【摘要】:本文主要介紹英威騰DA200高性能交流伺服系統(tǒng)全閉環(huán)控制功能在高精度外圓磨床上的應(yīng)用。

【關(guān)鍵字】:英威騰DA200伺服、磨床、全閉環(huán)、高精度

1、 磨床設(shè)備及工藝簡(jiǎn)介

1．1  磨床是利用磨具對(duì)工作表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床。大多數(shù)的磨床是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進(jìn)行磨削加工，少數(shù)的是使用油石，砂帶等其他磨具和游離磨料進(jìn)行加工，如珩磨機(jī)、超精加工機(jī)床、砂帶磨床、研磨機(jī)和拋光機(jī)等。

設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

1. 2  工藝簡(jiǎn)介

通常磨具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，工作的旋轉(zhuǎn)與移動(dòng)或磨具的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。磨床因其加工效率高、應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)、使用成本低、操作安全方便等特點(diǎn)而深受用戶親睞。磨削是一種彈性磨削，是一種具有磨削、研磨、拋光多種作用的復(fù)合加工工藝。

2、磨床設(shè)備市場(chǎng)簡(jiǎn)介

目前部分國(guó)內(nèi)企業(yè)已能生產(chǎn)較低端的數(shù)控刀具磨床，高端數(shù)控刀具磨床仍以進(jìn)口為主。隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)技術(shù)的積累，已經(jīng)大大縮小與國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)之間的差距，國(guó)產(chǎn)數(shù)控刀具磨床在性價(jià)比上的優(yōu)勢(shì)開(kāi)始顯現(xiàn)，內(nèi)需方面進(jìn)口替代開(kāi)始加速，出口方面數(shù)控刀具磨床比例正在逐步增加，出口開(kāi)始提速。數(shù)控磨床正處在行業(yè)景氣度上升期。

本行業(yè)目前選用的伺服品牌大致有：日本安川∑Ⅱ、∑5系列、三菱J2S、J3、J4系列、臺(tái)達(dá)A2系列交流伺服、英威騰DA200系列交流伺服。數(shù)控磨床對(duì)交流伺服的要求非常苛刻，100次連續(xù)加工重復(fù)定位精度誤差≤2μm,磨削后的尺寸誤差≤1μm，國(guó)內(nèi)磨削加工工況比較惡劣，例如電壓不穩(wěn)、高溫高濕、高污染等。由于進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格很高，售后服務(wù)很難滿足客戶的要求，給客戶的生產(chǎn)成本、機(jī)床信譽(yù)、服務(wù)質(zhì)量增加了很多的麻煩和負(fù)擔(dān)。因此客戶一直在尋找性價(jià)比更高的、服務(wù)更及時(shí)周到的國(guó)產(chǎn)伺服品牌。而英威騰DA200憑借高精度、高響應(yīng)、全閉環(huán)、高性價(jià)比的超強(qiáng)性能及定制化服務(wù)贏得了客戶的認(rèn)可。

3、應(yīng)用方案介紹

3．1  全閉環(huán)伺服系統(tǒng)與半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的區(qū)別

半閉環(huán)是指數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，伺服接受指令，然后執(zhí)行，在執(zhí)行的過(guò)程中，伺服本身的編碼器進(jìn)行位置反饋給伺服，伺服自己進(jìn)行偏差修正，伺服本身誤差可避免，但是機(jī)械誤差無(wú)法避免，因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)不知道。

全閉環(huán)是指伺服接受指令，然后執(zhí)行，執(zhí)行的過(guò)程中，在機(jī)械裝置上有位置反饋的裝置，直接反饋給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)比較，判斷出與實(shí)際偏差，給伺服指令，進(jìn)行偏差修正。

3．2  全閉環(huán)的重要部件——光柵尺

光柵尺，也稱為光柵尺位移傳感器（光柵尺傳感器），是利用光柵的光學(xué)原理工作的測(cè)量反饋裝置。光柵尺經(jīng)常應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，可用作直線位移或者角位移的檢測(cè)。其測(cè)量輸出的信號(hào)為數(shù)字脈沖，具有檢測(cè)范圍大，檢測(cè)精度高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。

3. 3  半閉環(huán)磨床的控制方案

絲桿有導(dǎo)程間隙，來(lái)回加工運(yùn)行不確定的誤差一直在。

機(jī)械傳動(dòng)運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，磨損越厲害，加工不確定誤差也會(huì)在增大。

3．4  INVT磨床控制方案

3．4．1 系統(tǒng)配置圖

3．4．2電氣選型配置

3．4．3方案優(yōu)勢(shì)

3．4．3．1.支持外接負(fù)載端安裝的光柵尺，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，降低機(jī)械傳動(dòng)背隙影響，更加確保機(jī)器終端定位精度。

3．4．3．2直接測(cè)量外部負(fù)載行程，有效地克服了由于機(jī)械磨損造成的傳動(dòng)誤差加大的困擾。

4、伺服調(diào)試及參數(shù)設(shè)置

4．1  伺服接線圖

4．2  控制線信號(hào)接線

控制模塊為NPN型(共陰極) 

若不需要方向信號(hào)，只需接38腳OCP接24V+和24腳PULSE-接PLC脈沖輸出。

4．3   伺服參數(shù)設(shè)置表

4．4 USB通信的在線示波器通道波形

4．5  伺服調(diào)試主要步驟：

4．5．1.  模式設(shè)置為全閉環(huán)，P0.03=6. 

4．5．2.  設(shè)置正確的電子齒輪比；P0.22設(shè)置為0. 電機(jī)為17位絕對(duì)值，外部光柵尺分頻分子P4.60設(shè)置為 131072.電機(jī)轉(zhuǎn)一圈同時(shí)絲桿行進(jìn)一圈行程為5mm,光柵尺的分辨率為1um,外部光柵尺分頻分母P4.61設(shè)置為5000. 

4．5．3.  學(xué)習(xí)好慣量，打開(kāi)在線慣量整定有效，P1.00=1.使P1.01與觀測(cè)值基本相符，否則，繼續(xù)學(xué)。

4．5．4.  將增益調(diào)高，此機(jī)剛性P1.03調(diào)到17.

4．5．5   開(kāi)關(guān)量配置：DI1為反向驅(qū)動(dòng)禁止，DI2為正向驅(qū)動(dòng)禁止。p3.40=1.DI6為使能，DO3為故障輸出。

4．6  伺服常見(jiàn)問(wèn)題及處理

全閉環(huán)各種場(chǎng)合應(yīng)用如果不恰當(dāng)容易飛車(chē)，首先P4.62設(shè)置光柵尺方向須與伺服電機(jī)一致，若不一樣，需要方向取反，否則會(huì)飛車(chē)。此外，還可將p4.33位置超差脈沖范圍設(shè)小到合適值，默認(rèn)值為100000.同時(shí)最大速度限制P4.31也可以設(shè)置限到合適的值。這樣可以防止誤操作引發(fā)的飛車(chē)，比如使能斷了，上位還一直在發(fā)脈沖，超過(guò)p4.33伺服就報(bào)警了。從而防止一加上使能就會(huì)飛車(chē)的現(xiàn)象。

5、方案總結(jié)：

a)  重復(fù)定位精度為2um以內(nèi)，達(dá)到了客戶的要求。

b)  與半閉環(huán)控制相比，半閉環(huán)新機(jī)機(jī)械無(wú)磨損，雖然可以通過(guò)補(bǔ)償來(lái)克服絲桿導(dǎo)程間隙，但是時(shí)間長(zhǎng)了，磨損度不確定，加工誤差加大，而全閉環(huán)系統(tǒng)很好的解決了這個(gè)硬傷問(wèn)題，為客戶創(chuàng)造最大的價(jià)值。

c)  全閉環(huán)功能使得DA200在運(yùn)動(dòng)精度、輸出柔性、速度和加速度控制優(yōu)勢(shì)十分明顯，一舉打破了進(jìn)口伺服的堅(jiān)冰,成為行業(yè)翹楚。

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關(guān)于英威騰：

英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領(lǐng)先、受人尊敬的工業(yè)自動(dòng)化和能源電力領(lǐng)域的產(chǎn)品與服務(wù)提供者，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國(guó)家火炬計(jì)劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)，目前擁有16家控股子公司，分駐于全國(guó)的12大研發(fā)中心，申請(qǐng)各類(lèi)專(zhuān)利800多件，依托于電力電子、電氣傳動(dòng)、自動(dòng)控制、信息技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，主要產(chǎn)品涵括高中低壓變頻器、電梯智能控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、PLC、HMI、SVG、UPS、電機(jī)和電主軸、光伏逆變器、軌道交通牽引系統(tǒng)、新能源汽車(chē)電控系統(tǒng)等。英威騰現(xiàn)有員工2500多人，大型生產(chǎn)基地3個(gè)，營(yíng)銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò)遍布國(guó)內(nèi)及海外60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。