1、1电机调速与控制技术项目五 伺服电机调速与控伺服电机调速与控制线路的安装与调试制线路的安装与调试项目五项目五伺服电机调速与控制线路的伺服电机调速与控制线路的安装与调试安装与调试返回 任务一任务一 速度控制模式下伺服电机线路的装调速度控制模式下伺服电机线路的装调 任务二任务二 转矩控制模式下伺服电机线路的装调转矩控制模式下伺服电机线路的装调 任务三任务三 位置控制模式下伺服电机线路的装调位置控制模式下伺服电机线路的装调 任务四任务四 步进电机调速与控制线路装调步进电机调速与控制线路装调返回项目描述 控制电机的主要任务是完成控制信号的传递和转换。控制电机主要用于自动控制系统和计算装置中，着重于特性
2、的精度和对控制信号的快速响应等。本项目主要通过伺服电机的速度、转矩、位置控制模式的运行，通过PLC对步进电机的控制的实践训练，掌握伺服、步进电机的控制方式，帮助学生理解和掌握各控制模式下的伺服电机、步进电机的运行特点与方法。项目五项目五伺服电机调速与控制线路的伺服电机调速与控制线路的安装与调试安装与调试任务一任务一 速度控制模式下伺服电机线路的装调速度控制模式下伺服电机线路的装调返回 情境设计 雕刻机设备主要是对金属和玉器进行精加工。现工艺要求X、Y、Z轴能实现单轴控制。该雕刻机系统有三大部件组成：1、电气控制柜，伺服驱动器安装在控制柜里；2、伺服电机及机械部分；3、上位机控制，主要是通过雕刻
3、机专用软件控制伺服。试根据工程实际，设计三套伺服电机的速度控制系统，用以分别控制工程上要求设计3套伺服电机速度控制系统，分别控制X、Y、Z轴。任务目标本任务练习速度控制模式，通过实训理解速度控制模式下的伺服电机的运行特点。在速度控制模式下，能完成7段调速以及电位器调速。理解伺服电机和伺服驱动器的控制原理。理解伺服驱动器的参数设置要求，和参数对系统运行情况的影响。熟悉速度控制模式的使用场合以及速度控制模式的特点。任务一任务一 速度控制模式下伺服电机线路的装调速度控制模式下伺服电机线路的装调返回 相关知识任务一任务一 速度控制模式下伺服电机线路的装调速度控制模式下伺服电机线路的装调图5-1 雕刻机
4、电气控制柜返回 相关知识 伺服电动机伺服电动机 把输入的信号电压变为转轴的角位移或角速度输出，转轴的转向与转速随信号电压的方向和大小而改变，并且能带动一定大小的负载。在自动控制系统中作为执行元件，故伺服电动机又称为执行电动机。直流伺服电动机直流伺服电动机 直流伺服电动机的控制方式有两种:一种是电枢控制，一种是磁场控制。任务一任务一 速度控制模式下伺服电机线路的装调速度控制模式下伺服电机线路的装调返回 相关知识 直流伺服电动机的优点优点除了机械性能是线性的之外，还包括速度调节范围宽而且平滑，启动转矩大，无自转现象，反应也相当灵敏，与同容量的交流伺服电动机相比，体积和重量可减少到1/5-12/4。
5、其缺点缺点是由于存在换向器和电刷的滑动接触，常因接触不良而影响运行的稳定性，电刷火花会产生干扰。交流伺服电动机交流伺服电动机 交流伺服电动机实际上就是两相异步电动机，所以有时也叫两相伺服电动机。电机定子上有两相绕组，一相叫励磁绕组f，接到交流励磁电源Uf上，另一相为控制绕组C，接入控制电压Uk;，两绕组在空间上互差90电角度，励磁电压Uf和控制电压Uk频率相同。任务一任务一 速度控制模式下伺服电机线路的装调速度控制模式下伺服电机线路的装调返回 相关知识任务一任务一 速度控制模式下伺服电机线路的装调速度控制模式下伺服电机线路的装调LkLfkUfIfU 当交流伺服电动机的励磁绕组接到励磁电压Uf上
6、，若控制绕组加上的控制电压认为OV时(即无控制电压)，所产生的是脉动磁通势，所建立的是脉振磁场，电机无启动转矩;当控制绕组加上的控制电压队Uk 0 V，且产生的控制电流与励磁电流的相位不同时，建立起椭圆形旋转磁场，于是产生启动转矩，电机转子转动起来。返回 任务实施 1）画出控制系统的原理图并接线。系统控制主电路。系统控制回路。2）设置参数。首先将设置参数 NO.19=000E,然后再设置下表5-1中的参数，设置完毕后，把系统断电，重新启动，则参数有效。3）开始运行。4）注意事项：若实训设备不够则分组进行，第一组接好线后，后面的不要重新接线，只是检查线是否接对，但运行速度可以改变。由于没有成套设
7、备，要现场接线，因此可能线比较乱，故每组进行时要注意用电安全。在运行过程中，如听到电机有异常声音，要极时停机检查原因。对于一些备用参数不允许设置。任务一任务一 速度控制模式下伺服电机线路的装调速度控制模式下伺服电机线路的装调任务完成情况评价任务完成情况评价返回序号评分标准配分得分扣分说明1能正确按图连接系统的电路。如有接线错误，每处扣5分，扣完为止。202能按要求正确设置伺服驱动器的参数。每错一处扣4分，扣完为止。203能正确操作伺服电机正反转运行，能利用外部开关、电位器进行7段调速和连续调速。并能监控电机运行的速度是否和设置的速度一置。如不能正确运行，进行相应扣分。完全不能运行扣20分。20
8、4整个系统能调试正常运行，伺服电机能正常运转。并能监控电机运行时的各种参数。205能够分析伺服电机在速度运行模式下速度和转矩的关系。20最后得分返回 思考与练习 1、有一控制现场，当接收到一个启动信号时，要求电机以尽量高的速度旋转，但只能转一周，而且都停在一个固定位置上。电机停止时，又会自动接收到启动信号，如此重复运行。大概1分钟要求启停150次左右。请设计这一控制系统并调试。观察电机运行最高速度能达到多少。任务一任务一 速度控制模式下伺服电机线路的装调速度控制模式下伺服电机线路的装调任务二任务二 转矩控制模式下伺服电机线路的装调转矩控制模式下伺服电机线路的装调返回 情境设计 火焰切割机如下图
9、所示，有X、Y两轴，横向的为X轴，使用一套伺服系统，纵向为Y轴，有两套伺服系统。工艺要求Y轴两路导轨要同步，切割走位准确。请据此设计伺服电机转矩控制系统，满足上述要求。本任务练习转矩控制模式，通过实训理解转矩控制模式下的伺服电机的运行特点。故Y轴两只伺服电机的转矩控制就显得尤为重要。返回 任务目标 掌握转矩控制模式下，完成7段调速以及电位器调速。理解伺服电机和伺服驱动器的控制原理；理解伺服驱动器的参数设置要求，和每调参数对系统运行情况的影响；转矩控制模式的使用场合，以及转矩控制模式的特点。任务二任务二 转矩控制模式下伺服电机线路的装调转矩控制模式下伺服电机线路的装调返回 相关知识 交流伺服电机
10、驱动是最新发展起来的新型伺服系统，是当前机床进给驱动系统方面的一个新动向。克服了直流驱动系统中电机电刷和整流子要经常维修、电机尺寸较大和使用环境受限制等缺点。能在较宽的调速范围内产生理想的转矩，结构简单，运行可靠，用于数控机床等进给驱动系统为精密位置控制。交流伺服电动机的控制方式：(1)幅值控制：通过调节控制电压的大小来改变电动机的转速；(2)相位控制：通过调节控制电压的相位（即调节控制电压与励磁电压之间的相位角）来改变电动机的转速；任务二任务二 转矩控制模式下伺服电机线路的装调转矩控制模式下伺服电机线路的装调返回 相关知识 (3)幅值相位控制：是一种幅值和相位的复合控制方式。设备简单，成本较
11、低，成为最常用的一种控制方式。任务二任务二 转矩控制模式下伺服电机线路的装调转矩控制模式下伺服电机线路的装调LkLfkUfIfUCaU1UkI返回 任务实施 1）画出控制系统的原理图并接线。（1）系统控制主电路。(2)系统控制回路。2）设置参数首先将设置参数 NO.19=000E,然后再设置表5-4中的参数，设置完毕后，把系统断电，重新启动，则参数有效。3）开始运行 4）注意事项：1、由于实训设备不够，要分组进行，所以第一组接好线后，后面的不要重新接线，只是检查线是否接对，但运行速度可以改变。2、由于没有成套设备，要现场接线，因此可能线比较乱，所以每组进行时要注意用电安全。3、在运行过程中，如
12、听到电机有异常声音，要极时停机检查原因。对于一些备用参数不允许设置。任务二任务二 转矩控制模式下伺服电机线路的装调转矩控制模式下伺服电机线路的装调任务完成情况评价任务完成情况评价返回序号评分标准配分得分扣分说明1能正确按图连接系统的电路。如有接线错误，每处扣5分。扣完为止。202能按要求正确设置伺服驱动器的参数。每错一处扣4分。扣完为止。203能正确操作伺服电机正反转运行，能利用外部开关、电位器进行7段调速和连续调速。并能监控电机运行的速度是否和设置的速度一置。如不能正确运行，进行相应扣分。完全不能运行扣20分。204整个系统能调试正常运行，伺服电机能正常运转。并能监控电机运行时的各种参数。2
13、05能够分析伺服电机在转矩运行模式下速度和转矩的关系。20最后得分返回思考与练习1有一收卷系统，如卷纸，要求在收卷时纸张所受到的张力保持不变，当收卷到A点时（如图2-6），电机停止。设计这一控制系统。任务二任务二 转矩控制模式下伺服电机线路的装调转矩控制模式下伺服电机线路的装调图2-6 收卷系统工作示意图任务三任务三 位置控制模式下伺服电机线路的装调位置控制模式下伺服电机线路的装调返回 情境设计 在定位控制系统中常使用交流伺服电机等作为驱动或控制元件。一工程项目，控制要求：按下启动按钮，电机旋转，拖动工作台从A点开始向右行驶30mm，停2秒，然后向左行驶返回A点，再停2秒，如此循环运行，按下停
14、止按钮，工作台行驶一周后返回A点。请以PLC作为上位机进行控制。画出控制原理图，设置运行参数，写出控制程序并进行调试。要求工作台移动的速度要达到10mm/s。丝杆的螺距为5mm。任务三任务三 位置控制模式下伺服电机线路的装调位置控制模式下伺服电机线路的装调返回 情境设计图5-7 控制工作台示意图返回 任务目标 伺服系统在定位控制中应包含三个方面的设备，一是伺服电机，二是伺服驱动器，三是控制的上位机，控制的上位机可以是PLC，单片机，还可以是专用的定位控制单元或模块，如FX2N-1PG、FX2N-10GM、FX2N-20GM等。本实训中，采用PLC作为控制器，重点是掌握伺服驱动器的用法，如系统的
15、接线、参数设置、程序调试等。了解伺服驱动器和伺服电机的工作原理；了解伺服驱动器在位置控制模式中参数的设置和影响控制精度的因素；熟悉伺服驱动器“电子齿轮”的概念和计算方法。任务三任务三 位置控制模式下伺服电机线路的装调位置控制模式下伺服电机线路的装调返回 相关知识 伺服电机的调试方法：1）初始化参数；2）接线；3）试方向；4）抑制零漂；5）建立闭环控制；6）调整闭环参数；2、伺服电机使用注意事项 1）伺服电机油和水的保护 2）伺服电机电缆要减轻应力 3）伺服电机允许的轴端负载 4）伺服电机安装注意 3、伺服电机的电子齿轮比：电子齿轮比是匹配电机脉冲数与机械最小移动量的。需要知道，机械传动部分到电
16、机之间的传动比。PLC给伺服放大器发的脉冲数/电机每转电子齿轮比伺服电机实际需要脉冲数/电机每转。任务三任务三 位置控制模式下伺服电机线路的装调位置控制模式下伺服电机线路的装调返回 任务实施 1）画出控制系统的原理图并接线。（1）系统控制主电路；(2)系统控制回路 2）设置参数 首先将设置参数 NO.19=000E,然后再设置下表5-7中的参数，设置完毕后，把系统断电，重新启动，则参数有效。3）写出控制程序 4）启动运行 5）注意事项 由于实训设备不够，要分组进行，第一组接好线后，后面的不要重新接线，只是检查线是否接对，但运行速度、转动的周数可以改变；由于没有成套设备，要现场接线，因此可能线比
17、较乱，所以每组进行时要注意用电安全；运行过程中，如听到电机有异常声音，及时停机检查原因。对于一些备用参数不允许设置；为检查电机运行是否准确，在电机的轴上贴上划线线的标签，判断电机电机是否准确定位。任务三任务三 位置控制模式下伺服电机线路的装调位置控制模式下伺服电机线路的装调任务完成情况评价任务完成情况评价返回序号评分标准配分得分扣分说明1能正确按图连接系统的电路。如有接线错误，每处扣5分。扣完为止。202能按要求正确设置伺服驱动器。正确设置驱动器的输出电流。每错一处扣10分。203能正确编写PLC的控制程序，且传送到PLC中进行调试。如不能正确运行，进行相应扣分。完全不能运行扣20分。204整
18、个系统能调试正常运行，伺服电机能正常运转。205能够修改伺服电机的运行速度和运转的角度。不能修改每处扣10分。20最后得分返回思考与练习 1.在电机往返运行中，取消中间的停止时间，看是否会影响控制的精度，如产生较大的误差，应如何消除？2、如何用一个PLC控制两个或多个伺服电机同步运行，也即当主电机速度改变时，其它电机也跟着同步运行。设计控制方案并调试运行。任务三任务三 位置控制模式下伺服电机线路的装调位置控制模式下伺服电机线路的装调任务四任务四 步进电机调速与控制线路装调步进电机调速与控制线路装调返回 情境设计 电火花线切割机床主要由坐标工作台、高速走丝机构、床身、工作液系统、脉冲电源和控制器
19、等部分组成。其中X,Y坐标工作台是用来装夹被加工工件，X轴、Y轴由控制器发出进给信号，分别控制两步进电动机，运行预定的轨迹。某工程要求：用PLC控制某轴(X或Y轴)步进电动机顺时针转2周，停5秒，逆时针转1周，停2秒，如此循环进行，按下停止按钮，电机马上停止。返回 任务目标利用PLC作为上位机，控制步进电动机按一定的角度旋转。旨在通过练习步进驱动器、步进电机的应用，达到学会应用PLC去控制步进电机转动的目标。熟悉步进电机的原理，掌握步进驱动器的原理。任务四任务四 步进电机调速与控制线路装调步进电机调速与控制线路装调返回 相关知识 在自动控制系统中，常常需要把数字信号转换为角位移。步进电动机就是
20、一种用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的控制电机。它通过专用电源把电脉冲按一定顺序供给定子各相控制绕组，在气隙中产生类似于旋转磁场的脉冲磁场。输入一个脉冲信号，电动机就转动一个角度或前进一步，因此，步进电动机又称为脉冲电动机。任务四任务四 步进电机调速与控制线路装调步进电机调速与控制线路装调返回 相关知识 1、步进电动机的结构 步进电动机由定子和转子两大部分组成。2、步进电动机的种类 通常使用的旋转型步进电动机又可分为反应式、永磁式和感应式。任务四任务四 步进电机调速与控制线路装调步进电机调速与控制线路装调返回 相关知识 3、步进电动机的原理 任务四任务四 步进电机调速
21、与控制线路装调步进电机调速与控制线路装调l“三相”是指步进电动机的相数；l“单”是指每次只给一相绕组通电；l“双”则是每次同时给二相绕组通电；l定子绕组每改变一次通电方式，就称为一拍。l“三拍”是指经过三次切换控制绕组的通电状态为一个循环。返回 相关知识 4、步进电动机的驱动电源 任务四任务四 步进电机调速与控制线路装调步进电机调速与控制线路装调l 对驱动电源的基本要求：（1）驱动电源的相数、通电方式和电压、电流都工满足步进电动机需要；（2）要满足步进电动机的起动频率和运行频率的要求；（3）能最大限度地抑制步进电动机的振荡；（4）工作可靠，抗干扰能力强；（5）成本低、效率高、安装和维护方便。图
22、5-27 步进电动机驱动电源的方框图返回 任务实施 1）画出PLC、步进驱动器、步进电机之间的接线图，并按图接线。2）设置步进电机的细分数。在本实训中我们设置4细分。3）设置驱动器的输出电流。4）写出PLC控制步进电机的控制程序。5）程序调试，观察步进电机是否按所设定的角度运行。注意事项：1、由于实训设备不够，要分组进行，所以第一组接好线后，后面的不要重新接线，只是检查线是否接对，但控制程序可以更改。2、由于没有成套设备，要现场接线，所以每组进行时要注意用电安全。任务四任务四 步进电机调速与控制线路装调步进电机调速与控制线路装调任务完成情况评价任务完成情况评价返回序号评分标准配分得分扣分说明1
23、能正确按图连接系统的电路。如有接线错误，每处扣5分。扣完为止。202能按要求正确设置步进驱动器细分数。正确设置驱动器的输出电流。每错一处扣10分。203能正确编写PLC的控制程序，且传送到PLC中进行调试。如不能正确运行，进行相应扣分。完全不能运行扣20分。204整个系统能调试正常运行，步进电机能正常运转。205能够修改步进电机的运行速度和运转的角度。不能修改每处扣10分。20最后得分返回思考与练习1、电机在运行的过程中，如产生误差，应如何消除？2、按下停止按钮，要求运行完一周才停止，应如何修改控制程序？3、运行完一周，中间没有停止时间，马上就反转，循环运行，看控制精度是否发生变化？4、除了P
24、LC可以作为控制步进电机的上位机，还有那些设备可以作为上位机进行控制？举例说明。任务四任务四 步进电机调速与控制线路装调步进电机调速与控制线路装调项目五项目五伺服电机调速与控制线路安装与调试伺服电机调速与控制线路安装与调试u知识拓展伺服电机与步进电机的性能比较伺服电机与步进电机的性能比较 为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。一、控制精度不同 二、低频特性不同 三、矩频特性不同 四、过载能力不同 五、运行性能不同 六、速度响应性能不同 综述：交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。37
