伺服原理介绍

3. 再生 再生的目的 当再生电路中需要更大的元器件时必须有外部再生。有时， 在一些特殊应用中电阻R的功率或电容C的容量不够大，在这种情 况下，就需要一个外部的电阻或电容作为内部元器件的补充。 750W~5.0kW的ProNet伺服驱动器都有内部电阻R和电容C， 如果需要外部再生，必须将内部电阻R断开（去掉B2和B3的外部 短接线），并且在B1和B2端子上外接电阻。

1. 转矩控制 注意事项

转矩控制首先应注意限制电机转速，电机转速可以用模拟 量进行限制，也可以通过设置参数来限制转速。 转矩指令增益Pn400数值设定越小，相同模拟量对应的转 矩越大。
1. 转矩控制 转矩控制中可能用到的参数 1、Pn300速度指令增益 2、Pn400转矩指令增益 3、Pn105转矩指令滤波 4、Pn406转矩速度限制
3. 位置控制 动态电子齿轮的切换时序(1)
3. 位置控制 动态电子齿轮的切换时序(2)
3. 位置控制 动态电子齿轮的切换时序(3)
3. 位置控制 动态电子齿轮的切换时序(4)
错
3. 位置控制 位置环下的平滑运行



当上位装置无加减速功能设置 时。 当电子齿轮设定数值较大时。 指令脉冲频率低时。 指令脉冲频率不稳定时。 以上这几种情况根据需要设 定位置指令一次滤波、前馈等 参数。当用户设定的前馈较大 时，设定前馈滤波效果会更好。
2. 速度控制 速度控制中可能用到的参数： 1、Pn300 速度指令增益 2、Pn102 速度环增益 3、Pn103 速度环积分时间 4、Pn306 软起动加速时间 5、Pn307 软起动减速时间 6、Pn200 PG分频 7、Pn310 速度指令曲线形式 8、Pn309 S曲线上升时间[0~10000] 9、Pn308 一次和二次滤波时间[0~10000] 10、Pn311 S形状选择[0~3]
3. 位置控制 电子齿轮介绍 使用电子齿轮设定将一个脉冲对应到一个位置当量（指令单 位）上。这样方便用户，可以根据机械减速比等设置好电子 齿轮，如指令单位与机械需要移动的位移匹配。 设定电子齿轮本质上只要知道负载轴旋转一圈工作台移动的 距离（分母Pn202），编码器反馈的脉冲数（分子Pn201）。 工作台移动的距离是多少个指令单位，反馈的脉冲数可以由 电机的编码器反馈得到。 详细的设定步骤可以参考说明书，但要注意A是分母，B是分 子。
3. 位置控制 第二电子齿轮 由于目前国内有的系统脉冲频率偏低，如果只用一个电子 齿轮，使得加工的效率和位置分辨率无法兼顾，因此 ProNet伺服具有第二电子齿轮（分子），且第一电子齿轮 和第二电子齿轮之间可以动态切换。 第二电子齿轮只会在Pn005.1 = 1，且Pn001.3 = 1时有 效，Pn203是第二电子齿轮的分子。Pn002.0是指两种切换 方式，PCON作为切换开关；若Pn001.3 = 0 时，PCON信 号仍作为P/PI开关。
3. 再生
时序 带负载的减速将需要几个这样的循环周期。当有再生不足时， 可能会发生过压报警（A13），表示母线电压超过420VDC，或 者发生再生异常报警（A16），表示TR打开时间太长（一个内部 寄存器专用于记录TR的开/关时间）。
3. 再生
时序 如果发生了A13和A16报警，我们需要改变再生电阻R的阻值。 我们需要消耗更多的流过电阻的电流量，因为V=I*R，我们能够 通过使用更小的阻值来增大流过电阻R的电流量。增大电阻功率 并不一定是正确的解决问题的方法，因为流过电阻R的电流量还 是一样的。 当改变了电阻之后，我们需要检查再生电路是否满足更小阻 值的要求。一旦减小了阻值，就增大了流过它的电流，如果电流 增加的太多，有可能超过电阻的额定功率，仅仅此时需要增大电 阻的功率。
伺服主回路架构
B2 B3 PWM INVERTER IGBT
L1 L2 L3 U ＋ V W
三相220V
数字信号处理器
1. 主回路 主电容充电
在主电容充电中，我们看到一个 继电器，RLY1。使用这个继电器是出 于安全的目的。它保护这个电路并且 限制上电时主电容C1的充电电流。
2. 动态制动 动态制动是如何发生的？ 第一种情况：
控制器
电 流 控制器
PWM ENC
1CN
电 流 信号处理
A/D Canopen
串行通讯
参数调整 数据监控 RS-485 显示处理
编码器 信号处理
2CN
COM
★ 伺服控制模式
转矩控制 速度控制 位置控制 节点控制 其他控制
控制模式
1. 转矩控制
非速度控制，控制输出的转矩即为典型转矩控制。 常使用于张力控制等场合。 输入为模拟量，模拟量大小与转矩大小的关系取决于转矩指 令增益。 举例：假定用户设定Pn400是100， 则表明若输入10V的模拟量时,电机输 出转矩可以达到其额定转矩的100% 。
3. 位置控制
前馈功能
前馈功能缩短定位时间。前馈将 使实际运动轮廓逼近指令运动轮廓。 通常前馈增益Pn112设定在80%以下， 对于大多数机械，设定超过80%将会 引起振动，使用前馈滤波Pn113可以 减小振动。
3. 位置控制
偏置功能
通过分配偏置（设定偏差脉冲）到速度指 令输出，可以减小最终的定位时间。该功 百度文库将使实际运动轮廓更逼近指令运动轮廓。
2. 速度控制 P/PI控制
2. 速度控制 注意事项 速度环增益Pn102，通常是设定高一些以使得整个系统响应 快一些，电机刚性也会增强。但是增益大了可能导致系统振 动。一般负载惯量大的场合该参数设得大一些。 速度环积分时间Pn103，它的作用是消除静差，数值设得越 大响应越慢，到达指令时间越长。通常负载惯量越大，积分 时间应设定得越大。 上位机作闭环时，应尽量不要设置软起动减速时间参数 Pn306、Pn307。 若没有上位机作闭环，希望通过模拟量来使得电机完全停止， 则必须采用零钳位或比例控制。 用上位机作位置闭环时，模拟量不能自动调零。
服驱动器唯一不同的地方。电机转 子能量也是消耗在动态制动电阻上。 这种方法也使电机平滑的减速。
2. 动态制动 动态制动何时发生？ Servo Off：动态制动打开以保证安全。 Servo On：动态制动关闭。 伺服驱动器进入Servo Off状态，当： 1）S-ON输入信号关闭； 2）超程； 3）伺服报警发生； 4）主电源关闭。 当以上事件发生时，我们能够通过设定参数Pn004.0指定电机如 何停机。
4. 点位控制

ProNet伺服系统内部可以运行16个点位控制，每一节点速度 可以设定，每一节点可以设置一次指令加减速时间。

可以延时换步，也可以外部输入换步信号。
可以绝对值编程也可以相对编程。 可以循环运行，也可以单次运行，还可以找参考点。
3. 再生
再生的计算 电机产生的能量： En=0.5JM[(2πN/60)2] 电容消耗的能量： Ec=0.5C（Vk2-Vr2） 电机绕组消耗的能量： Em= 3[JMN(2πIr/60Tr)]2*(Ra/td) 负载消耗的能量： EL=0.5TL(2πNtd/60) 因为所有的能量之和必须为0，所以我们能够 计算出电阻必须消耗的能量为 Er=En-Ec-Em-EL 因此我们可以计算出再生电阻的功率为 Wr=Er/Cycle
3. 位置控制 快速定位

使用高增益有助于快速定位，减小跟随误差，但要注意 位置环增益和速度环增益的匹配。 使用前馈技术理论上可以完全消除跟随误差，是快速定 位的理想方法。 速度偏置补偿。 以上三种方法使用不当都有可能引起系统的振荡，一般 相关的几个插补轴的增益、前馈等参数应尽量设置的靠 近或一样。
1.5kW以下的PRONET伺服驱动器 的动态制动电路虽然是通过一个继 电器动作的，但实际上是用一个动 态制动电阻消耗电机转子能量。这 种方法使电机有一个较长的减速时 间和平滑的停机。
2. 动态制动 动态制动是如何发生的？ 第二种情况： 2kW以上的ProNet伺服驱动器的动 态制动电路通过一个可控硅代替继 电器动作，这是与1.5kW以下的伺
2. 动态制动 使用可控硅的动态制动 2.0kW以上的伺服驱动器都使用了可控硅触发动态制动，以此 替代继电器。但是需要注意的是，如果控制电源关闭，使用可 控硅的伺服驱动器的动态制动功能也将关闭。而使用继电器的 伺服驱动器，掉电或报警时保持动态制动状态。
2. 动态制动 动态制动电阻 为了使动态制动电路工作，必须有一 些消除电机转子能量的途径，这就是 动态制动电阻的作用。这个电阻消耗 了电机的能量，从而使电机快速停止 成为可能。然而，松下伺服驱动器内 并没有动态制动电阻，那是因为电机 绕组的阻抗已经足够用于制动了。
3. 再生 再生是在电机减速过程中的一种动 作，此时电机等效为一个发电机。
再生吸收了旋转负载的动能，并将 它转化为电能，回馈到驱动器。
3. 再生 再生的目的 再生有两个主要功能：1）消耗运动负载的惯性能量；2）快 速地对主电容放电。 当伺服系统运行在额定转速并且带着允许的最大负载惯量， 伺服驱动器必须吸收停止负载时产生的全部能量而不损坏系统。 如果系统运行在超过额定转速或者带着超过允许的最大负载 惯量，那么必须有外部再生。 再生值依赖三个因素：转矩、减速度和运动周期。
3. 再生 再生的计算
如果再生电阻的功率超过内部电阻的额定功率，我们必须外 加一个电阻以弥补这些差额。
正如我们在公式中看到的，电机在停止负载时产生的能量， 负载、电容C、电机绕组、电阻R都参与了能量的消耗。 [注意]伺服驱动器不能应用于连续再生模式。
伺服控制回路架构
外部速度
外部扭矩 位置脉冲 IO信号输入 IO信号输出 ABZ输出 A/D 位 置 控制器 速 度
3. 再生
时序 在下面的例子中，假定有220V的电源连接到伺服驱动器，并 参考简单的再生电路示意图。 一个正常的P-N母线电压是310V（220*1.41），当电机开 始减速时，回馈到驱动器的能量开始提升P-N电压，一些或全部 的能量被用于给电容C充电。 当母线电压超过385VDC，再生晶体管TR就会打开，能量就 会消耗到电阻R上，晶体管实际在385VDC到370VDC循环开关。
2. 速度控制 速度环框图
模拟转矩 转矩指 转矩前馈
令增益
Pn011 Pn010
模拟量限幅
模拟速度 速度指
令增益
加减 速
-
PI调 节
转矩 限幅
+
转矩指 令滤波
电流 环
电机
参数限幅
解码测 速电路
外部限幅
PG
PAO、PBO、PCO差分输出
PG分 频电路
2. 速度控制


速度控制即电机按照给定的速 度指令进行运转。 速度控制的应用场合相当广泛， 典型的应用场合有：需要快速 响应的连续调速系统；由上位 机进行位置闭环的定位系统； 需要多档速度进行快速切换的 系统。 通常伺服的速度给定为模拟量， 即模拟量幅值的大小决定了给 定速度的大小，正负决定电机 的转向，而模拟量与转速的对 应关系取决于速度指令增益 (Pn300)。
伺服原理
主要内容
★ 伺服原理
伺服主回路架构 伺服控制回路架构
★ 伺服使用
接口电路及配线
★ 伺服控制模式
转矩控制 速度控制 位置控制 节点控制 其他控制
★ 伺服原理
伺服主回路架构 伺服控制回路架构
伺服概述
反馈部分
指令部分
控制量
驱动部分
驱动量
执行机构
伺服系统，大致上可分为下列几项： 转矩 1.指令部分：动作指令信号的输出装置。 2.驱动部分：接收指令部分的输出，并驱 动执行机构（比如电机）动作的装置。 3.反馈部分：检测执行结构或者负载状态 机械负载 的装置。 4.执行机构：接收驱动部分的输出信号， 产生转力矩、位置等状态。
3. 位置控制 位置环框图
速度 偏置 到位信号 位置 前馈 前馈 滤波 + +
位置指令 电子
齿轮
位置指令 一次滤波
+ -
P调 节
+ +
速度 环
电流 环
电机
PG
PAO、PBO、PCO差分输出
PG分 频电路
3. 位置控制
位置控制普遍应用在各种定位场合，可以直接替换各种步进传动 系统。 一般情况下伺服通过接受脉冲来进行位置控制，脉冲的个数决定 了位置，脉冲的频率决定了电机运行的速度。 一个脉冲对应的位置当量，取决于机械结构和电子齿轮。