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論壇公告: 中國步進電機應用網:http://using.zgbjdj.com/
  文章標題:數控彈簧機上伺服驅動器的應用
回復文章
作者:amwgogll  發表時間:2012-11-9 11:09:35
一、引言
近年來,交流伺服驅動系統的應用越來越廣泛。交流伺服系統的性能日漸提高,價格日趨合理。與步進驅動系統相比,伺服驅動系統自帶編碼器,可以反饋位置信號,精度更高,不存在丟步的現象;伺服驅動為恒轉矩控制,步進驅動為恒功率控制,隨著轉速升高,步進電機輸出的扭力迅速衰減,伺服驅動不存在上述情況,在0到額的轉速之間,都可以輸出額定扭矩,因此伺服驅動可以應用于高速場合。
二、應用環境
某工廠生產數字彈簧機設備,采用步進驅動系統,加工速度****為150個工件/分鐘。為了提高加工速度,與深圳市研控自動化科技有限公司合作,采用研控公司的交流伺服驅動系統改造現有設備。試驗機型為兩軸電腦壓簧機,改造后參數如表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%,極大的提高了產品的性價比。
三、伺服驅動系統選型
原設備使用的是研控YKA2811MA細分步進驅動器和YK110HB115-06A步進電機。步進電機參數如表2所示:
型號步距角
( °)電機長度
(mm)保持轉矩
(N.m)額定電流
(A)轉子慣量
(g.cm2)電機重量
(Kg)
YK110HB150-06A1.8150216109006

要替代現有電機,首先替換后電機的轉矩要達到現有電機的水平。由上表中數據可知,步進電機的保持轉矩為21N.m,但是不必選擇額定轉矩為21N.m的交流伺服電機替代步進電機。步進電機的保持轉矩是電機轉速為0時的轉矩,是步進電機能夠達到的****轉矩,隨著轉速的升高,步進電機輸出的扭矩將衰減,步進電機矩頻曲線如圖2所示。而交流伺服電機的特性是在0到額定轉速之間,電機的扭矩恒定不變。設備的實際負載小于6N.m。
其次,選型速度。設備由共有兩軸——切刀軸和送線軸。切刀軸通過凸輪帶動切刀,每轉一周,加工一個工件,切刀軸轉速在500r/min左右;送線軸每轉送線長度為144mm,要達到150m/min的送線速度,要求送線軸電機轉速為1042r/min。
另外,慣量選型。負載慣量與電機慣量的比值稱為慣量比。慣量比的大小影響系統的起停性能。設備工作狀態為頻繁起停,每加工一個工件就有一個啟動停止過程。當加工速度達到****值時,電機每分鐘起停500次。為了獲得良好的起停性能,慣量比應選擇小一些,本次選擇在3:1左右。
根據以上規則,選擇驅動器型號YKPSDD_10A5D,電機參數如表3所示。由于伺服電機帶有光電編碼器,所以電機長度有所增加。編碼器精度為2500線,驅動器內部經過4倍頻,使得伺服的脈沖當量為0.036°,是步進電機的50倍。
表3:
型號電機長度(mm)額定轉速
(r/min)額定轉矩
(N.m)額定電流
(A)轉子慣量
(g.cm2)電機重量
(Kg)
YK110ST-0602021720006676006.7

    單純從力矩的角度上講,原步進電機轉速達到1200r/min時,轉矩仍在6N.m左右,滿足驅動的要求,但是步進電機的加速能力不行。當加工速度為500工件/分鐘時,電機啟動停止的時間非常短暫,沒有足夠的時間給步進電機加速到1000r/min,出現丟步的現象,而伺服電機卻可以成功的完成加速。
四、參數調節
   按說明書正確接線。為了測試連線是否存在故障,首先進入測試模式運行。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。經過測試,確認機械連接和電氣連接正常。下一步將連接上位機運行。上位機完成對兩軸的運動狀態的計算,將運動狀態以脈沖的形式傳輸到伺服驅動器,由伺服驅動器驅動伺服電機執行上位機的運算結果。彈簧機的控制系統框圖如圖3所示: 
 
 以100工件/分鐘的速度運行,運行正常。繼續增加加工速度,當加工速度達到370工件/分鐘時,出現倒線的現象,即轉子位置超過了停止位置,然后向后退回,這是由于驅動器剛性不夠,需要調節參數,改善性能。對系統性能影響較大的幾個參數為位置比例增益、速度積分時間常數、位置比例增益、位置前饋增益。
  (1) [速度比例增益](參數PA-5)的設定值,在不發生振蕩的條件下,盡量設定得較大。設定值越大,剛性越強,但是設定過大,可能會產生振蕩。一般情況下,負載慣量越大,[速度比例增益]的設定值應越大。 
  (2) [速度積分時間常數](參數PA-6)的設定值,根據給定的條件,盡量設置得較大。[速度積分時間常數]設定的太大時,響應速度將會提高,但是容易產生振蕩。所以在不發生振蕩的條件下,盡量設置的較大。[速度積分時間常數]設定的太大時,在負載變動的時候,速度將變動較大。一般情況下,負載慣量越大,[速度積分時間常數]的設定值應越小。 
(3) [位置比例增益](參數PA-9)的設定值,在穩定范圍內,盡量設置得較大。[位置比例增益]設置得太大時,位置指令的跟蹤特性好,滯后誤差小,但是在停止定位時,容易產生振蕩。 
 (4) 如果要求位置跟蹤特性特別高時,可以增加[位置前饋增益]設定值。但如果太大,會引起超調。 
根據以上調節規律,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,沒有出現倒線的現象。
 
五、總結
得益于研控交流伺服驅動器針對不同場合預置了不同參數,整個參數調試的過程簡化了很多。彈簧機的送線軸工作在頻繁啟停的狀態,對交流伺服來說,這是一種嚴苛的工作環境。研控伺服在彈簧機上的成功應用,充分證明了研控產品的優良品質。

 

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