ACサーボモーターとドライバー

サーボモーターは、DCサーボモーターおよびACサーボモーターに分類される制御モーターの一種です。小型、軽量、高トルク出力、低慣性、優れた制御性能などの利点により、ACサーボモーターは自動制御システムと自動検査システムでアクチュエータとして広く使用されており、制御電気信号をシャフトの機械的回転に変換します。

 

サーボモーターのポジショニング精度が高いため、最新の位置制御システムは、ACサーボモーターを主要なコンポーネントとしてますます使用しています。 Tonghangは、ACサーボモーターおよびドライバーメーカーとして、ギア測定センターにロータリーモーター +ボールスクリューサーボドライブシステムを利用して、ACサ​​ーボシステムドライバーの目的の制御パラメーターを実現します。

 

ACサーボモーターとドライバーシステム構造

 

ギア測定センターは、3つの線形軸と1つの回転軸の4つのモーション軸で構成されています。このパラメーター設定では、ACサーボモーターサーボシステムは、約250 kgの慣性で線形軸に使用されます。

 

システムの位置検出ユニットは、Renishaw増分の長い格子を使用しています。出力信号は平方波電圧信号で、1 mmあたり2500個のパルスがあります。 4 -寸法解像度回路の後、0.1μm（1 mmあたり10,000パルス）の分解能を達成できます。

 

TonghangシリーズACサーボモーターの選択（その主なパフォーマンスインジケーターは次のとおりです。電源電圧は3 -フェーズ200V、適応モーターの定格電力は400W、エンコーダータイプは2500p/R、解像度は10000サーボドライブです。フルクローズド-ループコントロールは次のとおりです。

 

入力アナログ電圧範囲：-10V -+10 v;

最大入力パルス周波数：2MPP。

アプリケーションに応じて、ドライブを位置コマンドコントロール、パルス位置コマンドコントロール、速度コマンド制御、またはトルクコマンドコントロール用に構成できます。この論文では、パルス位置コマンドコントロールが使用されています。

サーボドライブは、サーボコントロールカードから位置コマンド信号（パルス/方向）を受け取り、パルストレインに送ります。電子ギアによる周波数増殖後、偏差可逆カウンターのフィードバックパルス信号と比較して、偏差信号を生成します。

フィードバックパルスは、モーターによって生成されたパルスの実際の数を検出し、4を掛けたエンコーダーによって生成されます。位置偏差信号は、速度コマンド信号を生成するために、位置ループ内の複合フィードフォワードコントローラーによって調整されます。

速度コマンド信号と速度フィードバック信号の比較に起因する偏差信号は、速度ループ内の比例-積分コントローラーによって調整され、現在のコマンド信号を生成します。この信号は、電流ループでベクトル変換を受け、電流ループによって変換されます。 SPWMは、ACサーボモーターの動作を制御するためにトルクと電流を出力します。
位置制御の精度は、光電エンコーダーによって革命ごとに生成されるパルスの数によって決定されます。光電エンコーダーは、インクリメンタルタイプと絶対タイプに分類されます。
この記事では、漸進的な光電エンコーダーを備えたサーボドライバーを使用しています。そのシンプルな構造、使いやすさ、長寿命、高解像度、幅広い実用的なアプリケーションが重要な機能です。サーボドライバーの配線は次のとおりです。Puls1とPuls2はコントロールカード出力パルス信号に接続し、sign1とsign2は方向信号、com+およびcom - v電源（正と負の端子）、およびsrvに接続し、com-に接続します。これにより、位置制御モードの基本配線が完了します。モーターとドライバーは閉ループサーボ制御システムを形成し、ユーザーはドライバーパラメーターを調整してサーボシステムのパフォーマンスを調整できます。

 

サーボドライブの研究

 

Before adjusting drive parameters, let's explain in detail the principles of adjusting drive parameters. When adjusting servo drive parameters, follow the order: current loop -> speed loop ->位置ループ。以下は、各コントロールループの原則を説明および分析します。

 

1。電流ループ
DCモーターと比較して、ACサ​​ーボモーターの現在のループ制御にはベクター制御が必要です。したがって、3 -位相電流計算ループが現在のループ内に含まれています。その目的は、3つの-相電流によって生成される結果の磁場の方向が常にローター磁場に対して垂直であり、最大推力を達成し、DCモーターと同じ効果を達成することを保証することです。

 

理想的なベクトル制御の下で、ACモーターの現在のループモデルは、DCモーターの現在のループモデルと同じです。適切な現在の負のフィードバックと電流コントローラーパラメーターを使用すると、入力電圧とモータートルクは比例します。実際のテストでは、実際の現在の値はコマンド電流値を非常にうまく追跡し、モデルは比例リンクとして近似できるため、現在のループではユーザーの調整を必要としません。

 

2。速度ループ
サーボドライブで使用される速度ループ制御方法は、PI、または比例-積分制御です。

 

 

この図は、速度ループコントローラーの原理を示しています。ポジションループのサーボパフォーマンスは、比例ゲインkと積分ゲインkを調整することで変更できます。PIアルゴリズムは、優れた位置決め追跡機能を備えたエラー追跡アルゴリズムです。位置サーボシステムの速度ループは通常、PIアルゴリズムを使用し、一定量のオーバーシュートを必要とします。

 

3。位置ループ
サーボドライブの位置ループには、比例、積分、微分、速度フィードフォワード、および加速フィードフォワード制御モードがあります。図に示されているように。

 

 

KP、KPI、およびKPDは、それぞれ位置制御の比例ゲイン、積分ゲイン、および差別的ゲインです。 KPVFNは速度のフィードフォワード係数であり、KPAFRとKPAFR2は加速フィードフォワード係数です。このサーボシステムでは、動的測定の精度を確保するために最小限の速度追跡エラーが必要なため、速度フィードフォーワードを備えたPコントローラーが使用されます。 Overshootはポジションコントロールでは望ましくないため、Iコントローラーは一般的に使用されません。 KP、KPN、およびKPVFRは、それぞれ比例、微分、および速度のフィードフォワードであり、位置制御のための調整可能なパラメーターです。一定の速度運動は主に実際のアプリケーションで使用されるため、加速フィードフォワードは使用されません。

 

サーボシステム実験

 

上記の分析に基づいて、サーボドライブパラメーターを調整する必要があります。設定する必要があるユーザーパラメーターは次のとおりです。

PR02：「7」に設定して、サーボモーターの完全な閉じた-ループ制御を選択します。
PR15：「100」に設定して、速度フィードフォワード値を設定します。より高い設定は、特に高い-速度応答が必要な場合、より小さな位置偏差を伴うより速い応答をもたらします。
PR16：「3000」に設定して、速度フィードフォワードのプライマリ遅延フィルターの時定数を設定します。
PR18：「200」に設定して、位置ループゲインを設定します。このゲイン値を増やすと、位置制御のサーボの剛性が向上する可能性がありますが、過度に高いゲインは振動を引き起こす可能性があります。
PR19：「150」に設定して、速度ループゲインを設定します。このゲイン値を増やすと、速度制御の応答速度が向上します。
PR 1A：速度ループ積分時定数を設定するには、「10」に設定します。このパラメーターを減らすと、積分アクションが高速化されます。ユニット：MS。

PR1B： "4"に設定して、速度検出フィルタータイプを設定します。より高い設定により、モーターノイズが減少します。

PR1C：「20」に設定して、トルクフィルター時定数を設定します。トルクフィルターパラメーターを設定すると、機械の振動を減らすことができます。

PR20：「250」に設定して、機械的荷重慣性の比率をモーターローター慣性型と設定します。

PR40：「0」に設定して、オプトカプラー回路（x5コネクタ、パルス1：ピン3、パルス2、ピン4、サイン1：ピン5、サイン2：ピン6）を介して入力します。

PR41：「0」に設定して、コマンドパルスタイプを設定します。これにより、対応する回転方向とパルスフォームが決まります。 PR42と一緒に使用。
PR42：「3」に設定します。つまり、コントローラーからドライバーに送信されたコマンドパルスタイプは、パルス/方向法を使用します。
PR44：「16384」に設定します。つまり、モーター回転ごとのフィードバック信号インターフェイスからのパルス出力の数を設定するために使用されます。
PR45：「0」に設定すると、PR44と一緒に動作します。
PR46：「1」に設定します。つまり、フィードバック信号インターフェイスからのB位相信号出力のロジックレベルが反転しているかどうかを設定するために使用されます。値1は反転します。
PR48：「1」に設定、PR49：「1」、PR4A：「1」、PR4Bに設定：「10」に設定。これらのパラメーターは、コマンド周波数除算のパラメーターであり、あらゆる速度比の電子ギア関数を実現できます。これらの4つのパラメーターの関係は次のとおりです。f{= fx（pr4b） / pr48（またはpr49） * 2 pr4a=50 000（1）ここで、f：モーターが1つの円を回転させるのに必要な内部コマンドパルスの数。

 

F：エンコーダー解像度
対応するコントロールカードは、内部的にパルスを10,000個に設定します。
ドライバーのデバッグソフトウェアは、調整されたパラメーターを検証します。ドライバーは、制御ループデバッグの3つの方法を提供し、特定の運動条件下でサーボ曲線を取得するために位置、速度、またはトルクコマンドを生成できるようにします。
次のサンプル曲線では、2つのモーションモードでドライバーをテストします。均一な動きと-から-}停止モーションを開始します。赤い線は位置偏差曲線を示し、ピンクのラインは出力トルク曲線を示し、緑色の線はコマンド速度曲線を示し、青い線は実際の速度曲線を示します。グラフからわかるように、運動加速と減速中の位置、トルク、または速度に有意な差はありません。

 

デバッグ中：
現在のループではユーザーの調整を必要としないため、トルク制御は利用できません。

 

pr 19=150、pr1a =10の場合の均一運動の速度偏差曲線

 

pr 19=150、pr1a =5の場合の均一運動の速度偏差曲線

 

速度ループを調整すると、比率が200に設定されている場合、システムは他の軸運動の妨害の下で振動します。図は、それぞれモーターの均一な動きと起動プロセスの速度偏差曲線を示しています。図11は、起動プロセスの位置偏差曲線を示しています。この時点で、モータードライバーパラメーター設定（PR19：150、PR1A：10）が設定されています。他のパラメーターは、上記のパラメーターと同じままです。速度ループには中程度の量の遅れがあり、速度応答曲線は比較的理想的です。ただし、モータードライバーパラメーター設定（PR19：150、PR1A：5）が図に設定されている場合、速度ループには大きな遅れがあります。モータードライバーのパラメーター設定（PR19：170、PR1A：5）が図に設定されている場合、速度ループ応答は大幅に高速ですが、顕著な振動があります。

 

pr1aのときの均一運動の速度偏差曲線=5、pr 19=170

 

PR 19=150、pr1a =10のときの起動時の速度偏差曲線

 

PR 19=150、pr1a =10のときの起動時の位置偏差曲線

 

pr 18=200の場合の均一な動きの位置偏差曲線

 

PR15が「100」に設定されている場合、PR18は「200」に設定され、PR16は「3000」に設定されますが、他のパラメーターは変更されません。 形。ただし、PR15が「100」に設定されている場合、PR18は「190」に設定され、PR16は「3000」に設定されますが、他のパラメーターは変更されません。 PR15から「100」、PR18から「200」、およびPR16〜「3000」が理想的です。

 

pr 18=240の場合の均一な動きの位置偏差曲線

 

開始後に停止するモーションプロセスの位置偏差曲線

 

結論

 

Tonghangが構築しましたACサーボモーターおよびドライバーシステム実験的研究を実施しました。これは、サーボシステムの動作原則を示し、サーボループパラメーターを調整するための参照方法を提供します。シミュレーション分析により、ユーザーは実際の操作前に応答曲線に対するパラメーターの変化の影響を直感的に視覚化し、応答曲線に基づいて調整されたパラメーターが適切かどうかを判断できます。私たちの研究チームは、最適なソリューションを提供するために顧客と協力することに取り組んでいます。

 

当社のACサーボモーターサーボシステムは、ギア測定センターに展開されており、リードスクリューの送信に関連するヒステリシスと振動の問題を排除し、測定の精度と再現性を改善し、楽器のパフォーマンスを向上させます。また、特定の業界の課題に対処し、効率を高め、顧客のニーズに合わせたACサーボモーターとドライバーソリューションを停止する-を提供します。

「サーボコントローラー」または「サーボアンプ」とも呼ばれるサーボドライブは、サーボモーターを制御するために使用されるコントローラーです。それらの機能は、従来のACモーター上の周波数コンバーターの機能に似ています。これらはサーボシステムの一部であり、主に高-精度の位置決めシステムで使用されます。通常、位置、速度、トルクを使用してサーボモーターを制御して、伝送システムで高い-精度の位置を達成します。それらは、伝送技術の高-最終製品です。

 

Tonghang製品シリーズと選択ガイド