伺服运动控制分解

1.课程设计内容和任务要求

1.1设计内容

（1）正确编写PLC程序，能够实现伺服电机的跟随控制

（2）用人界面监控实现伺服电机正反转的控制

1.2 任务要求

（1）熟悉课程设计内容，收集资料，详细阅读各设备说明书；

（2）总体设计，正确选定系统方案，认真画出系统总体结构框图；

（3）系统各部分的硬件设计；

（4）绘制系统硬件原理图（接线图）；

（5）编写系统控制程序；

（6）设计系统监控界面；

（7）完成系统测试，并整理编写课程设计说明书

2.课程设计涉及到的硬件设备

2.1 台达伺服驱动器（ASD-A0421-AB）的功能介绍

本次课程设计选用型号为ASD-A0421-AB的伺服驱动器（额定输出功率为：400W；输入电压及相数：220V单相；编码器分辨率：1000ppr；支持ECMA电机机种）。与驱动器配套的电机型号为ECMA-C30604ES,其额定电压及转速：220V/3000rpm；感应形式：2500ppr；额定输出功率：200W。

2.1.1伺服驱动器的三种控制方式

一般伺服有三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。在控制方式上用脉冲串和方向信号实现。速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。具体采用什么样的控制方式要根据控制的需求，满足何种运动功能来选择。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。

（1）转矩控制：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（通常在有重力负载的情况下产生）。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。

（2）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。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，增加了整个系统的定位精度。

（3）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。本次课程设计就是通过设置P1-00为02，采用（3）位置控制模式。

2.1.2伺服驱动器的周边装置接线图

对于图3电源口L1、L2为控制回路电源输入端，R、S、T为主回路电源输入端，电源接线法分为单相220V、单相110V、三相220V三种接法，设计中采用的是单相220V,安装时应该特别注意R、S、T与L1、L2电源口的接法是否正确，如果选择的接法错误，驱动器将会被烧坏。确认伺服电机的U、V、W是否会接错，接错的话会出现不转或者乱转的情况。

伺服驱动器的CN2口为伺服电机的编码器输出口，编号U、V、W口为伺服电机动力线接口。CN1口为伺服驱动器的控制端口，它总共50针，包括输入和输出端口还有其它的功能口，端口功能划分如图4所示。伺服驱动器的通讯端口为CN3口，CN3口采用的是1394接头，通过不同的连接方法实现伺服器的RS232/422/485通讯，可以方便与PLC、电脑连接实现通讯监控功能。

交流

220V 带漏电保护断路器

电源接口伺服电机

RS485Modus 通讯

信号接口

电机编码

器接口

RS232通讯

PLC

伺服驱动器

图3 伺服驱动器的周边接线图

2.1.3 伺服驱动器输入口功能接线图

为了更有弹性与上位控制器互相沟通，台达伺服驱动器提供可任意规划的8组输入及5组输出。控制器的输入与输出口功能可以分别由参数 P2-10—P2-17与参数P2-18—P2-22进行设置。由于CN1口为50引脚，引脚数比较多如图4所示，对于引脚的记忆应该功能块记忆，分功能记忆。脉冲输入引脚PULSE 、/PULSE 、SIGN 、/SIGN 、PULL HI ，电源引脚VDD 、COM+

、COM-、VCC 、GND 。注意NC 为空引脚，为内部电路使用，勿连接。

图4 CN1接线器（公）背面接线端

2.1.4 伺服驱动器参数设定流程

2.1.5 本次课程设计用到的伺服驱动器内部参数设定

驱动器内部参数设定如下表

P0-02 6 P2-12 114 P2-16 0 P1-00 2 P2-13 115 P2-17 0 P2-10 101 P2-14 102 P2-18 101 P2-11 104 P2-15 102 P2-19 103

2.2台达变频器（VFD015M21A-Z）的功能介绍

台达VFD系列的变频器种类很多，设计中选用的是M系列的变频器，其具有

体积小，噪音低，具有第一、第二频率切换、睡眠和苏醒功能，支持MODBUS通讯、8段速和七段可程式运转，内置PID功能。型号为VFD015M21A-Z,输入电压

为220V 。

本次课程设计采用的是变频调速，通过调节供电频率来改变同步转速来实现

对异步电机的调速，在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而

具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。变频调速是异步电机的一种非常合理

和理想的调速方式。

2.2.1 变频器数字操作器（LC-2ME）操作说明

信息显示操作