電動缸科普—關(guān)于伺服電動缸中伺服基礎(chǔ)知識
瀏覽： 發(fā)布日期：2021-05-12 06:35:54
1 伺服驅(qū)動器制動電阻選擇的問題？
答：制動電阻的問題，這是個大問題。當(dāng)然從工程的角度來講，因為有些東西無法準(zhǔn)確的計算，為安全起見，對于頻繁啟動停止，頻繁正反轉(zhuǎn)的場合，可以簡單的用能量守恒原理來進行計算。而對于制動電阻的阻值選擇的一般規(guī)律是制動電阻的阻值不能夠太大，也不能夠太小，而是有一個范圍的。如果阻值太大的話，簡單點說，假如是無窮大的話，相當(dāng)于制動電阻斷開，制動電阻不起制動的作用，伺服驅(qū)動器還是會報警過電壓；如果阻值太小的話，則制動的時候通過該電阻的電流就將非常大，流過制動功率管的電流也會非常大，會將制動功率管燒毀，而制動功率管的額定電流一般是等同于驅(qū)動管的，所以制動電阻的最小值是不應(yīng)當(dāng)?shù)陀?10/伺服驅(qū)動器的額定電流的（假定伺服驅(qū)動器是三相380V電壓輸入）。另外制動電阻分為兩種：鋁合金制動電阻和波紋制動電阻。當(dāng)然網(wǎng)上資料說兩種制動電阻各有優(yōu)劣，但是我想對于一般的工程應(yīng)用應(yīng)該是都可以的。另外對于變頻器的制動電阻的選擇原理上與伺服驅(qū)動器是相似的。
2 為什么伺服驅(qū)動器加上使能后，所連接的伺服電機的軸用手不能轉(zhuǎn)動？
答：以伺服驅(qū)動器處于位置控制方式為例。運用自動控制的基本原理就可以進行解釋。因為伺服驅(qū)動器加上使能后，整個閉環(huán)系統(tǒng)就開始工作了，但這個時候伺服系統(tǒng)的給定卻為零，假定伺服驅(qū)動器處于位置控制方式的話，那么位置脈沖指令給定則為零，如果用手去轉(zhuǎn)動電機軸的話，相當(dāng)于外部擾動而產(chǎn)生了一個小的位置反饋，因為這個時候的位置脈沖指令給定為零，所以就產(chǎn)生了一個負的位置偏差值，然后該偏差值與伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益的乘積就形成了速度指令給定信號，然后速度指令給定信號與內(nèi)部的電流環(huán)輸出了力矩，這個力矩就帶動電機運轉(zhuǎn)試圖來消除這個位置偏差，所以當(dāng)人試圖去轉(zhuǎn)動電機軸的時候就感覺轉(zhuǎn)動不了。
3 伺服驅(qū)動器電子齒輪比的設(shè)置的問題？
答：這里首先要區(qū)分伺服的控制方式，當(dāng)然這里假定伺服是以接受脈沖的方式來控制的（伺服如果以總線的方式來控制的話，伺服驅(qū)動器就不用設(shè)置電子齒輪比了，但是在上位系統(tǒng)中卻會有另外一個東西需要設(shè)置，這個東西就是脈沖當(dāng)量，本質(zhì)上和伺服驅(qū)動器的電子齒輪比是一回事），然后還有伺服是位置控制方式還是速度控制方式或力矩控制方式的問題，如果伺服是速度控制方式或力矩控制方式的話，顯然電子齒輪比的設(shè)置就失去了意義。也就是說電子齒輪比的設(shè)置僅在位置控制方式的時候才有效。還有個問題就是伺服是作為直線軸還是作為旋轉(zhuǎn)軸來使用。對于繡花機來說，X軸，Y軸，M軸，SP軸都是直線軸，因為大豪上位認(rèn)為是1000個脈沖為一轉(zhuǎn)，所以對于這些軸的電子齒輪比的設(shè)置實際上是機械減速比與8的乘積，而對于D軸，H軸來說，則是旋轉(zhuǎn)軸，大豪上位認(rèn)為8000個脈沖對應(yīng)360度，所以電子齒輪比設(shè)置為8000/360=200/9。對于彈簧機各軸來說，其實也存在直線軸和旋轉(zhuǎn)軸的問題，比如凸輪軸，螺距軸，切刀軸就是旋轉(zhuǎn)軸，而送線軸則是直線軸，不過實際上在伺服驅(qū)動器里電子齒輪比一般設(shè)置為1/1，而將電子齒輪比的功能的設(shè)置放在彈簧機上位上進行，當(dāng)然在彈簧機上位里換了個叫法，叫著解析度，解析度分子的計算，旋轉(zhuǎn)軸（凸輪軸，螺距軸，切刀軸）=360乘以100，直線軸（送線軸）=圓周率乘以直徑乘以100；解析度分母的計算：伺服馬達編碼器的分辨率*信號倍率*齒輪比。
4 伺服電機飛車的問題？
答：伺服電機飛車這種現(xiàn)象比較常見，也的確非常危險，關(guān)于伺服電機飛車的問題主要是四個方面的經(jīng)驗。第一是因為外界干擾引起的伺服電機高速運轉(zhuǎn)，這種情況都是伺服驅(qū)動器為位置脈沖控制方式，主要因為外部接線問題（如接屏蔽，接地等等）和驅(qū)動器內(nèi)部的位置指令濾波參數(shù)設(shè)置問題而引起，這樣的情況在繡花機，彈簧機上經(jīng)常碰到，這種情況姑且也稱為飛車。第二是伺服電機的編碼器零偏（encoder offset）而引起的飛車，究其實質(zhì)是編碼器零位錯誤導(dǎo)致的飛車。第三是伺服驅(qū)動器進行全閉環(huán)控制時，位置環(huán)編碼器故障導(dǎo)致的飛車。編碼器損壞造成的飛車，本質(zhì)上是因為伺服系統(tǒng)沒有位置反饋信號，所以伺服系統(tǒng)的位置偏差是無窮大，從而位置環(huán)輸出的速度指令將是無窮大，于是伺服系統(tǒng)將以速度限制值進行高速旋轉(zhuǎn)，形成飛車；第四種情況則是位置環(huán)編碼器的接線錯誤，具體的就是信號A，A-的接線顛倒導(dǎo)致的。為什么出現(xiàn)這種情況呢，因為位置環(huán)編碼器的接線一般是A，A-，B，B-，如果A，A-（或B，B-）信號接反的話，則形成正反饋，正反饋的后果就是必然導(dǎo)致飛車；第伍是位置偏差沒有清除而導(dǎo)致的飛車，這種情況主要是發(fā)生在伺服驅(qū)動器位置脈沖指令控制下，并且伺服驅(qū)動器進行了力矩限制，力矩限制住后不能有效推動負載，導(dǎo)致位置偏差不斷的累積，當(dāng)解除力矩限制后，伺服系統(tǒng)急于去消除該偏差，以最大加速度去運行，從而導(dǎo)致飛車，當(dāng)然這種飛車不會持久，很快就會報警驅(qū)動器故障。
5 伺服電機選型的問題，究竟什么時候選擇低慣量，什么時候選擇中慣量？
答：通常情況下，為了滿足伺服系統(tǒng)的高響應(yīng)性，一般伺服電機都是選用小慣量的電機，又因為伺服電機的額定輸出力矩（或額定輸出功率）越大一般其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量也越大，所以單純討論電機轉(zhuǎn)動慣量的大小是沒有意義的，真正應(yīng)該討論的是伺服電機的額定輸出力矩與伺服電機的轉(zhuǎn)動慣量的比值，或者說同樣額定輸出力矩（同樣額定輸出功率）的電機的轉(zhuǎn)動慣量的大小。伺服電機一般選擇小慣量的伺服電機以滿足較高的動態(tài)響應(yīng)。當(dāng)然根據(jù)伺服電機的具體應(yīng)用環(huán)境，也可以選擇中慣量，高慣量的伺服電機，比如伺服電機作為主軸，對于快速響應(yīng)的要求不那么高的時候，但對速度控制要求非常精確，并且經(jīng)常要求運行在低速低頻狀態(tài)下，還要求能夠有編碼器仿真信號輸出的時候。而這個時候變頻器卻不能勝任。
6 伺服電機漏電及人體觸電問題？
答：一說起伺服電機漏電就我的實際經(jīng)驗來說，其實就是兩個可能。一種是電磁感應(yīng)產(chǎn)生的漏電，這種情況就是在測試LUST servo c所配的伺服電機的時候，伺服電機的三根相線都連接到驅(qū)動器上了，但是伺服電機的地線沒有連接到伺服驅(qū)動器上，運轉(zhuǎn)伺服電機的時候，觸摸伺服電機導(dǎo)致觸電，觸電原因就是伺服電機外殼感應(yīng)了比較高的電壓，這種情況其實是非常正常的，當(dāng)將伺服電機的地線與驅(qū)動的外殼共同連接到地線或零線上，就不會有觸電的問題了。日系伺服電機我沒有專門試驗過觸電問題，因為通常都會不自覺的將伺服電機的地線和驅(qū)動器的外殼共同連接到零線上，但我想這樣的問題同樣會存在。還有歐系伺服電機與日系伺服電機相比還有另外一個問題，就是歐系伺服電機動力電纜里面多了一根屏蔽線，如果在電機運轉(zhuǎn)時，不小心觸摸到了該屏蔽線，照樣會觸電，所以該屏蔽線也需要連接到驅(qū)動器的外殼；還有一種漏電就是相線的絕緣損毀，導(dǎo)致漏電。安徽滁州的彎箍機就出現(xiàn)了這樣的問題，客戶反映機器一上電啟動完畢，觸摸操作臺就會觸電。這個觸電本質(zhì)上是伺服電機的某相對地短路造成的。通過解體伺服電機后發(fā)現(xiàn)，伺服電機靠近安裝面的一側(cè)的軸承損壞了，固定彈珠的花籃被折斷成好幾根，然后這些個折斷的部分刮掉了伺服電機的定子繞組的絕緣漆，導(dǎo)致漏電。通過觀察后發(fā)現(xiàn)伺服電機的轉(zhuǎn)軸上的鍵槽也磨損嚴(yán)重。然后檢查輸送伺服的減速機，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動30度角度減速機沒有輸出，判定為減速機故障導(dǎo)致伺服電機損壞，從而造成觸電。出現(xiàn)這樣的問題，對于彎箍機的電控系統(tǒng)來說，或許還要加裝一個漏電保護器來避免安全問題。還有，那么人體觸電的原因是什么呢，這個問題對于電氣工作的人來說其實是非常重大的問題。觸電的本質(zhì)簡單的說就是人體有電流流過，當(dāng)電流達到10mA的時候，人體就會有觸電的感覺。一般的現(xiàn)場觸電都是人站在地面上，手接觸了相電壓或者是接觸了帶電體而造成的。當(dāng)然有時候需要人去觸碰帶電體的時候，這個時候最好用右手的手背去觸碰，用右手是因為人的心臟一般是偏左，可以避免電流經(jīng)過心臟，用手背觸碰是因為更便于人體迅速脫離帶電體。還有個小問題，當(dāng)人用手去觸摸帶電體的時候，會觸電，電流的流向是從手指到腳再到大地，但為什么僅僅手指會有觸痛的感覺，而身體其他部分卻沒有呢？原因是手指較細，單位面積通過的電流較大，所以手指有觸電的感覺，而身體相對于手指截面積很大，單位面積流過的電流較小，所以身體沒有觸電的感覺。
7 伺服驅(qū)動器究竟是什么，與過程控制的溫度調(diào)節(jié)器有什么不同？
答：伺服驅(qū)動器究竟是什么東西呢，其實本質(zhì)上就是個PID調(diào)節(jié)器，那么它與所謂過程控制的調(diào)節(jié)器有什么區(qū)別呢？過程控制調(diào)節(jié)器本質(zhì)上也是PID調(diào)節(jié)器，一般來是說是用于嚴(yán)重滯后性的系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定需要一定的時間，比如說溫度控制。這個時候調(diào)整PID各參數(shù)對應(yīng)的作用就不能往大處調(diào)整，不然的話，可能溫度最終不能穩(wěn)定下來，系統(tǒng)始終處于來回調(diào)整中。另外過程控制調(diào)節(jié)器一般來說是單回路的PID，執(zhí)行器件一般都是一些閥門，溫度控制的話執(zhí)行器件一般是固態(tài)繼電器控制的電熱絲。過程控制的檢測元件一般來說都是一些個壓力傳感器，熱電偶，流量傳感器等等，并且一般都是模擬量信號的。而伺服驅(qū)動器則不同，首先伺服驅(qū)動器都是多回路，比如一般就有位置環(huán)，速度環(huán)和電流環(huán)。另外伺服驅(qū)動器最大的不同是還有功率放大環(huán)節(jié)。至于伺服驅(qū)動器的參數(shù)調(diào)整，一般情況下則可以簡單的描敘為在系統(tǒng)不發(fā)生震蕩或系統(tǒng)沒有明顯的音響的情況下將PID各作用調(diào)整得最大以滿足高響應(yīng)性。當(dāng)然根據(jù)伺服的具體應(yīng)用環(huán)境也有例外，比如對響應(yīng)性要求不高的場合，而負載的轉(zhuǎn)動慣量有很大的情況，并且還需要進行比較頻繁的正反轉(zhuǎn)或者說是啟停，那么這個時候就需要將伺服環(huán)路參數(shù)調(diào)整得小一點。伺服系統(tǒng)當(dāng)然也有滯后，但主要是機械系統(tǒng)的慣性。伺服系統(tǒng)的檢測元件一般來說則是光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器，而執(zhí)行器件則是伺服電機。