文章標(biāo)題:數(shù)控彈簧機(jī)上伺服驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用 |
作者:amwgogll 發(fā)表時(shí)間:2012-11-9 11:09:35 |
一、引言
近年來,交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。交流伺服系統(tǒng)的性能日漸提高,價(jià)格日趨合理。與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比,伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自帶編碼器,可以反饋位置信號(hào),精度更高,不存在丟步的現(xiàn)象;伺服驅(qū)動(dòng)為恒轉(zhuǎn)矩控制,步進(jìn)驅(qū)動(dòng)為恒功率控制,隨著轉(zhuǎn)速升高,步進(jìn)電機(jī)輸出的扭力迅速衰減,伺服驅(qū)動(dòng)不存在上述情況,在0到額的轉(zhuǎn)速之間,都可以輸出額定扭矩,因此伺服驅(qū)動(dòng)可以應(yīng)用于高速場合。
二、應(yīng)用環(huán)境
某工廠生產(chǎn)數(shù)字彈簧機(jī)設(shè)備,采用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),加工速度****為150個(gè)工件/分鐘。為了提高加工速度,與深圳市研控自動(dòng)化科技有限公司合作,采用研控公司的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造現(xiàn)有設(shè)備。試驗(yàn)機(jī)型為兩軸電腦壓簧機(jī),改造后參數(shù)如表1所示:
線徑Φ0.15~1.0mm
外徑Φ20mm
****送線速度150m/min
****送線長度無限
加工速度500工件/min
送線指令±0.1~±9999.99
凸輪指令±0.1°~±359.9°
改造前,加工速度只有150工件/分鐘,改造后的加工速度達(dá)到了500工件/分鐘,速度提高330%以上,而由改造帶來的總成本的增加不足1%,極大的提高了產(chǎn)品的性價(jià)比。
三、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型
原設(shè)備使用的是研控YKA2811MA細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和YK110HB115-06A步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)參數(shù)如表2所示:
型號(hào)步距角
( °)電機(jī)長度
(mm)保持轉(zhuǎn)矩
(N.m)額定電流
(A)轉(zhuǎn)子慣量
(g.cm2)電機(jī)重量
(Kg)
YK110HB150-06A1.8150216109006
要替代現(xiàn)有電機(jī),首先替換后電機(jī)的轉(zhuǎn)矩要達(dá)到現(xiàn)有電機(jī)的水平。由上表中數(shù)據(jù)可知,步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩為21N.m,但是不必選擇額定轉(zhuǎn)矩為21N.m的交流伺服電機(jī)替代步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩是電機(jī)轉(zhuǎn)速為0時(shí)的轉(zhuǎn)矩,是步進(jìn)電機(jī)能夠達(dá)到的****轉(zhuǎn)矩,隨著轉(zhuǎn)速的升高,步進(jìn)電機(jī)輸出的扭矩將衰減,步進(jìn)電機(jī)矩頻曲線如圖2所示。而交流伺服電機(jī)的特性是在0到額定轉(zhuǎn)速之間,電機(jī)的扭矩恒定不變。設(shè)備的實(shí)際負(fù)載小于6N.m。
其次,選型速度。設(shè)備由共有兩軸——切刀軸和送線軸。切刀軸通過凸輪帶動(dòng)切刀,每轉(zhuǎn)一周,加工一個(gè)工件,切刀軸轉(zhuǎn)速在500r/min左右;送線軸每轉(zhuǎn)送線長度為144mm,要達(dá)到150m/min的送線速度,要求送線軸電機(jī)轉(zhuǎn)速為1042r/min。
另外,慣量選型。負(fù)載慣量與電機(jī)慣量的比值稱為慣量比。慣量比的大小影響系統(tǒng)的起停性能。設(shè)備工作狀態(tài)為頻繁起停,每加工一個(gè)工件就有一個(gè)啟動(dòng)停止過程。當(dāng)加工速度達(dá)到****值時(shí),電機(jī)每分鐘起停500次。為了獲得良好的起停性能,慣量比應(yīng)選擇小一些,本次選擇在3:1左右。
根據(jù)以上規(guī)則,選擇驅(qū)動(dòng)器型號(hào)YKPSDD_10A5D,電機(jī)參數(shù)如表3所示。由于伺服電機(jī)帶有光電編碼器,所以電機(jī)長度有所增加。編碼器精度為2500線,驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部經(jīng)過4倍頻,使得伺服的脈沖當(dāng)量為0.036°,是步進(jìn)電機(jī)的50倍。
表3:
型號(hào)電機(jī)長度(mm)額定轉(zhuǎn)速
(r/min)額定轉(zhuǎn)矩
(N.m)額定電流
(A)轉(zhuǎn)子慣量
(g.cm2)電機(jī)重量
(Kg)
YK110ST-0602021720006676006.7
單純從力矩的角度上講,原步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1200r/min時(shí),轉(zhuǎn)矩仍在6N.m左右,滿足驅(qū)動(dòng)的要求,但是步進(jìn)電機(jī)的加速能力不行。當(dāng)加工速度為500工件/分鐘時(shí),電機(jī)啟動(dòng)停止的時(shí)間非常短暫,沒有足夠的時(shí)間給步進(jìn)電機(jī)加速到1000r/min,出現(xiàn)丟步的現(xiàn)象,而伺服電機(jī)卻可以成功的完成加速。
四、參數(shù)調(diào)節(jié)
按說明書正確接線。為了測試連線是否存在故障,首先進(jìn)入測試模式運(yùn)行。研控伺服提供兩種測試模式,可以分別測試位置控制模式和速度控制模式。經(jīng)過測試,確認(rèn)機(jī)械連接和電氣連接正常。下一步將連接上位機(jī)運(yùn)行。上位機(jī)完成對(duì)兩軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的計(jì)算,將運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以脈沖的形式傳輸?shù)剿欧?qū)動(dòng)器,由伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)執(zhí)行上位機(jī)的運(yùn)算結(jié)果。彈簧機(jī)的控制系統(tǒng)框圖如圖3所示:
以100工件/分鐘的速度運(yùn)行,運(yùn)行正常。繼續(xù)增加加工速度,當(dāng)加工速度達(dá)到370工件/分鐘時(shí),出現(xiàn)倒線的現(xiàn)象,即轉(zhuǎn)子位置超過了停止位置,然后向后退回,這是由于驅(qū)動(dòng)器剛性不夠,需要調(diào)節(jié)參數(shù),改善性能。對(duì)系統(tǒng)性能影響較大的幾個(gè)參數(shù)為位置比例增益、速度積分時(shí)間常數(shù)、位置比例增益、位置前饋增益。
(1) [速度比例增益](參數(shù)PA-5)的設(shè)定值,在不發(fā)生振蕩的條件下,盡量設(shè)定得較大。設(shè)定值越大,剛性越強(qiáng),但是設(shè)定過大,可能會(huì)產(chǎn)生振蕩。一般情況下,負(fù)載慣量越大,[速度比例增益]的設(shè)定值應(yīng)越大。
(2) [速度積分時(shí)間常數(shù)](參數(shù)PA-6)的設(shè)定值,根據(jù)給定的條件,盡量設(shè)置得較大。[速度積分時(shí)間常數(shù)]設(shè)定的太大時(shí),響應(yīng)速度將會(huì)提高,但是容易產(chǎn)生振蕩。所以在不發(fā)生振蕩的條件下,盡量設(shè)置的較大。[速度積分時(shí)間常數(shù)]設(shè)定的太大時(shí),在負(fù)載變動(dòng)的時(shí)候,速度將變動(dòng)較大。一般情況下,負(fù)載慣量越大,[速度積分時(shí)間常數(shù)]的設(shè)定值應(yīng)越小。
(3) [位置比例增益](參數(shù)PA-9)的設(shè)定值,在穩(wěn)定范圍內(nèi),盡量設(shè)置得較大。[位置比例增益]設(shè)置得太大時(shí),位置指令的跟蹤特性好,滯后誤差小,但是在停止定位時(shí),容易產(chǎn)生振蕩。
(4) 如果要求位置跟蹤特性特別高時(shí),可以增加[位置前饋增益]設(shè)定值。但如果太大,會(huì)引起超調(diào)。
根據(jù)以上調(diào)節(jié)規(guī)律,將速度比例增益從52增大到80,問題解決,一直到500工件/分鐘的加工速度,沒有出現(xiàn)倒線的現(xiàn)象。
五、總結(jié)
得益于研控交流伺服驅(qū)動(dòng)器針對(duì)不同場合預(yù)置了不同參數(shù),整個(gè)參數(shù)調(diào)試的過程簡化了很多。彈簧機(jī)的送線軸工作在頻繁啟停的狀態(tài),對(duì)交流伺服來說,這是一種嚴(yán)苛的工作環(huán)境。研控伺服在彈簧機(jī)上的成功應(yīng)用,充分證明了研控產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì)。 |
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