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自动化生产线安装与调试

项目六输送单元安装与调试相关知识—伺服系统

0201永磁交流伺服系统概述松下MINASA5系列AC伺服电机

一、永磁交流伺服系统概述现代高性能的伺服系统，大多数采用永磁交流伺服系统，其中包括永磁同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。1、交流伺服电机的工作原理伺服电机内部的转子是永久磁铁，驱动器控制的U、V、W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。结构组成如图6-14所示。图6-14系统控制结构

一、永磁交流伺服系统概述伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，其优点是可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。逆变部分（DC-AC）采用功率器件集成驱动电路，保护电路和功率开关于一体的智能功率模块（IPM），主要拓扑结构是采用了三相桥式电路，原理图见图6-15。利用了脉宽调制技术即PWM，（PulseWidthModulation）通过改变功率晶体管交替导通的时间来改变逆变器输出波形的频率,改变每半周期内晶体管的通断时间比,也就是说通过改变脉冲宽度来改变逆变器输出电压副值的大小以达到调节功率的目的。图6-15三相逆变电路

一、永磁交流伺服系统概述2、交流伺服系统的位置控制模式图6-14和图6-15说明如下两点：⑴伺服驱动器输出到伺服电机的三相电压波形基本是正弦波（高次谐波被绕组电感滤除），而不是象步进电机那样是三相脉冲序列，即使从位置控制器输入的是脉冲信号。服系统用作定位控制时，位置指令输入到位置控制器，速度控制器输入端前面的电子开关切换到位置控制器输出端，同样，电流控制器输入端前面的电子开关切换到速度控制器输出端。因此，位置控制模式下的伺服系统是一个三闭环控制系统，两个内环分别是电流环和速度环。

由自动控制理论可知，这样的系统结构提高了系统的快速性、稳定性和抗干扰能力。在足够高的开环增益下，系统的稳态误差接近为零。这就是说，在稳态时，伺服电机以指令脉冲和反馈脉冲近似相等时的速度运行。反之，在达到稳态前，系统将在偏差信号作用下驱动电机加速或减速。若指令脉冲突然消失（例如紧急停车时，PLC立即停止向伺服驱动器发出驱动脉冲），伺服电机仍会运行到反馈脉冲数等于指令脉冲消失前的脉冲数才停止。

一、永磁交流伺服系统概述3、位置控制模式下电子齿轮的概念位置控制模式下，等效的单闭环系统方框图如图6-16所示。图6-16等效的单闭环位置控制系统方框图图中，指令脉冲信号和电机编码器反馈脉冲信号进入驱动器后，均通过电子齿轮变换才进行偏差计算。电子齿轮实际是一个分-倍频器，合理搭配它们的分-倍频值，可以灵活地设置指令脉冲的行程。例如YL-335B所使用的松下MINASA4系列AC伺服电机?驱动器，电机编码器反馈脉冲为2500pulse/rev。在缺省情况下，驱动器反馈脉冲电子齿轮分-倍频值为4倍频。如果希望指令脉冲为6000pulse/rev，那末就应把指令脉冲电子齿轮的分-倍频值设置为10000/6000。从而实现PLC每输出6000个脉冲，伺服电机旋转一周，驱动机械手恰好移动60mm的整数倍关系。具体设置方法将在下一节说明。

二、松下MINASA5系列AC伺服电机在YL-335B的输送单元中，采用了松下MHMD022G1U永磁同步交流伺服电机及MADHT1506E全数字交流永磁同步伺服驱动装置作为运输机械手的运动控制装置，伺服电机结构如图6-17所示。1、伺服电机及驱动器型号的含义MHMD表示电机类型为大惯量，02表示电机的额定功率为200W，2表示电压规格为200V，G表示编码器为增量式编码器，脉冲数为20位，分辨率1048566，输出信号线数为5根线。MADHT1506E的含义：MADH表示松下A5系列A型驱动器，T1表示最大额定电流为