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Kinco 智能伺服控制技术综述

Kinco 智能伺服控制技术综述. 目录. 1. 产品简介 2. 产品性能综述 3. 工作模式 4. 伺服性能的调整 5. 典型方案. 一、 Kinco 伺服产品简介. 多极旋转伺服电机. 同步无刷伺服电机 有效工作扭矩从 0.2 到 15Nm 有 23 、 34 、 42 系列各种规格 自带编码器分别率 8000PPR 可选配抱闸 可选配减速机. 多极旋转伺服电机型号. 特点. 多极对的两相无刷同步电机。 低速的力矩远优于同尺寸的普通的三相无刷电机。 电机的过载性能优秀，可较长时间提供短时的大扭矩。 速度的均匀性能优秀。

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Kinco 智能伺服控制技术综述

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Presentation Transcript

  1. Kinco 智能伺服控制技术综述

  2. 目录 1.产品简介 2.产品性能综述 3.工作模式 4.伺服性能的调整 5.典型方案

  3. 一、Kinco伺服产品简介

  4. 多极旋转伺服电机 • 同步无刷伺服电机 • 有效工作扭矩从0.2到15Nm • 有23、34、42系列各种规格 • 自带编码器分别率8000PPR • 可选配抱闸 • 可选配减速机

  5. 多极旋转伺服电机型号

  6. 特点 多极对的两相无刷同步电机。 低速的力矩远优于同尺寸的普通的三相无刷电机。 电机的过载性能优秀，可较长时间提供短时的大扭矩。 速度的均匀性能优秀。 可以提供较大的加减速度，动态性能好。 但高速的力矩性能较差。

  7. 高速旋转伺服电机 • 2000－3000RPM下工作扭矩恒定，范围1－13Nm • 分辨率8000PPR • 自带抱闸0.5-5Nm

  8. 型号 直流无刷高速伺服电机型号

  9. 直线伺服电机 • 同步直线电机 • 大动力直线驱动器件 • 高强度的机械结构，优异的控制性能 • 推力从220N 到1650N • 带分辨率为0.1µm光栅尺，组成高精度的全闭环伺服系统 • 快速响应、简化驱动结构

  10. 型号 直线伺服电机型号

  11. ED伺服驱动器 • 电流、速度和位置的全闭环数字控制 • 可通过Profibus DP or CAN, RS485 (PPI), RS232, • Step & Direction and +/-10 V (10 bit) 控制 • 可设置的电子齿轮比 • 带8个数字输入，实现对256段内部可编程程序段控制 • 带2个可编程的输出口 • 通过CANOpen进行插补控制 • 灵活设置抱闸时间

  12. 型号1

  13. 型号2

  14. 二、产品性能综述

  15. 驱动器概述 • 电流、速度和位置采用全数字控制。 • 采用24V～150V的直流输入电源。 • 输出功率最高可达3600W。 • 可通过RS232,RS485,Profibus或CAN设置参数。 • 具备数字的I/O和模拟的I/O。 • 可进行内部的运动控制编程。 • 两个模拟量口用作内部变量的监控 • 抱闸智能控制可自动减少电压的输出 • 通过数字输入使能驱动器和复位故障状态 • 通过数字输出指示ready状态 • 可监控电流短路，欠压和过压，过热，编码器故障和I2T等故障 • 最多存储256个运动曲线（含位置，速度，加速度） • 可编程的两个输出口，常用于故障、到位、找到原点等信号输出

  16. 伺服性能 环的性能： 电流环：16KHz 62.5微秒 速度环：4KHz 250微秒 位置环：1KHz 1毫秒 示波器的功能： 可通过软件的示波器可以方便的配合伺服的调整

  17. 内部示波器

  18. 反馈方式 • Kinco系列伺服电机全部配增量式编码器，8000PPR ECOVARIO驱动器支持绝对式编码器。

  19. 输入输出 • 8个数字的输入点（含上下限位、原点输入），可用于触发内部的程序段工作。 • 2个数字量的输出，可以配置作为不同状态的输出。 • 1个10位分辨率的模拟量输入，可用于速度的控制。 • 2个10位分辨率的模拟量输出，可通过编程配置为不同用途。

  20. 输入输出端子

  21. 三、伺服工作模式

  22. 模式列表 位置 速度 力矩 速度模式 位置模式 力矩控制模式 回原点控制模式

  23. 速度模式 • 有的应用要求高性能的速度控制 纸或布的张力控制－速度变化将引起张力的变化 • 磨床－速度变化影响表面研磨的效果

  24. 位置模式 • 大部分的应用需要精密的位置控制 (< 0.5 degrees) • 机床加工工件时的精确定位 • 机器手臂的定位 • 精确的定长进给 • 电子元件贴装用精密XY平台

  25. 绝对式和增量式位置控制 绝对式位置控制 直接移动到设定的目标位置上,例如当前位置＝450，当绝对定位 位置＝200，将移动到下面坐标的200位置 增量式位置控制 在当前位置正向或反向移动一个距离，例如当前位置450，当增 量式定位值＝200时，将移动到450＋200＝650的位置

  26. 回原点控制 原点开关 • 原点是定义为零位置的一个参考点 • 原点由开关的关断来识别 • 回原点运动一运行，控制器就开始去寻找原点开关 • 实际的回零点通常采用常开型开关，以免开关一直通电。 • Kinco伺服提供27种回原点方式，即可以用外部的开关信号，又可以用电机编码器的Index信号，还可以用机械末端位置等做为原点信号

  27. 限位开关 • 软件限位：Kinco伺服软件可编程定义一个从原点开始的正负两个方向位 移作为正方向和负方向最大限位行程。 • 硬件限位：采用物理开关触发紧急停止的动作程序。 EOT EOT

  28. 控制方式 Kinco伺服提供下面多种控制方式,实现不同的工作模式： 1.通过I/O触发内部程序控制 2.脉冲和方向控制 3.主从跟随控制 4.模拟量速度控制 5.通过串行通讯控制 6.通过现场总线控制

  29. 1.I/O触发程序段 • 内部可编辑256段控制程序，程序之间可通过事件触发逻辑跳转。 • 程序中可控制电机的运动，也可以控制计数和定时功能。 • 程序中可以控制I/O 。 • 可以通过I/O来触发不同的程序段，共8个Input，即可以直接设定为 • 调用16段（8个输入的上升沿和下降沿共16种状态）程序，也可以通过 • BCD码方式调用内部256段程序。

  30. Input Port配置表

  31. 2.脉冲和方向模式 • 可采用主编码器接口X7作为外部脉冲和方向信号的输入口。 • 配置驱动器的电子齿轮的映射为目标速度或目标位置。 • 可配置电子齿轮比。 • 可配置不同的齿轮模式，采用不同的输入信号，如：P/D，CW/CCW,AB相脉冲。 • 为保证信号的可靠接收，最好使用我们提供的PDC伺服连接器，可以有效的避 • 免外界信号的干扰。

  32. PDC伺服连接器 • 性能特点 • 内部采用高速光耦隔离器件进行光电隔离, 大大提高了产品的 • 抗干扰能力. • 2. 内部有差分信号转换器,所以输入端可以直接接差分信号或者TTL信号. • 3. 可以将脉冲频率为1MHZ的高频信号准确的输出. 性能特点 1.内部采用高速光耦隔离器件进行光电隔离, 大大提高了产品的抗干扰能力. 2.内部有差分信号转换器,所以输入端可以直接接差分信号或者TTL信号. 3.可以将脉冲频率为1MHZ的高频信号准确的输出.

  33. 3.主从跟随模式 • 可通过主编码器（外部或者主伺服）的信号控制从机做跟随的模式。 • 可以设置不同的电子齿轮比实现同步跟随。 • 可以多个从机跟随同一个主编码器的运动。 • 跟随的方式可以采用速度或者位置的跟随。

  34. 多个从轴跟随一个主轴 轴2 轴1 轴3 虚拟轴 齿轮 齿轮 凸轮 • 从动组的成员轴以不同的电子齿轮比跟随虚拟主轴的运行

  35. 4.模拟量速度控制模式 • 可以通过-10V~+10V模拟量的输入口控制伺服的速度。 • 需要先映射模拟输入为目标的速度。 • 设定驱动器工作在速度控制的模式。 • 可通过设置不同的计算因子来提高模拟量控制的精确度。

  36. 5.串行通讯模式 • 可以提供开放的串口通讯协议，PC.PLC.单片机等具有 • 串口的设备均可以利用该协议和ED通讯。 • 可通过RS232和RS485来控制驱动器的参数和运转。 • 可通过串口监控伺服的运转状态。 • RS232，Baud9.6k，最大15个站点，最大电缆长度15m • RS485,Baud38.4k，最大15个站点，最大电缆长度450m • eView触摸屏直接连接ED伺服，最多可以连接 15个站点

  37. eView触摸屏与ED通讯 eView与单台ED伺服驱动器之间的通讯 触摸屏(PLC RS232)口 ED X5(RS232) RxD 3 --------------------------- 2 TX TxD 2 --------------------------- 3 RX GND 5 --------------------------- 5 GND eView与多台ED伺服驱动器之间的通讯

  38. ED伺服的RS485通讯 RS485,Baud38.4k，最大15个站点，最大电缆长度450m

  39. 6.总线通讯模式 • 支持CANopen、Profibus DP 总线。 • 可通过总线控制驱动器的参数和运转。 • 可通过现场总线实现多轴的联动或者插补。

  40. 四、伺服性能的调整

  41. 指令电流 指令速度 + + + Pcomp Vcomp Icomp Motor - - - FB 实际位置 实际速度 实际电流 Vder* 伺服系统工作原理 电流,速度和位置闭环：

  42. 控制环的结构

  43. 实际速度 振荡 时间 Tr 系统阶跃响应 • 控制环调整的情况可以通过系统对于阶跃信号的响应来反映。 • 如果控制环的带宽越大则环的响应的上升时间越短，响应越快。 • 更高的控制环的比例增益则会有更大的带宽。 • 红线显示的状态存在过冲振荡的现象，环路的增益调整过大，绿线显示的状态表明环路的调整效果良好。 • 如果强调系统的响应的时间，可以适当调大增益，允许存在一些振荡。

  44. 伺服调整的基本要求 • 伺服电机系统的控制环只能在驱动能力范围内才能进行良好的调整。 • 先调整核心的速度环，不要在速度环带宽很低没有得到良好的调整的情况下直接调整位置环。 • 在调整控制环前需要确定系统的接地和屏蔽良好，防止外部的干扰影响环路的调整。 • 在调整控制环前需要确定系统的机械结构坚固，连接可靠，任何的机械的松动都会降低系统的响应性能而导致控制环失调。

  45. Velocity Time 速度环的调整 • 比例增益 • 较高的比例增益能够提高系统的响应的速度，但也容易产生过冲和振荡现象。 • 调整良好的状况是存在较小的过冲和振荡，但响应的速度较快。 • 积分增益 • 较高的积分增益能够提高系统对于扰动的抵抗能力，但会导致振荡现象。 • 对于大摩擦的系统，增大积分增益显得更有意义。

  46. 位置环的调整 • 位置环纯粹是一个数学计算的环路，只采用了比例控制。 • 速度的前馈直接作用于速度环，可以明显减小位置跟随的误差。 • 加速度的前馈直接作用于电流环，对于大惯量的系统可以明显提高响应的速度。

  47. 问题 • Z1：如何用Kinco伺服实现脉冲和方向的控制模式？ • Z2：在控制环的调整中的基本要求是什么？ • Z3：速度和加速度的前馈有什么作用？ • Z4：稳定的伺服控制的三个环之间的带宽应该保证什么样的关系？ • Z5：Kinco伺服的三个控制环的性能如何？

  48. 五、典型应用 • 机械同步连杆 • 电子同步连杆 • 主从跟随（虚拟轴与从动组） • 均匀排队系统 • 旋转剪切 • 飞切 • 跟踪灌装 • 线圈绕线

  49. (机械同步连杆) 从轴 从轴 主轴 Gearbox Universal Joint • 针对不同的产品必须花费大量时间调整齿轮比。 • 产能受到机械的限制。 • 机械误差导致同步出错。 • 从站离主站越远，相位误差就越大 • 传统的印刷和纺织机械

  50. 电子同步连杆 • 去除机械连接，增加产能。 • 更换操作流程无需浪费停机时间。 • 消除机械误差带来的故障。 • 使用了虚拟轴技术

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