9-0 交流伺服驱动器原理及调试

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位置前馈增益
①设定位置环的前馈增益。 ②设定值越大时，表示在任何频率的指令脉冲下，位 置滞后量越小 ③位置环的前馈增益大，控制系统的高速响应特性提 高，但会使系统的位置不稳定，容易产生振荡。
④不需要很高的响应特性时，本参数通常设为0表示范
围：0~100%
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速度比例增益
①设定速度调节器的比例增益。 ②设置值越大，增益越高，刚度越大。参数数值 根据具体的伺服驱动系统型号和负载值情况确定。 一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。 ③在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较大的 值。
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三、 伺服驱动器的原理：
键盘、显示 RS232 电源、制动
I/o 模拟输入
DSP 逻辑门阵列
IGBT 逆变器
交流 伺服 电机
故障检测、保护
位置传 感器
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HSV-20D系统结构
1） 控制电路结构
DSP：ADMC401BST 逻辑：FPGA : A42MX09 辅助控制：MCU: AT89S8252
2） 功率电路结构 整流：三相整流桥 逆变：智能功率模块 电源：开关电源。
控制电路结构
DSP是整个系统的核心，主要完成实时性 要求较高的任务，如矢量控制、电流环、速度 环、位置环控制以及PWM信号发生、各种故障 保护处理等。 MCU完成实时性要求比较低的管理任务，如 参数设定、按键处理、状态显示、串行通讯等。 FPGA实现DSP与 MCU之间的数据交换、外部 I/O信号处理、内部I/O信号处理、位置脉冲指 令处理、第二编码器计数等。
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速度积分时间常数
①设定速度调节器的积分时间常数。 ④设置值越小，积分速度越快。参数数值根据具体的 伺服驱动系统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。 ②在系统不产生振荡的条件下，尽量设定较小的值。
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速度反馈滤波因子
①设定速度反馈低通滤波器特性。 ②数值越大，截止频率越低，电机产生的噪音越小。 如果负载惯量很大，可以适当减小设定值。数值太大， 造成响应变慢，可能会引起振荡。
故障检 测电路
门极驱动电路 旋转变压器 ADMC401
FPGA
控制电路 RS232 串 口 +CAN 总线接口 键盘及 显示 I/O 控制 脉冲输 入接口 模拟量 接口
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四、伺服驱动器的接线：
1. 主回路接线： 1）.R、S、T电源线的连接； 2）伺服驱动器U、V、W与伺服电动机电源线U、 V、W之间的接线； 2. 控制电源类接线： 1）. r 、t控制电源接线； 2）I/O口控制电源接线； 3. I/O接口与反馈检测类接线：
COIN+ 38 COIN11 BRKOFF+ 10 BRKOFF40 TLC 12 ZSP
GND CZ 19 Z相脉冲开集电极输出 20K 14 SPR/TRQR 10K 10K GND 15 16 CCWTL/TRQR GND17 CWTL18
CCW转矩限制输入(0--+10伏) CW转矩限制输入(-10--0伏) 速度监视输出 转矩监视输出
伺服 驱动 的I/O 接口 接线 图
7
指令脉冲输入禁止 33
计数清零 30
COM+ INH 4.7K
1 2 3 PULS1 4 PULS2 5 SIGN1 6 SIGN2 GND
伺服-ON
CL 29 SRV-ON 27 P运行/第2增益选择GAIN 指令脉冲分配选择 DIV 28 26 ZEROSPD 控制方式选择 32 C-MODE 报警清除 31 A-CLR CCW驱动禁止9 CCWL CW驱动禁止 8 CWL
1
单相 AC220V 控制电源输入
XT2
2 3 4 5 6 7
注意事项
（1）电源模块出厂时，缺省使用内部制动电阻， 在XT1端子处用短路条已将BK1脚与BK2脚短接。 （2）如果使用外接制动电阻需将短路条拆掉，使 BK1脚与BK2脚断开,由BK2脚与PB脚端接外接制 动电阻。 警告：PB脚不能与BK2脚短接，否则会损坏电源模 块。
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伺服系统主回路的接线图
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伺服驱动的强电回路及反馈回路接线图
SANYO DENKI AC SERVO DRIVE
CNA
R
S
RVV4X1.5 1 2 3
R
+KA10
100 Y16 24V
OUTA GND CP0+ CP0DIR0+ DIR0A+ AB+ BZ+ ZGND
CN1
12 330
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二、伺服驱动器发展趋势
伺服进给系统的要求
1. 调速范围宽
rn n min/ n max
2. 定位精度高
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3. 有足够的传动刚性和高的速度稳定性 4. 快速响应，无超调
为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高 的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性， 即要求跟踪指令信号的响应要快，因为数控系统 在启动、制动时，要求加、减加速度足够大，缩 短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。
②. ③. ④. ⑤. ⑥. ⑦.
输出功率3.7W~15Kw 适配交流感应电机 脉冲编码器反馈 位置、速度、转矩三种控制方式 主轴定向功能 共电源模块设计，三相380V交流直接供电
HSV-20S系统结构
（1） 控制核心
DSP：ADMC401BST 逻辑：FPGA : A42MX09 辅助控制：MCU: AT89S8252
③数值越小，截止频率越高，速度反馈响应越快。如 果需要较高的速度响应，可以适当减小设定值。
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最大输出转矩设置
指令脉冲输入
OA+
OA分频器
13 21 22 A相脉冲输入
伺服准备好 伺服报警 位置到位 V DC 12~24V 机械制动释放 转矩限制中 PR09选择 零速检出 PR0A选择
35 34
S-RDY+
OB+ 48 49 OB23 OZ+ OZ- 24 46 47 25
B相脉冲输入 C相脉冲输入
S-RDY37 ALM+ 36 ALM39
Βιβλιοθήκη Baidu
R2 510欧
20 26 47 28 48 3 4 5 6 7 8 12
CNC
U V W PE
6 7 8 9
UZ VZ WZ
MS
3~
PG
CN2 24V X20 X17
49 41 43 OUT-PWR S-RDY A-RDY
A /A B /B Z /Z 9,12 +5V 17,19 10,11 0V 0V 16,18,20 +5V FG 3 4 5 6 7 8
RVVP 6*2*0.14 蓝 棕 绿 紫 白 黄 红 黑 A /A B /B Z /Z +5V 0V FG
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HSV-20D(S)接线
1、电源模块标准接线
2、位置控制方式标准接线
3、速度控制方式标准接线
1、电源模块标准接线
三相 AC380V 主回路电源输入 直流母线电压输出 L1 L2 L3 P N PE R XT1 S HSV-20P T P 电源模块 N PB BK2 遍 BK1 B 220A 220B T1 复位 就绪 电源准备好 外部 24V 输入 故障连锁 RST POWOK DCRDY 24V 24V-GND PWROK1 PWROK2
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5. 低速大转矩，过载能力强 一般来说，伺服驱动器具有数分钟甚 至半小时内1.5倍以上的过载能力，在短时间 内可以过载4～6倍而不损坏。
6. 可靠性高 要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、 工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振 动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。
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对电机的要求
1、从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要 小，尤其在低速如0.1r/min或更低速时，仍有平稳的 速度而无爬行现象。 2、电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速 大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内 过载4～6倍而不损坏。 3、为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯 量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和 启动电压。 4、电机应能承受频繁启、制动和反转。
门极驱动电路
FPGA A42MX09
DSP ADMC401
RS232 串行口
键盘及 显示
I/O 控制
第二编码器 输入接口
脉冲输 入接口
模拟量 接口
编码器 输出接口
HSV-20P电源模块结构图
XT1 R S T PE 三相整流桥 T1 RST POWOK DCRDY 24V 24V-GND PWROK1 输入输出 其它监测信号 微 控 PWROK2 制 器 XT2 220A A 220B B 控制 电源 状 态 显 示 光电隔离 母线电压监测 N PB BK2 BK1 直流电抗器 晶闸管 制动控制 保险 软启动电阻 内部制动电阻 止 XT1 P
伺服驱动器
孙海亮
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主要内容：
一、伺服驱动器的种类及结构 二、伺服驱动器发展趋势 三、 伺服驱动器的原理： 四、伺服驱动器的接线： 五、 与伺服调节有关的参数及部分实验 六、 进给伺服常见报警
七、进给伺服驱动系统常见故障及处理
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一、伺服驱动器的种类及结构
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伺服驱动器的内部结构
10K
10K 1K 1K CNI/F
41 COMFG
SPM 43 42 IM
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松下伺服驱动器I/F速度控制接线图
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松下伺服驱动器I/F位置控制接线图
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三洋伺服系统与数控系统连接图
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五、 与伺服调节有关的参数
位置比例增益
①设定位置环调节器的比例增益。 ②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。但数值太大可能会引起振 荡或超调。 ③参数数值由具体的伺服系统型号和负载情况确定。
16C550 电平变换
输出
RS232串行接口
模拟接口
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整流电源
逆变器 霍尔元件
L1 三相 380V L2 电源 L3
三 相 整 流 器
软 动 泵 控 电
起 及 生 制 路
直流公 共母线
IPM 逆变 器
PMSM MOTOR
ia ib
220V 控制 电源
开关电源 开关电源 89C51ED2-IM 单片机
37 15 50 SRV-ON A-RST CONT-COM
S
T
RVV2X0.5 4 5 RVV 5X0.5
8
T r t
220A 220B AC SERVO MOTOR
UZ VZ WZ PE (红) (白) (黑) (绿/黄)
21
V-REF SG F-PC /F-PC R-PC /R-PC OA+ OAOB+ OBOZ+ OZGND
HSV-20P 电源模块 R 三相 380V S 电源 T 三 相 整 流 器 软 动 泵 控 电 直流公共母线 P 起 及 生 N 制 路 逆变器 霍尔元件
SPINDLE (SERVO) MOTOR
IPM 逆变器
ia
ib PG
220V 控制 电源
开关电源 开关电源 MPU AT89S8252
故障检 测电路
（2） 功率电路 整流：三相整流桥 逆变：智能功率模块 电源：开关电源。
IPM 三相220V + PMSM
单相220V
PG 开关电源 保护电路 光耦 驱动
显示、按键
26LS32
EPROMM
6 FPGA DSP (ADSP2181) AD7888
编码器 输入接口
X25163
26LS31 光耦 5 编码器 输出信号 光耦 8 输入 光耦 2 脉冲接口
2、位置控制方式标准接线
3、速度控制方式标准接线
注意事项
（1）直流母线强电P1，N1由电源模块提供,千万不能接反。 （2）在有多个驱动模块级联使用时，直流母线P2，N2联接 另一台驱动模块。 （3）连接图中的主轴电机是以登奇电机为例。
注:图中的“壳”指的是接线插头的金属外壳,电缆屏蔽线 必须与外壳相连。制作时，先解开网状屏蔽，使其互不 相绕，再取其部分缠成线，其余部分剪除，然后将缠成 线的屏蔽套上套管，露出线头焊接至插头的金属外壳。 焊锡不要过多，应保证插头护罩能够盖上。
功率电路结构
功率电路采用模块式设计，三相全桥整 流部分和交-直-交电压源型逆变器通过公共直 流母线连接。三相全桥整流部分由电源模块来 实现，为避免上电时出现过大的瞬时电流以及 电机制动时产生很高的泵升电压，设有软启动 电路和能耗泄放电路。逆变器采用智能功率模 块来实现。
HSV-20D交流伺服系统结构图
2、HSV-20S交流主轴驱动器原理
HSV-20S交流主轴驱动器以高性能数 字信号处理器DSP ADMC401 为控制核心, 以智能功率模块IPM为逆变器开关元件， 控制算法采用基于转子磁场定向的转差 频率矢量控制，实现了电流控制、速度 控制和位置控制。
规格及特点：
①. 25A、50A、75A、100A四个型号