了什么是惯量匹配，那惯量匹配具体有什么影响又如何确定呢?


影响：

传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响，惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。


确定：


衡量机械系统的动态特性时，惯量越小，系统的动态特性反应越好；惯量越大，马达的负载也就越大，越难控制，但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。不同的机构，对惯量匹配原则有不同的选择，且有不同的作用表现。例如，CNC中心机通过伺服电机作高速切削时，当负载惯量增加时，会发生：

（1）控制指令改变时，马达需花费较多时间才能达到新指令的速度要求；

（2）当机台沿二轴执行弧式曲线快速切削时，会发生较大误差：

①一般伺服电机通常状况下，当JL≦JM，则上面的问题不会发生

②当JL=3×JM，则马达的可控性会些微降低，但对平常的金属切削不会有影响。（高速曲线切削一般建议JL≦JM）

③当JL≧3×JM，马达的可控性会明显下降，在高速曲线切削时表现突出


不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求，惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质量要求来确定。



问题三伺服电机选型


在选择好机械传动方案以后，就必须对伺服电机的型号和大小进行选择和确认。


（1）选型条件  —  一般情况下，选择伺服电机需满足下列情况：

  ●    马达最大转速>系统所需之最高移动转速；

  ●    马达的转子惯量与负载惯量相匹配；

  ●    连续负载工作扭力≦马达额定扭力；

  ●    马达最大输出扭力>系统所需最大扭力（加速时扭力）。



（2）选型计算：

  ●    惯量匹配计算（JL/JM）

  ●    回转速度计算（负载端转速，马达端转速）

  ●    负载扭矩计算（连续负载工作扭矩，加速时扭矩）
 
 
 
 
来源：网络
智造家 查看全部