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新川伺服使用常见问题解答连载1
专栏:新川伺服使用常见问题解答连载
发布日期:2018-05-24
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新川伺服使用常见问题解答连载1.pdfQ1通用伺服系统一般有几种控制模式?每种模式在什么情况下使用?X6控制模式由哪个功能码设置?答:按照伺服驱动器的命令方式与运行特点,可分为三种运行模式,即位置控制运行模式、速度控制运行模式、转矩控制运行模式等。位置控制模式一般是通过脉冲的个数来确定移动的位移,外部输入的脉冲频率确定转动速度的大小。由于位置模式可以对速度和位置严格控制,所以一般应用于定位装置。是...

新川伺服使用常见问题解答连载1.pdf

Q1通用伺服系统一般有几种控制模式?每种模式在什么情况下使用?X6控制模式由哪个功能码设置?

答:按照伺服驱动器的命令方式与运行特点,可分为三种运行模式,即位置控制运行模式、速度控制运行模式、转矩控制运行模式等。

位置控制模式一般是通过脉冲的个数来确定移动的位移,外部输入的脉冲频率确定转动速度的大小。由于位置模式可以对速度和位置严格控制,所以一般应用于定位装置。是伺服应用最多的控制模式,主要用于机械手、贴片机、雕铣雕刻、数控机床等。

速度模式是通过模拟量输入或数字量给定、通讯给定控制转动速度,主要应于一些恒速场合。如模拟量雕铣机应用,上位机采用位置控制,伺服驱动器采用速度控制模式。

转矩控制方式是通过即时改变模拟量的设定或以通讯方式改变对应的地址数值来改变设定的力矩大小。主要应用在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中,例如绕线装置或拉光纤设备等一些张力控制场合,转矩的设定要根据缠绕半径的变化随时更改,以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。

X6伺服通过Pn000来设置控制模式。当Pn000=1时为速度模式,当Pn000=0时为位置模式,当Pn000=2时为力矩模式。

Q2伺服电机为何必须要使能Servo on之后才可以动作?X6伺服系统有哪几种使能方式?

答:伺服驱动器并不是在通电后就会输出电流到电机,因此电机是处于放松的状态(手可以转动电机轴)。伺服驱动器接收到Servo on信号后会输出电流到电机,让电机处于一种电气保持的状态,此时才可以接收指令去动作,没有收到指令时是不会动作的即使有外力介入(手转不动电机轴),这样伺服电机才能实现精确定位。

X6有三种伺服使能方式

1.  将Fn000设置为1,伺服即可使能;

2.  伺服默认输入端子X1为伺服使能作用,可以通过设置Pn408=00001,使X1端子反逻辑闭合,伺服使能生效,且断电重启仍然有效;

3.  伺服默认输入端子DI1为伺服使能作用,X端子使用内部24V时,将DI1与COM端子短接,伺服即可使能。

Q3伺服系统包括哪几个部分?

答:完整的伺服系统应是能单独运行的最小系统,由伺服驱动器、伺服电机及连接两者之间的动力电缆和编码器线缆组成。

Q4伺服在运行中,出现啸叫,请问这可能是由哪些原因造成的?

答:这有可能是伺服三环增益不匹配造成的,当伺服增益过大时可能导致系统震荡啸叫,请尝试减小速度增益P5-04,加大速度积分时间常数P5-05,如果仍然不正常,请检查电机的相序是否正确。

Q5伺服电机带负载运行一下停下来会来回晃动是什么原因?

答:负载惯量太大。请尝试减小速度增益Pn101,加大速度积分时间常数Pn102,减小位置增益Pn100。

Q6伺服驱动器输出到电机的UVW三相是否可以互换?

答:不可以,伺服驱动器到电机UVW的接法是唯一的。普通异步电机输入电源UVW两相互换时电机会反转,事实上伺服电机UVW任意两相互换电机也会反转,但是伺服电机是有反馈装置的,这样就出现正反馈会导致电机飞车。

相序错误的情况下,伺服驱动器可能会报超速E17,过流E01/E1E/E11等报警。

Q7伺服驱动器输入电源是否可接单相220V 

答:X6伺服1.5KW(驱动器额定电流10A)以下可接单相/三相220V电源,1.5KW(含)以上只能接三相220V电源。三相电源整流出来的直流波形质量更好,质量不好的直流电源会消耗母线上电容的能量,电机急加减速时电容会对母线充放电来保持母线电压稳定,因此三相电源输入比单相电源输入伺服的特性会好一些,三相电源输入提供的电流也更大。

Q8伺服电机长期在额定转速以上工作是否有问题?

答:每台电机都有相应的特性曲线,额定转速以上伺服电机的输出扭矩肯定是小于额定转速以下的。另外长期在额定转速以上运行电机机械部分寿命会受影响。

Q9如果需要伺服电机转一圈让伺服驱动器反馈5000个脉冲(AB4倍频后)给上位控制器,参数Pn021应该怎样设定?

答:1250。

Q10当伺服发生报警时,是否可以在不断电的情况下清除报警?

答:只有少数报警需要重新上电才能清除,大多数报警可以通过DI清除,还有少数报警在条件满足后会自动清除,具体请参考技术手册第八章。

Q11在外部位置模式(Pt)下伺服参数中的加减速时间设定是否起作用?

答:位置S曲线加减速时间Pn703、Pn704只在内部多段位置模式(Motion)时有用。

Q12伺服工作在扭矩模式下时,如果电机被外力带着与电机出力相反的方向长时间运行是否会造成电机损坏?

答:这种运行状况不会造成电机损坏。

Q13PLC通过脉冲+方向的方式控制伺服时,电机始终只能朝一个方向转会是什么原因?

答:①参数脉冲型式设置错误,设为AB相脉冲或CW/CCW脉冲就会出现这种情况;②接线错误导致驱动器没有收到方向信号;③驱动器接受方向信号的光耦烧坏,这个回路正常输入电压是5V,如果不小心把12V或24V脉冲信号接进来,因为方向信号基本是常ON所以比接收脉冲的回路容易烧坏。

Q14伺服电机带负载停下来时会晃动,感觉电机力不够停不下来,如果换带刹车的电机是不是会好一些?

答:伺服电机自带的刹车不是用来让电机减速的,是用于在断电的情况下防止电机轴受外力影响转动,比如垂直安装的场合。

Q15X6伺服使用的环境温度是怎样?零下20摄氏度是否可以工作?

答:X6伺服驱动器使用环境温度0~50摄氏度,伺服电机使用环境温度0~40摄氏度。如果环境温度高于这个范围必要加强空气流动保证散热。零下20摄氏度时我们不保证伺服能正常工作,需要用户自己去试验。

Q16X6伺服驱动器模拟量输入的分辨率是多少?

答:-10v~10v为12bit。

Q17在正常使用时因为启停频率很高导致电机温度很高,这样长期使用电机是否会损坏?

答:伺服电机编码器温度达到85摄氏度以上时就会损坏。伺服电机转子温度达到130摄氏度以上就会出现退磁现象,因为伺服电机里外的温差,差不多电机本体表面温度85摄氏度时电机内部温度130度。在伺服电机起停频繁的场合,可能出现伺服电机温度很高的情况,此时需要在外部采取强制冷却的措施。

Q18如果想替换一台普通的1KW四极异步电机应该选择多大功率伺服电机?

答:普通异步电机与伺服电机之间没有简单的对应关系,基本上可以说两者控制要求完全不一样。这种情况下只能通过计算负载的惯量/扭矩/转速等方式来选择伺服电机。

Q19如果想替换一台保持转矩为10N.m的步进电机应该选多大扭矩的伺服电机?

答:保持转矩是指步进电机通电但没有转动时,定子锁住转子的力矩。通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩,步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减。因为步进电机没有过载能力,一般我们选一款额定扭矩是步进电机扭矩三分之一的伺服电机即可。

Q20伺服在开机工作时都很正常,在断电时控制器也没发脉冲,为什么伺服电机会动一下?

答:断电瞬间可能有高频杂波通过控制线进入伺服驱动器,如果伺服仍然在servo on的状态就会把杂波当成脉冲指令,因此伺服电机会有动作。

Q21PLC发脉冲给伺服,电机转速在100rpm以下时转速与频率成正比,但发更高频率脉冲时电机转速却下降了,这是什么原因?

答:一般PLC的脉冲输出频率为10K,在伺服没有设电子齿轮比的情况下10000个pulse电机转一圈,10K的指令脉冲电机转速为60rpm。如果没有注意到PLC脉冲输出频率的限制,编程发送更高频率的脉冲就可能导致PLC实际输出脉冲异常。

Q22PLC发脉冲给伺服,电机为什么不转?

答:这种情况下电机不转的原因有很多,需要一级一级排查原因。首先要确认的是通过伺服驱动器JOG电机是否会动作,然后再确认伺服的工作模式/接收脉冲指令型式/接线。

Q23脉冲指令结束电机仍在运行是什么原因?

答:脉冲指令平滑参数Pn322设置过大导致指令严重滞后,会出现指令结束后马达仍在运行的状况。。在电子齿轮比设置比较大时,适当设置参数Pn322可让电机运行更加平稳。

Q24伺服工作在速度模式下通过电位器来调节转速时,当电位器输出电压调到0V电机仍会慢慢转动,这是什么原因?

答:这是因为有零漂,可以通过启动零速钳位功能来解决。

Q25如何估测负载惯量比?

答:通过离线辨识方法辨识负载惯量比,将Fn008设置为1后,电机会来回旋转4次,并将惯量比结果写入Pn004。

Q26选择伺服电机大小时需要考虑哪些因素?

答:连续工作扭矩 < 电机额定扭矩

加速时扭矩     < 电机最大扭矩

负载惯量         < 3倍电机转子惯量

连续工作速度 < 电机额定转速

Q27X6伺服配2500ppr编码器,X6伺服的位置分辨率多少?

答:配2500ppr编码器时,定位精度为正负1个脉冲,对应360/10000=0.036°。

Q29为什么伺服要采用高柔线缆?

答:用户在使用伺服系统过程中可能出现电缆因疲劳而信号异常,尤其是在拖链机内使用的场合。

Q30如果X6伺服运行中出现明显的噪音,请问通过调节哪些参数可以减小噪音?

答:请减小速度增益Pn101,加大速度积分时间常数Pn102

Q31客户要求X6伺服在位置模式下,电机零速停车时间变短,请问如何调节伺服参数?

答:提高伺服的响应,可以加大位置增益Pn100,但同时请加大速度增益Pn101,减小速度积分时间常数Pn102。

Q32位置模式下,为什么加大位置增益后,电机震荡?

答:这是由于三环增益不匹配造成的,在速度环响应跟不上的情况下,仅仅加大位置增益,会导致过冲甚至震荡,因此欲加大位置增益请先加大速度增益。

Q33X6伺服在位置模式下,上位机没有发脉冲电机就开始旋转,请问这是由什么造成的,该如何解决?

答:这是由于伺服位置脉冲受干扰造成的,请仔细检查接线,接地是否可靠。

Q34X6位置模式下,通过哪个功能码监控伺服接收的总脉冲数?通过哪个功能码监控伺服电机已经反馈的脉冲总数?通过哪个功能码监控上位机发送的脉冲频率?

答:在位置模式下,伺服使能情况下,通过监控组参数Un010可以查看伺服接收到的总位置脉冲个数,通过Un012查看,伺服电机走过的总脉冲个数。

Q35为什么加大负载惯量的情况下,伺服在位置模式下零速停车时有过冲(走过头的意思)。

答:负载惯量加大后,为了得到同样的响应,必须加大速度环路的增益。否则位置响应跟不上,就会出现过冲的现象。

Q36制动电阻的作用是什么?

答:伺服电机在减速停车过程中产生的多余能量会导致母线电压会泵升,需要制动电阻来消耗这部分能量。

Q37使用X6伺服控制模式切换功能时,应注意哪些问题?

答:X6要求必须在零速时才可以速度向位置、力矩向位置切换。

Q39Z信号拓宽功能在什么情况下使用?

答:当上位设备不能捕获较窄的Z脉冲,可对其展宽。设Z脉冲的宽度随电机的转速升高而减小,根据实际运行情况调整零位脉冲宽度,方便与各种上位机匹配,注意最好用Z脉冲前沿。

Q40在什么情况下要使用X6的内部位置模式?X6内部位置模式总共有几段点?

答:当用户实现的位置模式动作很简单时可以考虑使用X6伺服的内部多段位置。这样可以省掉PLC等上位机。X6伺服目前支持16段位置。

Q42为什么伺服在雕刻机这类设备上,三个联动轴的伺服位置增益尽量要设置一样?

答:三轴联动的场合,要求三个轴的响应曲线一致,才能实现同步。而位置模式下,只有位置增益一致时,才可以保证响应曲线一致。

Q43在什么情况下,要考虑加入位置前馈增益?

答:客户对位置响应要求极高,通过加大位置增益Pn100已经无法达到要求时,可以考虑采用位置前馈Pn106。

Q44在伺服接线完成及试运行成功后,接下来主要调节哪些参数?

答:试运行成功后,主要是针对客户的要求,调节三环增益以达到客户对响应的要求。

Q45X6电机在空载下,最大正转速和最大负转速差别比较大,请问这是什么原因造成的?应如何解决?

答:这是由于电机编码器零点电角度偏移角误差太大造成的,请联系厂家按照厂家的要求进行电角度自学习步骤。

Q46X6伺服在什么情况下会报E03E04报警?

答:当编码器信号受到干扰时,会报编码器异常报警,包括E03和E04

Q49X6750W驱动器能带200W的电机吗?能带1Kw电机吗?

答:可行。其实可以把驱动器认为是一种特殊的电源,只有电源功率大于电机功率时,电机才能发挥最大能力,所以750W配200W电机可以,但配1KW的话也能跑,但是发挥的功率也只有750W了。

Q50伺服驱动器速度环、位置环参数调整的原则是什么?

答:伺服电机使用效果如何,除了与电机和驱动器的性能有关外,驱动器参数的调整也是一个十分关键的因素。

伺服驱动器主要的性能参数调整有三个:速度环比例增益、速度环积分时间常数、位置环比例增益。X6伺服驱动器相应的参数编号为:速度环比例增益(Pn101)、速度环积分时间常数(Pn102)及位置环比例增益(Pn100)。

速度环比例增益、积分时间常数仅对电机在运行时(有速度)起作用。速度环比例增益的大小,影响电机速度的响应快慢,速度环积分时间常数的大小,影响电机稳态速度误差的大小及速度环系统的稳定性。X6系列伺服驱动器在出厂时,都设有一个缺省值,并形成相应的速度环带宽。缺省值是按轻负载来设置的。当伺服电机带上实际负荷时,由于实际负载转矩和负载惯量与缺省值设置时并不相符,速度环的带宽会变窄,如果此时的速度环带宽满足需求,没有发生电机速度爬行或振荡等现象,可以不调整速度环的比例增益及积分时间常数。如果实际负荷使电机工作不稳定,发生爬行或振荡现象,或者现有的速度环带宽不理想,则需要对速度环的比例增益、积分时间常数进行调整。

速度环参数调整的原则,是保证速度环系统稳定(不振荡)的前提下,允许超调并只有一个超调量不大的波头,使速度环响应最快,并且系统稳定工作。

为了保证系统稳定的工作,应该调整速度环积分时间常数。调整的原则是,负载惯量折算到电机轴上的电机实际带载总惯量与电机转子惯量的倍数越大,速度环积分时间常数的值应增加越大。

速度环积分时间常数的倒数为积分增益。速度环积分时间常数增大,将导至速度环响应变慢。增大速度环比例增益,可在保证系统稳定的前提下,达到较快的响应速度。

速度环积分时间常数的提高,需相应的提高速度环比例增益,以提高速度环的响应时间。这二个参数的调整,是一个反复的过程,需要对负载准确的认识与经验。

速度环比例增益提高的上限是,系统临界振荡点以下。简单的方法是,提高速度环的比例增益,直至系统发生振荡,然后再降低一点速度环的比例增益,即为刚度较好速度环比例增益。

综上,在系统能稳定工作的前提下,较大的速度环比例增益和较小的速度环时间常数,可以获得较好的速度响应。较大的速度环比例增益和过小的速度环时间常数,较容量发生系统振荡,工作不稳定;较小的速度环比例增益和过大的速度环时间常数,电机速度响应低,电机运行易出现爬行状态。

位置环比例增益仅在驱动器工作在位置方式时有效。当伺服电机停止运行时,增加位置环比例增益,能提高伺服电机的锁定刚度。当伺服电机在位置环下运行时,增大与减小位置环比例增益时,位置滞后量将随之变化。

位置环比例增益调整的原则是,在保证位置环系统稳定工作,位置不超差(过冲)的前提下,增大位置环比例增益,以减小位置滞后量。简单的方法是,提高位置环的比例增益,直至系统发生位置超差(过冲),然后再降低一点位置环的比例增益,即为刚度较好位置环比例增益。

速度环比例增益和积分时间常数采用缺省值可以满足需要时,调整位置环比例增益,可以减小位置滞后量,提高位置跟随特性。建议调整位置环比例增益。

多轴同时进行插补运算时,各轴的位置比例增益值应调整为一样。

Q51伺服电机会丢步或走不准吗?

答:伺服电机是通过编码器的反馈,被驱动器进行闭环控制的。驱动器每接收到一个脉冲命令后,驱使电机旋转一个角度,并通过编码器检查电机是否按命令旋转到了给定的角度,如果电机没有按给定的命令旋转,驱动器会立即报警;同时驱动器对编码器在线按约定的编码器参数进行检查,一旦编码器信号出现异常,驱动器会立即报警。所以,当驱动器工作正常时(不报警),伺服电机不可能丢步或走不准。

Q52伺服电机做位置控制定位不准,如何处理

答:① 首先确认控制器实际发出的脉冲当前值是否和预想的一致,如不一致则检查并修正程序;

② 监视伺服驱动器接收到的脉冲指令个数是否和控制器发出的一致,如不一致则检查控制线电缆;

③ 检查伺服指令脉冲模式的设置是否和控制器设置得一致,如CW/CCW还是脉冲+方向;

④ 伺服增益设置太大,尝试重新用手动或自动方式调整伺服增益;

⑤ 伺服电机在进行往复运动时易产生累积误差,建议在工艺允许的条件下设置一个机械原点信号,在误差超出允许范围之前进行原点搜索操作;

⑥ 机械系统本身精度不高或传动机构有异常(如伺服电机和设备系统间的联轴器部发生偏移等)。

Q53如何直观感觉伺服刚性已经很强?

答:安全允许的条件下,用手抓住电机光轴,用一个切向的力,感觉下电机能否容易转动,如果转动越难,说明刚性越大。

Q54为什么伺服主回路电源和辅助回路电源要分开,而变频器不用分开?

答:伺服做位置控制时特殊情况下,客户要求断电后,伺服电机马上停止运转,而如果共母线会导致断电后由于母线电容的存在,伺服电机还在旋转,这是很危险的。


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