关于伺服驱动系统的一些问答知识

1.伺服电机会丢步或走不准吗？

 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。

  2.当机械运动装置运行的尺寸不对时，如何确定问题所在？

 驱动器提供了完善的监视方式，通过监视方式可方便地找出问题所在。

 当机械运动装置运行的尺寸不对时，主要问题集中在三个方面：上位机发出的命令正确与否和驱动器命令接收的正确与否；机械间隙；驱动器参数。

 进入驱动器监视方式中的位置指令显示（dP-CPo.、dP-CPo)，记录这两个数据的初始值，然后让上位机发给驱动器N个脉冲。N个脉冲发完后，dP-CPo.和dP-CPo的总值应增加N个或减少N个（增加或减少与电机的旋转方向有关）值。例：初始值dP-CPo.=0000000000，dP-CPo=12345，总值为000000000012345，当上位机发了100个脉冲后，dP-CPo.应为0000000000，dP-CPo应为12445或12245。

 如果驱动器在N个脉冲发完后，显示的数据不是上述规律时，则说明可能是上位机发出的脉冲有错误，或者驱动器没有收到全部的脉冲，甚至由于干扰多收了脉冲。检查上位机，检查信号线，检查驱动器。

 如果驱动器在N个脉冲发完后，显示的数据是上述规律，表明驱动器正确的收到了上位机发出的全部信号。这时，应进入进入EP100驱动器监视方式中的一转中转子绝对位置（脉冲）显示（dP-APo），记录数据的初始值，然后让上位机发给驱动器N个脉冲。N个脉冲发完后，dP-APo的数值应是，初始值增加或减少N个脉冲×电子齿轮比的结果值（增加或减少与电机的旋转方向有关）。例：dP-APo的初始值为1234，电子齿轮比为2：1，当上位机发了100个脉冲后，dP-APo应为1434或1034。

 如果驱动器在N个脉冲发完后，显示的数据不是上述规律时，则应检查电子齿轮比。

 如果驱动器在N个脉冲发完后，显示的数据是上述规律时，则问题多出在机械间隙方面。

 3.伺服电机编码器A、B、Z、U、V、W信号起什么作用？

 伺服电机编码器提供的A、B、Z信号，是提供给驱动器，用于测量电机转速和转角的。A、B信号每转脉冲数（线数）是一样的，Z信号每转一个脉冲，为基准信号。U、V、W信号提供给驱动器，用于测量伺服电机磁性。

 驱动器提供与伺服电机同步的A、B、Z信号，供客户使用，其波形图如下：

  伺服电机编码器信号均为差分输出方式。差分输出方式是一种适用于长线驱动，并且抗干扰能力强的电路形式。EP100驱动器A、B信号均为差分输出方式，Z信号输出有差分与集电极开路输出二种方式。请按输出方式接线及确定接收信号的器件。

  4.伺服电机“零点”是什么含义？

  伺服电机是采用矢量控制原理来进行控制和驱动的。矢量控制要求电机的Id轴为零（Id=0），为此电机制造厂家在电机出厂前，要将该电机按配套驱动器的零点要求，将电机的Id轴调整为零。不是所有的伺服电机的零点与所有的驱动器零点的要求都一至。

  伺服电机的零点如果误差太大，轻者电机无功电流增大，转矩并未与电流的增大而增大，电机表现转矩不够（无力），重者电机不能运行。所以，请客户不要自行调整编码器的机械安装位置与角度。

  5.伺服电机的A、B、C绕组引线为何要与驱动器的U、V、W引线相对应连接？

  伺服电机的绕组引线与电机的零点有关，与驱动器反馈极性有关，如不对应相接，或者电机不运行（零点不对），或者电机会产生飞车（由负反馈变成正反馈）。所以，必须与驱动器相应端子连接。

  6.编码器线数为2500线，为何伺服电机的分辩率为0.036度？

  由于伺服驱动器采用了四倍频技术，使编码器的脉冲数倍频至10000，所以，伺服电机的分辩率为0.036度。

  7.型号代码参数与伺服电机的关系

 伺服电机内存了华大电机厂伺服电机全部的电机参数，当伺服驱动器对伺服电机进行精确控制时，在控制算法中需使用电机的参数，所以，每台驱动器驱动的伺服电机，应该是使用了该电机的参数，即驱动器的型号代码参数中电机型号，应是当前控制的电机型号，否则电机的运行效果会不佳。

  因为伺服驱动器内存了ST-M系列伺服电机全部的电机参数，所以，只要该驱动器的容量满足了电机电流的要求、及客户对过载的要求，驱动器与电机可以互换，但必须保证驱动器的型号代码参数是当前电机的型号，如果不符，请修改型号代码，并使用驱动器恢复缺省功能，详情请参见伺服电机驱动器使用说明书。

  8.驱动器对电机的控制方式主要有几种？

 伺服驱动器对ST-M系列伺服电机的三种主要的控制方式为：位置控制、速度控和转矩控制。

  位置控制方式的特点，是驱动器对电机的转速、转角和转矩均于控制，上位机对驱动器发脉冲串进行转速与转角的控制，输入的脉冲频率控制电机的转速，输入的脉冲个数控制电机旋转的角度。脉冲频率f与电机转速n（rpm）、脉冲个数P与电机旋转角度ß的关系参见下式：

   式中：G—电子齿轮比

  速度控制方式的特点，是驱动器仅对电机的转速和转矩进行控制，电机的转角由上位机取驱动器反馈的A、B、Z编码器信号进行控制，上位机对驱动器发出的是模拟量（电压）信号，范围为+10V～-10V，正电压控制电机正转，负电压控制电机反转，电压值的大小决定电机的转数。

  转矩控制方式的特点，是驱动器仅对电机的转矩进行控制，电机输出的转矩不在随负载变，只听从于输入的转矩命令，上位机对驱动器发出的是模拟量（电压）信号，范围为+10V～-10V，正电压控制电机正转，负电压控制电机反转，电压值的大小决定电机输出的转矩。电机的转速与转角由上位机控制

9.什么是电子齿轮比？

  脉冲当量：数控装置每就化一个最小数字单位时，要求相应的机械装置有一个设定的长度或角度的相应变化，称为脉冲当量。

  当机械装置的传动比不能满足数控装置脉冲当量的要求时，EP100系列伺服驱动器可提供电子齿轮比，来配合数控装置与机械传动比之间的关系，满足数控装置所需要的脉冲当量。它起到了一个输入与输出变比的作用。电子齿轮比仅在位置控制中起作用。

  电子齿轮比数值设置过大，会降低伺服电机的运行状态。

  电子齿轮比设置方法，请参见伺服电机驱动器使用说明书。

  10.驱动器输入的工作电压，是用三相AC220V，还是单相AC220V？

 伺服驱动器的工作电压为AC220V。驱动器在配置小转矩的伺服电机时（2Nm、4Nm、5Nm)，可采用单相AC220V电源对驱动器供电，但驱动器驱动大转矩的伺服电机时，必须要三相AC220V电源对驱动器供电。

  为了提高驱动器工作的可靠性及防止驱动器对数控装置的干扰，请客户采用变压器，对驱动器提供三相AC220V电源。

  11.伺服驱动器速度环、位置环参数调整的原则是什么？

  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。伺服驱动器相应的参数编号为：速度环比例增益（PA5）、速度环积分时间常数（PA6）及位置环比例增益（PA9）。

  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。伺服驱动器在出厂时，针对适配的每种规格的ST-M系列伺服电机，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Jl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。