交流伺服系统的应用

选用伺服系统，主要为了进行精密的定位控制，伺服驱动器在位置控制模式下运行，控制框图如图一所示　　图一 位置闭环控制　　一.目前常用的伺服电机是三相交流永磁同步伺服电机，这种电机具有动态特性好、定位精度高的特点。

之所以称为“伺服”电机，是因为电机轴末端裝有编码器，其反馈信号可与伺服驱动器构成闭环控制常用的编码器是光电式增量编码器，根据输出信号的不同特点，可分为6路信号标准编码器;三路信号省线式编码器;串行通信总线式编码器。

　　标准编码器输出信号：A、B、Z、U、V、W，其中A、B为正交编码脉冲，占空比为50%，相位差是90度电角度，根据超前、滞后关系，可区分电机正、反转;将A、B信号上升沿和下降沿均取出来，可得到4倍频脉冲信号。

例如，国内常用的2500C/T编码器，四倍频后，电机旋转一圈，编码器能产生10000个反馈脉冲　　Z为零位脉冲(也称索引脉冲)，每转输出一个脉冲，做定位信号;　　U、V、W为检测转子磁极位置的信号，即为驱动器提供伺服电机转子的位置信息，以决定注入定子绕组电流的初始相位，保证伺服电机有足够的起动转矩。

正常启动之后，伺服驱动器能用Z脉冲修正转子位置，精确的转子旋转位置由A、B信号获取，此时伺服驱动器已不再需要U、V、W信号了，这就是产生省线式编码器的原因　　省线式编码器：在同样的输出线上分时输出A、B、Z信号和U、V、W信号，虽然引出线只标注A、B、Z信号，但起动时还是先在标有A、B、Z的信号线上对应输出U、V、W信号，然后输出A、B、Z信号，使光电编码器的信号输出线减少了一半，焊接插头的工作量大大减少，出差错、出故障的概率也大大减小了。

　　总线式增量编码器：只需一对差分信号线，即PS+和PS-，是串行通信信号，按专有协议输出代表位置、速率、方向等信息，接线特别简洁，是技术进步的象征，很久以前安川伺服系统就采用此技术，国内应用比较晚　　光电编码器的输出信号，一般要经线驱动芯片(Line Driver)，如MC3487、AM26LS31.输出差分信号，差分驱动方式是一个信号传输的好方法，它对噪声不敏感，能消除或减小共模干扰，也能抑制自身产生的电磁干扰，提高了长线传输的可靠性;在伺服驱动器端，用线接收器(Line Receiver)对编码器输出的差分进行接收，信号传输示意图如图二所示。

　　图二 编码器信号传输示意图　　二.参考图一，伺服驱动器除了要接受编码器反馈信号外，在位置控制模式下还必须接收来自上层控制器的指令脉冲上层数字控制器一般提供脉冲和方向信号，每一脉冲对应电机进给一步，方向信号以高低电平控制电机正反转;与此对应，伺服驱动器位置指令脉冲输入方式应设置为：脉冲+符号。

　　控制器输出的位置指令，一般是经线驱动器处理的差分对信号，而驱动器一般用高速光耦接收位置指令脉冲，参考图三　　图三 位置指令脉冲传输　　控制器(如数控系统、PLC、定位模块等)输出的位置指令，由伺服驱动单元来执行伺服电机的驱动。

脉冲个数决定伺服电机转动的角度(或工作台移动的距离)，脉冲频率决定电机的转速，在额定负载能力范围内，电机输出力矩由负载决定，负载越大则电机力矩越大工业上常见的各种专用、通用CNC机床，伺服系统均工作于位置控制模式。

　　三.伺服驱动常用的数字量(开关量)输出信号有如下几个：　　SRDY:伺服准备好信号主电源正常且驱动器无报警，则输出导通(ON)，否则输出截止(OFF);　　COIN:定位完成信号位置偏差小于参数设定值则ON，否则OFF;　　ALM：报警信号，伺服驱动器检测到异常，输出ON,无警报则OFF，(也有无报警输出ON，故障时OFF)。

　　数字输出口，流行光电隔离输出，输出级与伺服单元内部电路完全隔开伺服输出口既有固定功能输出口，也有功能可编程输出口，各厂家互不相同　　输出口的电路结构也稍有不同，可以从光耦的集电极和发射极独立输出+、-信号端子(如图四左侧电路)，也可以将输出光耦的发射极于驱动器内部连接在一起，引出一个公共端子，供各数字输出口共同使用。

(如图四右侧电路)，光耦输出级导通时，C、E极之间大约有1V的压降，不满足TTL低电平标准，不能和TTL电路直接相连　　图四 数字量输出接口　　四.对于开关量输入接口，常使用独立的外部开关电源对信号回路供电，控制器用继电器常开触点或开集电极三极管、光耦进行控制，如图五所示。

　　图五 数字量输入接口　　继电器应选接触电阻小的微型继电器，可将两个常开点并接使用，以减小接触电阻，并增加可靠性　　数字输入口常用的信号是使能信号SON，不加使能信号，伺服电机轴不锁止，可自由转动;加上使能信号后，电机轴锁止，此时发位置脉冲，电机就会带动工作台移动;只发脉冲而不加使能信号，电机不会转动。

可以用SON信号控制电机的转动和停止，但一般用脉冲控制电机启停，连续发脉冲则伺服电机连续旋转;不发脉冲电机就停转数控系统检测到伺服驱动器报警信号或系统其它功能电路报警，都会停发脉冲并断开使能信号　　五.使用伺服系统要注意的事项：　　1.伺服电机U、V、W电源线必须和驱动器U、V、W端子一一对应连接，禁止用调换端子的方法来改变电机转向，否则电机可能飞车或不转;　　2.常用伺服驱动的主电源为三相AC220V，必须经三相变压器降压，将三相AC380V变至三相AC220V，切勿直接连到三相AC380V电源上;　　3.伺服驱动处于承上启下的地位，接收来自伺服电机编码器的输入信号，同时又将获得的A、B信号分频后连同Z输出到上级控制器，用于位置控制环配置(注：仅部分设备需要此输出信号)，一个输入一个输出，别搞混淆了;　　4.如主电路电源用交流接触器来接通和分断，则接触器应选用带阻容吸收器的型号，以吸收线圈产生的浪涌电压。

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