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伺服的轉速控制與抗干擾措施

文章出處:   責任編輯:   發布時間:2020-07-29 09:19:39    點擊數:-   【

伺服的轉速控制與抗干擾措施

問:我們常用的伺服電機分很多種,伺服電機的轉速從1000, 1500, 3000不同,以使用最多的3000rpm交流伺服為例:我們需要的轉速是0~3000變速,那么我們可以通過哪些手段來改變當前伺服轉速?
答:伺服服速度的調整需要看我們是使用什么方式來控制,是使用脈沖控制轉速,模擬量控制轉速,還是直接驅動器內部設定控制調整速度,我們對應的方式是不一樣的。下面對應三種不同的控制方式來總結一下速度改變。

01、轉矩控制,轉速是自由的(隨負載變)
轉矩控制是我們平時使用比較多的一種控制方式,我們通過外部模擬量或直接地址賦值來設定輸出轉矩的大小,那么對應的速度我們是不一定的,因為設備老化摩擦系數的變化,負載的變化,都會影響到速度的輸出,這種使用情況下我們基本不會需要調整速度,因為是自動調節,我們需要的是系統的穩定度,持續長時間的轉矩穩定。
可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小,也可通過通訊方式改變對應的地址的數值來實現。應用主要在對材質的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中,例如繞線裝置或拉光纖設備,使用伺服的目的是防止纏繞物料的變化改變受力。

02、位置控制,精準定位,轉速與扭矩均可嚴格控制
位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉動速度的大小,通過脈沖的個數來確定轉動的角度,也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。
由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制,所以一般應用于定位裝置。應用領域如數控機床、印刷機械等等。我們在使用當中需要了解PLC或者其他發送脈沖額定頻率,實際需要移動的距離,對應伺服選定的脈沖當量,我們就可以計算出伺服移動到指定位置的上限運行速度和時間。
伺服上線速度是我們必須計算出來的,只有選擇合適的伺服型號才能滿足現場的使用要求。伺服上線運行速度=指令脈沖額定頻率×伺服上限速度伺服控制器一般帶有編碼器,并可接收編碼器接收反饋脈沖,在速度環上設定編碼器反饋脈沖頻率編碼器反饋脈沖頻率=編碼器周反饋脈沖數×伺服電機設定速度(r/s)又因為,指令脈沖頻率=編碼器反饋脈沖頻率/電

子齒輪比所以也可以設定“指令脈沖頻率”,來設定伺服電機速度。

03、速度模式,轉矩是自由的(隨負載變)
通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉動速度的控制,在有上位控制裝置的外環PID控制時速度模式也可以進行定位,但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。
速度模式和位置模式相對應,位置信號存在誤差,位置模式的信號由終端負載檢測裝置提供,減少中間傳動誤差,相對增加了整個系統的定位精度。
速度控制的應用場合相當廣:需要快速相應的連續調速系統;由上位閉環的定位系統;需要多段速度進行快速切換的系統。速度控制模式主要采用的是0~10V電壓信號來控制電機轉速,模擬量幅值的大小決定了給定速度的大小,正負決定電機的轉向,而模擬量與轉速的對應關系取決于速度指令增益。在負載慣量大的場合使用速度模式,我們需要設定速度環增

益,讓系統響應更迅速。調整時需要兼顧設備的振動,不能因為響應速度而產生系統振動。
我們使用速度控制時,還需注意加減速的設定,如果沒有閉環控制時,我們需要通過零鉗位或比例控制使得電機完全停止。用上位機作位置閉環時,模擬量不能自動調零。
通過控制系統給伺服驅動器發送±10V的模擬電壓指令控制速度,其優點是伺服響應快,但缺點是對現場干擾較敏感,調試稍復雜。

問:在伺服系統的使用和調試過程中,會不時發生各種意外的干擾,特別是對于發送脈沖的伺服電機的應用。有哪些有效的抗干擾措施?
答:伺服系統的現場應用環境通常比較復雜,下面我們從來自電源的干擾、來自接地系統混亂的干擾、來自系統內部的干擾三方面對干擾的類型和產生方式進行分析,以達到有針對性的抗干擾目的。

01、來自電源的干擾
現場使用條件會有各種限制,我們通常會遇到很多復雜情形,我們需要做到習慣性避免,把問題原因盡可能的規避。很多情況下,我們會通過增加穩壓器,隔離變壓器等設備,給旋轉編碼器的供電模塊和運動控制器加濾波器,驅動器改接DC電抗器, 驅動器位置低通濾波時間和載波率參數更改,減少電源引入引起的干擾,避免伺服控制系統故障。
伺服系統動力線應單獨走線槽,縮短驅動器與電機動力線距離等等手段,避免干擾控制線,引起驅動器故障。

02、來自接地系統混亂的干擾
接地是提高電子設備抗干擾的有效手段,能抑制設備向外發出干擾,也避免受外部干擾影響,但是錯誤的接地反而會引入嚴重的干擾信號,使系統無法正常工作。控制系統的地線一般包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。
如果接地系統混亂,對伺服系統的干擾主要是各個接地點電位分布不均,電纜屏蔽段兩端,接地線,大地,其他設備接地點等不同接地點間存在電位差,引起地環路電流,影響系統正常工作。
解決此類干擾的關鍵就在于分清接地方式,為系統提供良好的接地性能。
伺服做好的接地線注意環境電磁兼容,對高頻電磁波、射頻裝置等加以屏蔽;電源噪聲干擾源要加以抑制、剔除,比如同一個電源變壓器上或者配電母線上不要有諸如高頻,中頻,大功率的整流和逆變用電裝置等......
介紹一個非常規接地處理,因為配電線路不可避免的存在大干擾源,驅動器單獨安裝在柜子里,安裝板使用非金屬板,把與伺服驅動器有關的地線都懸浮,其他的測量系統可靠接地,這樣可能要好一點。

03、來自系統內部的干擾
主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生,如邏輯電路相互輻射、模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。
• 信號線及控制線應選用屏蔽線,這樣對防止干擾有利。
• 當線路較長時,例如距離超過100m,導線截面應放大些。
• 信號線及控制線最好穿管放置,避免與動力線相互干擾。
• 傳輸信號以選用電流信號為主,電流信號的衰減與抗干擾相對較好。實際應用中傳感器輸出多是電壓信號,可以通過變換器轉換。對模擬弱電路的直流電源進行濾波,可以加兩個0.01uF(630V)電容,一端接在電源正負極上,另一端接到機殼上再和大地相連。很有效果。
• 伺服發出吱吱聲時,輸出高頻諧波干擾,可以在伺服驅動母線電源的P、N端分別接個0.1u/630v的CBB電容到機殼上試下。
• 板卡端控制線的屏蔽層接板卡的0V,驅動器端不接,只需將屏蔽層撥出一段,捻成一股暴露在外面。
• 使用電磁EMI濾波器,控制線上焊抗干擾電阻,或者電機動力線上接磁環。
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