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　　一、引言

　　近年來，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。交流伺服系統(tǒng)的性能日漸提高，價格日趨合理。與步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)相比，伺服驅(qū)動系統(tǒng)自帶編碼器，可以反饋位置信號，精度更高，不存在丟步的現(xiàn)象;伺服驅(qū)動為恒轉(zhuǎn)矩控制，步進(jìn)驅(qū)動為恒功率控制，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)動可以應(yīng)用于高速場合。

　　二、應(yīng)用環(huán)境

　　惠州某工廠生產(chǎn)數(shù)字彈簧機(jī)設(shè)備，采用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)，加工速度最大為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(qū)動系統(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：

　　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)品的性價比。

　　三、伺服驅(qū)動系統(tǒng)選型

　　原設(shè)備使用的是研控YKA2811MA細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動器和YK110HB115-06A步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)參數(shù)如表2所示：

　　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時的轉(zhuǎn)矩，是步進(jìn)電機(jī)能夠達(dá)到的最大轉(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切刀，每轉(zhuǎn)一周，加工一個工件，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，每加工一個工件就有一個啟動停止過程。當(dāng)加工速度達(dá)到最大值時，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)動器型號YKPSDD_10A5D，電機(jī)參數(shù)如表3所示。由于司伺服電機(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。

　　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，轉(zhuǎn)矩仍在6N.m左右，滿足驅(qū)動的要求，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，電機(jī)啟動停止的時間非常短暫，沒有足夠的時間給步進(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)完成對兩軸的運(yùn)動狀態(tài)的計算，將運(yùn)動狀態(tài)以脈沖的形式傳輸?shù)剿欧?qū)動器，由伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機(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，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)動器剛性不夠，需要調(diào)節(jié)參數(shù)，改善性能。對系統(tǒng)性能影響較大的幾個參數(shù)為位置比例增益、速度積分時間常數(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。[速度積分時間常數(shù)]設(shè)定的太大時，響應(yīng)速度將會提高，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。[速度積分時間常數(shù)]設(shè)定的太大時，在負(fù)載變動的時候，速度將變動較大。一般情況下，負(fù)載慣量越大，[速度積分時間常數(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，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(chǎn)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(shè)定值。但如果太大，會引起超調(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、結(jié)論

　　得益于研控交流伺服驅(qū)動器針對不同場合預(yù)置了不同參數(shù)，整個參數(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)。