摘　要：選擇國(guó)產(chǎn)交流伺服驅(qū)動(dòng)KNDSD100為例證，介紹了伺服驅(qū)動(dòng)器重要參數(shù)的設(shè)置方法和技巧，并將部分故障處理技巧展現(xiàn)給讀者，具有實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)  國(guó)產(chǎn)交流伺服驅(qū)動(dòng)器  交流伺服電動(dòng)機(jī)

隨著市場(chǎng)的發(fā)展和國(guó)內(nèi)功率電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及控制原理等技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)、交流伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服電動(dòng)機(jī)這兩年有了較大的

發(fā)展，在某些應(yīng)用領(lǐng)域打破了國(guó)外的壟斷局面。筆者因多年從事數(shù)控技術(shù)工作，使用了多套日本安川、松下、三洋等數(shù)字伺服，但最近因國(guó)產(chǎn)伺服性價(jià)比好，使

用了一些北京凱恩帝數(shù)控技術(shù)公司生產(chǎn)的交流伺服驅(qū)動(dòng)及電動(dòng)機(jī)，對(duì)使用中某些方面總結(jié)了一些簡(jiǎn)單實(shí)用的技巧。

1　KNDSD100基本性能

1.1　基本功能

SD100采用國(guó)際上先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)TM320(S240)、大規(guī)模可編程門陣列(FPGA)、日本三菱的新一代智能化功率模塊(1PM)，集成度高，體積小，具有超速、過(guò)流、過(guò)載、主電源過(guò)壓欠壓、編碼器異常和位置超差等保護(hù)功能。

與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相比，交流伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)失步現(xiàn)象。伺服電動(dòng)機(jī)自帶編碼器，位置信號(hào)反饋至伺服驅(qū)動(dòng)器，與開環(huán)位置控制器一起構(gòu)成半閉環(huán)控制系統(tǒng)。調(diào)速比寬 1：5000，轉(zhuǎn)矩恒定，1 r和2000r的扭矩基本一樣，從低速到高速都具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩特性和很快的響應(yīng)特性。采用全數(shù)字控制，控制簡(jiǎn)單靈活。用戶通過(guò)參數(shù)修改可以對(duì)伺服的工作方式、運(yùn)行特性作出適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。目前價(jià)格僅比步進(jìn)電動(dòng)機(jī)高2000～3000元。

1.2  參數(shù)調(diào)整

SD100為用戶提供了豐富的用戶參數(shù)0～59個(gè)，報(bào)警參數(shù)1～32個(gè)，監(jiān)視方式(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，位置偏差等)22個(gè)。用戶可以根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整參數(shù)，以達(dá)到最佳控制效果。幾種常用的參數(shù)的含義是：

(1)“0”號(hào)為密碼參數(shù)，出廠值315，用戶改變型號(hào)必須將此密碼改為385。

(2)“1”號(hào)為型號(hào)代碼，對(duì)應(yīng)同系列不同功率級(jí)別的驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)。

(3)“4”號(hào)為控制方式選擇，改變此參數(shù)可設(shè)置驅(qū)動(dòng)器的控制方式。其中，“0”為位置控制方式；“1”為速度控制方式；“2”為試運(yùn)行控制方式；“3”為JOG控制方式；“4”為編碼器調(diào)零方式；“5”為開環(huán)控制方式(用戶測(cè)試電壓及編碼器)；“6”為轉(zhuǎn)矩控制方式。

(4)“5”號(hào)為速度比例增益，出廠值為150。此設(shè)置值越大，增益越高，剛度越高。參數(shù)設(shè)置根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)型號(hào)和負(fù)載情況設(shè)定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大。在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩情況下，應(yīng)盡量設(shè)定較大些。

(5)“6”號(hào)為速度積分時(shí)間常數(shù)，出廠值為20。此設(shè)定值越小，積分速度越快，太小容易產(chǎn)生超調(diào)，太大使響應(yīng)變慢。參數(shù)設(shè)置根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)型號(hào)和負(fù)載確定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大。

(6)“40”、“4l”號(hào)為加減速時(shí)間常數(shù)，出廠設(shè)定為0。此設(shè)定值表示電動(dòng)機(jī)以0～100r/min轉(zhuǎn)速所需的加速時(shí)間或減速時(shí)間。加減速特性呈線性。

(7)“9”號(hào)為位置比例增益，出廠沒定為40。此設(shè)置值越大，增益越高，剛度越高，相同頻率指令脈沖條件下，位置滯后量越小。但數(shù)值太大可能會(huì)引起振蕩或超調(diào)。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)型號(hào)和負(fù)載情況而定。

2  KNDSD100的參數(shù)設(shè)置技巧

SD100伺服驅(qū)動(dòng)器和凱恩帝數(shù)控系統(tǒng)相配時(shí)，只需設(shè)定表1中的參數(shù)，其余參數(shù)，一般情況下，不用修改。

電子齒輪比的設(shè)置如下：配KND-SD100伺服驅(qū)動(dòng)器，應(yīng)將KND系統(tǒng)的電子齒輪比設(shè)置為CMR/CMD=1：1，。KND-SD100伺服驅(qū)動(dòng)器電子齒輪比設(shè)置為

位置指令脈沖分頻分子(PA12)/位置指令脈沖分頻分母(PA13)=4×2500(編碼器條紋數(shù))/帶輪比×絲杠螺距×1000

分子分母可約成整數(shù)。

對(duì)于車床，如果X軸以直徑編程，以上公式分母應(yīng)乘以2，即：

位置指令脈沖分頻分子(PA12)/位置指令脈沖分頻分母(PA13)=4×2500(編碼器條紋數(shù))/帶輪比×絲杠螺距×1000×2

例：X軸絲杠螺距為4mm,1：1傳動(dòng)；Z軸絲杠螺距為6mm,1：2減速傳動(dòng)，則X軸驅(qū)動(dòng)器的電子齒輪比為

PA12/PA13=4×2500/(1×4×1000×2)=5/4。

Z軸驅(qū)動(dòng)器的電子齒輪比為

PA12/PA13=4×2500/(6×1000×1/2)(減速傳動(dòng)比)=10/3

所以，對(duì)于X軸驅(qū)動(dòng)器，PA/2/PA/3應(yīng)設(shè)定為5/4,對(duì)于Z軸驅(qū)動(dòng)器，PA12/PA13應(yīng)設(shè)定為10/3。

3　KNDSD100的參數(shù)優(yōu)化技巧

(1) 根據(jù)上述設(shè)置好SD100伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)后，開始優(yōu)化調(diào)整伺服性能，即驅(qū)動(dòng)增益參數(shù)的調(diào)整。一般SD100驅(qū)動(dòng)器保持缺省的增益參數(shù)，基本可以滿足用戶的加工要求。在缺省增益運(yùn)行電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果電動(dòng)機(jī)發(fā)出異常聲音，則要首先考慮電動(dòng)機(jī)軸的安裝是否存在問(wèn)題。經(jīng)檢查問(wèn)題后可考慮采用共振抑制的辦法，修改7號(hào)參數(shù)(轉(zhuǎn)矩濾波器)和8號(hào)參數(shù)(速度檢測(cè)低通濾波器)來(lái)抑制電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)。7、8號(hào)參數(shù)缺省參數(shù)為100，可試著每次將7、8號(hào)參數(shù)分別減少10，按確認(rèn)鍵。運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，如還不正常，再減少10，直到電動(dòng)機(jī)無(wú)異常聲音。一般7，8號(hào)參數(shù)的調(diào)整范圍為20～80之間，這樣基本能達(dá)到共振抑制的效果。

(2) 保持出廠參數(shù)時(shí)達(dá)不到加工效果，比如車床車出的斜面粗糙度值大，可試著再調(diào)整如下參數(shù)：①速度比例增益PA5的調(diào)整：確認(rèn)驅(qū)動(dòng)器正常啟動(dòng)，用數(shù)控系統(tǒng)手動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)(機(jī)床移動(dòng))。確認(rèn)如果電動(dòng)機(jī)不振動(dòng)，加大調(diào)整此參數(shù)。設(shè)定值越大，剛性越大，機(jī)床的定位精度越高，每次加大數(shù)值5，直到產(chǎn)生振動(dòng)，將此值減小到穩(wěn)定后，再將此值減10；②位置比例增益PA9：在穩(wěn)定范圍內(nèi)，盡量設(shè)置得較大，這樣機(jī)床跟蹤特性好，滯后誤差小。同速度比例增益的調(diào)整相似，在不產(chǎn)生振動(dòng)的情況下應(yīng)盡可能調(diào)大此值；③如以上兩參數(shù)提高后還達(dá)不到加工效果，可采用調(diào)整7、8號(hào)參數(shù)的方法進(jìn)行振動(dòng)的抑制參數(shù)調(diào)整。調(diào)整后，驅(qū)動(dòng)器5、9 號(hào)參數(shù)可以再向上調(diào)一些，這樣應(yīng)該可以滿足用戶的加工要求。

4　KNDSD100的故障處理技巧

一旦出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)，伺服單元將禁止電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，以及對(duì)用戶參數(shù)的調(diào)整，直至斷電后重新上電。用戶可以根據(jù)顯示的報(bào)警信息來(lái)判斷故障的類型以及引起故障的原因。具體故障處理辦法可以參考SD100用戶手冊(cè)。如果連報(bào)警都沒有，那自然就是驅(qū)動(dòng)器故障。當(dāng)然，還有可能是伺服根本沒有故障，而是控制信號(hào)或上位機(jī)有問(wèn)題導(dǎo)致伺服沒有動(dòng)作。

除了看驅(qū)動(dòng)器上的錯(cuò)誤、報(bào)警號(hào)，查手冊(cè)外，有時(shí)最直接的判斷就是互換，如數(shù)控車床的X軸和Z軸互換(型號(hào)相同才可以)。或在伺服電動(dòng)機(jī)功率差距不大的情況下，修改伺服驅(qū)動(dòng)器某些特征參數(shù)(如KNDSD100的“1”號(hào)型號(hào)代碼參數(shù))，短時(shí)間內(nèi)互換，確定故障后再換回來(lái)是可以的。

還可以通過(guò)修改數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)，將某軸如X軸鎖住，不讓系統(tǒng)檢測(cè)X軸，達(dá)到判斷目的。但應(yīng)注意：X軸與Z軸互換，即使型號(hào)相同，機(jī)床可能因?yàn)樨?fù)載不同、參數(shù)不同而產(chǎn)生問(wèn)題。在確認(rèn)檢查方案動(dòng)手前，一定要考慮全面，以免造成不必要的損失。

再有，因?yàn)榻涣魉欧卧ǔＪ褂脭?shù)控系統(tǒng)統(tǒng)一供電系統(tǒng)，三相交流220 V的電壓來(lái)自伺服變壓器。所以在操作過(guò)程中必須符合操作規(guī)范。例如：U、V、W三相輸出必須按照正確的順序連接，否則電動(dòng)機(jī)將不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，將給出報(bào)警信號(hào)，并禁止電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。

此外，還可以利用報(bào)警表(表2)提示來(lái)處理故障。

5　伺服電動(dòng)機(jī)的其他問(wèn)題處理技巧

(1)電動(dòng)機(jī)竄動(dòng)：在進(jìn)給時(shí)出現(xiàn)竄動(dòng)現(xiàn)象，測(cè)速信號(hào)不穩(wěn)定，如編碼器有裂紋；接線端子接觸不良，如螺釘松動(dòng)等；當(dāng)竄動(dòng)發(fā)生在由正方向運(yùn)動(dòng)與反方向運(yùn)動(dòng)的換向瞬間時(shí)，一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向問(wèn)隙或伺服驅(qū)動(dòng)增益過(guò)大所致；

(2) 電動(dòng)機(jī)爬行：大多發(fā)生在起動(dòng)加速段或低速進(jìn)給時(shí)，一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤(rùn)滑狀態(tài)不良，伺服系統(tǒng)增益低及外加負(fù)載過(guò)大等因素所致。尤其要注意的是，伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠聯(lián)接用的聯(lián)軸器，由于連接松動(dòng)或聯(lián)軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)不同步，從而使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)忽快忽慢；

(3)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)：機(jī)床高速運(yùn)行時(shí)，可能產(chǎn)生振動(dòng)，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生過(guò)流報(bào)警。機(jī)床振動(dòng)問(wèn)題一般屬于速度問(wèn)題，所以應(yīng)尋找速度環(huán)問(wèn)題；

(4)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩降低：伺服電動(dòng)機(jī)從額定堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩到高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩會(huì)突然降低，這時(shí)因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)繞組的散熱損壞和機(jī)械部分發(fā)熱引起的。高速時(shí)，電動(dòng)機(jī)溫升變大，因此，正確使用伺服電動(dòng)機(jī)前一定要對(duì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載進(jìn)行驗(yàn)算；

(5) 電動(dòng)機(jī)位置誤差：當(dāng)伺服軸運(yùn)動(dòng)超過(guò)位置允差范圍時(shí)(KNDSD100出廠標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置PA17：400，位置超差檢測(cè)范圍)，伺服驅(qū)動(dòng)器就會(huì)出現(xiàn)“4”號(hào)位置超差報(bào)警。主要原因有：系統(tǒng)設(shè)定的允差范圍小；伺服系統(tǒng)增益設(shè)置不當(dāng)；位置檢測(cè)裝置有污染；進(jìn)給傳動(dòng)鏈累計(jì)誤差過(guò)大等；

(6)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)：數(shù)控系統(tǒng)到伺服驅(qū)動(dòng)器除了聯(lián)結(jié)脈沖+方向信號(hào)外，還有使能控制信號(hào)，一般為DC+24 V繼電器線圈電壓。伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，常用診斷方法有：檢查數(shù)控系統(tǒng)是否有脈沖信號(hào)輸出；檢查使能信號(hào)是否接通；通過(guò)液晶屏觀測(cè)系統(tǒng)輸入/出狀態(tài)是否滿足進(jìn)給軸的起動(dòng)條件；對(duì)帶電磁制動(dòng)器的伺服電動(dòng)機(jī)確認(rèn)制動(dòng)已經(jīng)打開；驅(qū)動(dòng)器有故障；伺服電動(dòng)機(jī)有故障；伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠聯(lián)結(jié)聯(lián)軸節(jié)失效或鍵脫開等。

6　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)器的正確使用除按用戶手冊(cè)正確設(shè)置參數(shù)外，還應(yīng)結(jié)合使用現(xiàn)場(chǎng)和負(fù)載情況，靈活操作。實(shí)際工作中，使用者只有具備較強(qiáng)的參數(shù)理解能力和實(shí)踐技能，才能摸索出調(diào)試驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)的技巧，才能用好伺服驅(qū)動(dòng)和伺服電動(dòng)機(jī)。