伺服驱动系统故障维修100例
6章伺服驱动系统故障维修100例
6.1 FANUC伺服驱动系统故障维修60例
6.1.1 FANUC直流伺服驱动系统故障维修30例
例201．开机出现剧烈振动的故障维修
故障现象：一台配套FANUC 6M的加工中心，在机床搬迁后，首次开机时，机床出现剧烈振动，CRT显示401、430报警。
分析与处理过程：FANUC 6M系统CRT上显示401报警的含义是“X、Y、Z等进给轴驱动器的速度控制准备信号(VRDY信号)为OFF状态，即：速度控制单元没有准备好”；ALM430报警的含义是“停止时Z轴的位置跟随误差超过”。
根据以上故障现象，考虑到机床搬迁前工作正常，可以认为机床的剧烈振动，是引起X、Y、Z等进给轴驱动器的速度控制准备信号(VRDY信号)为“OFF”状态，且Z轴的跟随误差超过的根本原因。
分析机床搬迁前后的最大变化是输入电源发生了改变，因此，电源相序接反的可能性较大。检查电源进线，确认了相序连接错误；更改后，机床恢复正常。
例202~例203．运动失控的故障维修
例202．故障现象：一台配套FANUC 6ME系统的加工中心，由于伺服电动机损伤，在更换了X轴伺服电动机后，机床一接通电源，X轴电动机即高速转动，CNC发生ALM410报警并停机。
分析与处理过程：机床一接通电源，X轴电动机即高速转动，CNC发生ALM410报警并停机的故障，在机床厂第一次开机调试时经常遇到，根据维修经验，故障原因通常是由于伺服电动机的电枢或测速反馈极性接反引起的。
考虑到本机床X轴电动机已经进行过维修，实际存在测速发电机极性接反的可能性，维修时将电动机与机械传动系统的连接脱开后(防止电动机冲击对传动系统带来的损伤)，直接调换了测速发电机极性，通电后试验，机床恢复正常。
例203．故障现象：一台配套FANUC 6ME系统、FANUC直流伺服驱动、SIEMENS
1HU3076直流伺服电动机的进口加工中心，在机床大修后，机床一接通电源，X 轴电动机即高速转动，CNC发生ALM410报警并停机。
分析与处理过程：故障分析处理过程同上，初步判定故障原因通常是由于伺服电动机的电枢或测速反馈极性接反引起的。
考虑到本机床大修时，将X轴电动机进行了重新安装，且SIEMENS lHU3076直流伺服电动机不带测速发电机，伺服电动机的实际转速反馈信号通过对编码器的F/V转换得到，因此故障最大可能的原因是电动机电枢线极性接反。
维修时在电动机与机械传动系统脱开后(防止电动机冲击对传动系统带来的损伤)直接调换了电动机电枢极性，通电后试验，机床恢复正常。
例204~例205．速度控制单元无报警指示的故障维修
例204．故障现象：一台配套FANUC 7M系统的加工中心，开机时，系统CRT显示ALM05、ALM07报警。
分析与处理过程：FANUC 7M系统ALM 05报警的含义是“系统处于‘急停’状态”；ALM07报警的含义是“伺服驱动系统未准备好”。
在FANUC 7M系统中，引起05、07号报警的常见原因有：数控系统的机床参数丢失或伺服驱动系统存在故障。
检查机床参数正常：但速度控制单元上的报警指示灯均未亮，表明伺服驱动系统未准备好，且故障原因在速度控制单元。
进一步检查发现，Z轴伺服驱动器上的30A(晶闸管主回路)和1.3A(控制回路)熔断器均已经熔断，说明Z轴驱动器主回路存在短路。
分析驱动器主回路存在短路的原因，通常都是由于晶闸管被击穿引起的。故利用万用表逐一检查主回路的晶闸管，发现其中的两只晶闸管已被击穿，造成了主回路的短路。更换晶闸管后，驱动器恢复正常。
例205．故障现象：一台配套FANUC 6ME的加工中心，在加工过程中，突然停机，CRT显示ALM401、410、411、420、421、430、431号报警。
分析与处理过程：FANUC 6ME系统CRT上显示以上各报警的含义是：ALM401：X、Y、Z等进给轴驱动器的速度控制准备信号(VRDY信号)为“OFF'’状态，即：伺服驱动系统没有准备好。
ALM410、420、430：X轴、Y轴和Z轴停止时的位置偏差过大。
ALM411、421、431：X轴、Y轴和Z轴移动时位置偏差过大。
根据FANUC 6M系统的维修说明书，发生以上报警号的原因较多，且都与位置控制、伺服驱动器有关。实际分析，在一般情况下，系统同时发生X轴、Y
轴和Z轴伺服驱动器损坏的可能性较小，故而故障应与速度控制单元的公共部分有关。
通过检查速度控制单元的主回路电源、辅助电源等公共部分，发现伺服变压器的进线电源熔断器的其中两相已熔断。
测量伺服变压器一次(侧)进线，确认变压器柜内部存在短路。打开伺服变压器柜检查发现，伺服变压器进线的电线绝缘破损，造成了电源短路。在重新连接后，确认伺服驱动器无短路，重新开机，故障排除，机床恢复正常。
例206~例207．速度控制单元TGLS报警的故障维修
例206．故障现象：一台配套FANUC 7M系统的加工中心，开机时，CRT 显示ALM05、ALM07报警。
分析与处理过程：FANUC 7M系统发生05号报警的含义同例204。
检查机床伺服驱动系统，发现X轴速度控制单元上的TGLS报警灯亮，即：X轴存在测速发电机断线报警，分析故障可能的原因有：
1)测速发电机或脉冲编码器不良。
2)电动机电枢线断线或连接不良。
3)速度控制单元不良。
测量、检查X轴速度控制单元，发现外部条件正常；速度控制单元与伺服电动机、CNC的连接正确，表明故障与速度控制单元或电动机有关。
为了确定故障部位，维修时首先通过互换X、Y轴速度控制单元的控制板，发现故障现象不变，初步判定故障在伺服电动机或电动机内装的测量系统上。
由于故障都与伺服电动机有关，维修时再次进行了同规格电动机的互换确认，故障随着伺服电动机转移。
将X轴电动机拆下，通过加入直流电，单独旋转电动机，电动机转动平稳、调速正常，表明电动机本身无故障。用示波器测量测速发电机输出波形，发现波形异常。拆下测速发电动机检查，发现测速发电机电刷弹簧已经断裂，引起了接触不良。通过清扫测速发电机，并更换电刷后，机床恢复正常。
例207．故障现象：一台配套FANUC 6M的加工中心，机床起动后，手动进行第4轴回参考点操作，速度控制单元出现TGLS报警。
分析与处理过程：速度控制单元出现TGLS报警的含义是“速度测量系统断线”。根据故障的含义以及实际机床情况，维修时按下列顺序进行了检查与确认：
1)检查电动机内装式脉冲编码器，未发现不良。
2)检查电动机、驱动器各连接器，均已经牢固连接。
3)用万用表测量电动机各电缆的连接，未发现问题。
4)交换驱动器的控制板未见异常。
重新起动机床，报警消失，但回转工作台回零后，又重现报警。
为了分清故障部位，考虑到机床伺服系统为半闭环结构，试着脱开电动机与丝杠的联接后，再次开机试验，发现故障消失，因此判定故障原因在回转工作台的机械部分。
检查后发现回转工作台的齿牙盘位置已经发生了偏离，经重新调整机械位置后，报警消除，机床恢复正常。
例208~例209．速度控制单元HCAL报警的故障维修
例208．故障现象：一台配套FANUC 6ME的数控冲床，开机时CRT显示ALM401报警，且Y轴速度控制单元上HCAL报警灯亮。
分析与处理过程：FANUC 6M系统CRT上显示401报警的含义是“X、Y、Z等进给轴伺服驱动系统的速度控制单元的准备信号(VRDY信号)为OFF状态，即伺服驱动系统没有准备好”：速度控制单元状态指示灯HCAL亮的含义是“速度控制单元存在过电流报警”。
由于本机床使用的是PWM直流速度控制单元，根据报警分析，直流速度控制单元存在过电流报警是引起数控系统401报警的根本原因，因为当速度控制单元出现过电流时，必然使得速度控制单元的“准备好”信号(VRDY信号)断开。
速度控制单元出现过电流可能的原因有：
1)主回路逆变晶体管TMl~TM4模块不良。
2)伺服电动机电枢线短路、绕组短路或对地短路。
3)驱动器内部逆变晶体管输出短路或对地短路。
根据以上原因，通过测量电动机绕组，表明电动机正常；因此故障最大可能的原因是驱动器上的晶体管模块损坏。通过实际测量发现，驱动器主回路的逆变晶体管模块TMl、TM2(参见图5-12)损坏。在测量确认主回路无短路的前提下，通过更换同规格模块后，故障排除，机床恢复正常工作。
例209．故障现象：一台采用FANUC 6M系统，配套DCl0型PWM直流速度控制单元的立式加工中心，开机时出现ALM401报警。
分析与处理过程：FANUC 6M出现ALM 401报警的含义同前。检查速度控制单元，发现Y轴伺服驱动器上的HCAL报警灯亮，表明Y轴存在过电流，故障可能的原因同上。
为了确认故障部位，维修是先取下伺服电动机的电枢线，并设定了端子S23短路(取消由于电枢线未连而产生TGLS报警)。再次开机试验，发现HCAL报警消失，由此确认，故障与驱动器本身无关，其故障部位在电枢线或伺服电动机上。
拆下Y轴伺服电动机检查，发现该轴电动机由于安装位置不良，长期有冷却水溅入电枢线插头，引起了电枢线插头的绝缘不良，产生了短路；更换电动机插头，并对冷却水进行防护处理后，机床恢复正常。
例210．速度控制单元BRK报警的故障维修
故障现象：一台采用FANUC 6M系统，配套FANUC DCl0型PWM直流伺服驱动系统的数控铣床，在自动运行过程中突然停机，CNC出现ALM401、ALM43¨报警。
分析与处理过程：FANUC 6M出现ALM401报警的含义同上；ALM431是Z轴跟随误差报警。
检查伺服驱动系统，发现Z轴速度控制单元的BRK报警灯亮，表明主回路断路器跳闸，分析故障原因，可以初步确定为主回路存在短路或过电流。
重新合上主回路断路器NBFl/NBF2后，测量Z轴速度控制单元电源进线，发现U、W间存在短路，对照速度控制单元主回路原理图(见图5-12)逐一检查主回路各元器件，测量发现，该速度控制单元的主回路浪涌吸收器ZNR存在短路。更换同规格的浪涌吸收器后，在测量确认主回路已无短路的情况下，再次开机，机床故障排除。
例211．速度控制单元HV AL报警的故障维修
故障现象：某配套FANUC 6M系统，DC20/30型直流PWM驱动的卧式加工中心，在自动加工过程中，偶然出现ALM401、ALM421报警。
分析与处理过程：FANUC 6M出现ALM401报警的含义同上；ALM421是Y轴位置跟随超差报警。
由于故障偶尔出现，初步判定CNC与伺服驱动系统本身无损坏；据操作人员反映，在机床手动、回参考点工作时，均无报警，分析电缆连接不良的可能性亦较小。
为了确定故障原因，维修时对Y轴编制了空运行试验程序，经多次试验确认：故障多在快进起动与停止时出现，故障时，速度控制单元上HVAL报警指示灯亮，表明驱动系统存在过电压。
测量速度控制单元输入电源，发现输入电压正确；检查直流母线上的制动电阻、斩波管均未损坏，初步判定故障是由于机械负载过重引起的。
由于该机床Y轴采用了液压平衡系统，分析机械负载过重可能与平衡液压缸的压力调节有关，进一步检查液压系统，发现平衡压力调整过低；重新调正平衡系统压力后，故障现象消失，机床恢复正常。
例212~例213．速度控制单元OVC报警的故障维修
例212．故障现象：某配套FANUC 6M系统的进口立式加工中心，在自动加工过程中出现ALM402、ALM403、ALM441报警。
分析与处理过程：FANUC 6M出现以上报警的含义如下：
ALM401：附加轴(第4轴)速度控制单元过载报警。
ALM403：第4轴速度控制单元未准备好报警。
ALM441：第4轴位置跟随误差超过报警。
由于该机床的第4轴(A轴)为数控转台，根据报警的含义，检查A轴速度控制单元及伺服电动机，发现该轴伺服电动机表面温度明显过高，证明A轴事实上存在过载。
为了分清故障部位，在回转台上取下了伺服电动机，旋转A轴蜗杆，发现蜗杆已被完全夹紧。考虑到该轴有液压夹紧机构，在松开A轴液压夹紧机构后再试验，但蜗杆仍无法转动，由此确认故障是由于A轴机械负载过重引起的。
打开A轴转台检查，发现转台内部的夹紧装置及检测开关位置调节不当，使A轴在松开状态下，仍然无法转动；重新调整转台夹紧装置及检测开关后，再次试验，报警消失，机床恢复正常。
例213．故障现象：一台采用FANUC 6M系统的进口立式加工中心，自动加工过程中，CRT显示ALM403、ALM441报警。
分析与处理过程：ALM403、ALM441报警的含义同前。根据报警内容，可以确定故障的主要原因是第4轴驱动器未准备好。检查报警时第4轴速度控制单元的状态，发现该轴伺服驱动器的指示灯“OVC”亮，表明速度控制单元存在过载。
经与上例同样的检查，发现转台可以正常松开，而且在取下工件后，程序空
运行动作完全正常，证明转台本身无故障。
检查机床实际情况，发现该机床的A轴除在转台侧夹紧外，尾架上亦带有液压夹紧装置。A轴回转需要两者同时松开方可进行。调节尾架液压夹紧装置，在保证可靠松开后，故障排除，机床报警消失。
例214．速度控制单元LV AL报警的故障维修
故障现象：一台配套FANUC 6M系统的立式加工中心，在开机后，系统显示ALM401报警。
分析与处理过程：FANUC 6M系统出现ALM 401的原因同前述。经检查X 轴速度控制单元的报警指示灯LV AL亮，表明速度控制单元存在电源电压过低报警。
根据LV AL报警可能的原因，首先检查驱动器的ACl8V输入，测量表明，输入电压正确。进一步检查辅助电源熔断器F8/F9正常，表明辅助电源回路无短路。
对照FANUC直流伺服单元原理图，开机后测量驱动器辅助电源控制电压，发现驱动器DCl5V为“0”，表为+15V辅助电源故障。逐级测量+15V辅助电源回路各元器件，最终发现驱动器的DCl5V集成稳压器件Q11(7815)损坏。
更换同规格集成电路后，测量+15V正常，LVAL亮灭，机床报警消失，故障排除。
例215~例216．测速发电机引起的位置跟随误差报警的故障维修
例215．故障现象：一台配套FANUC 7M系统的加工中心，机床起动后，CRT显示38号报警。
分析与处理过程：FANUC 7M出现38号报警的含义是Z轴停止时的位置跟随误差超过允许的范围。
对于直流伺服驱动系统，为了加快动态响应速度，当坐标轴处于停止状态，电动机应处于“零位抖动”状态。在正常情况下，这一状态的速度控制单元的测量端CH8对地电压应在±0.5V以下，若此值过大，就会导致工作台停止时的位置跟随误差超过参数设定的允许范围。
在本机床上，检查速度控制单元的增益调整RVl电位器在60％左右，相当于速度环增益为251/S，应属于正常的设定，调整RVl故障无法排除。
进一步利用示波器观察测量端CH2的测速发电机输入波形，并与其他轴的
信号相比较，发现Z轴的测速发电机的输入信号脉动过大，初步判定故障是由测速发电机不良引起的。进一步检查发现，测速发电机的刷架机械位置发生了偏移、刷架已经断裂，造成反馈信号的脉动过大，引起停止时的位置跟随误差的超差。
更换测速发电机的刷架后，故障排除，机床恢复正常。
例216．故障现象：一台配套FANUC 7M系统的立式加工中心，开机时，系统出现ALM05、07和37号报警。
分析与处理过程：FANUC 7M系统ALM05、ALM07的含义同前；ALM37是Y轴位置误差过大报警。
分析以上报警，ALM05报警是由于系统“急停”信号引起的，通过检查可以排除；ALM07报警是系统中的速度控制单元未准备好，可能的原因有：
1)电动机过载。
2)伺服变压器过热。
3)伺服变压器保护熔断器熔断。
4)输入单元的EMG(IN1)和EMG(IN2)之间的触点开路。
5)输入单元的交流100V熔断器熔断(F5)。
6)伺服驱动器与CNC间的信号电缆连接不良。
7)伺服驱动器的主接触器(MCC)断开。
ALM 37报警的含义是“位置跟随误差超差”。
综合分析以上故障，当速度控制单元出现报警时，一般均会出现ALM 37报警，因此故障维修应针对ALM07报警进行。
在确认速度控制单元与CNC、伺服电动机的连接无误后，考虑到机床中使用的X、Y、Z伺服驱动系统的结构和参数完全一致，为了迅速判断故障部位，加快维修进度，维修时首先将X、Z两个轴的CNC位置控制器输出连线XC(Z 轴)和XF(Y)轴以及测速反馈线XE(Z轴)与XH(Y轴)进行了对调。这样，相当于用CNC的Y轴信号控制Z轴，用CNC的Z轴信号控制Y轴，以判断故障部位是在CNC侧还是在驱动侧。经过以上调换后开机，发现故障现象不变，说明本故障与CNC无关。
在此基础上，为了进一步判别故障部位，区分故障是由伺服电动机或驱动器引起的，维修时再次将Y、Z轴速度控制单元进行了整体对调。经试验，故障仍
然不变，从而进一步排除了速度控制单元的原因，将故障范围缩小到Y轴直流伺服电动机上。
为此，拆开了直流伺服电动机，经检查发现，该电动机的内装测速发电机与伺服电动机间的联接齿轮存在松动，其余部分均正常。将其联接紧固后，故障排除。
例217．系统主板不良引起的跟随误差报警的故障维修
故障现象：一台配套FANUC 6ME的加工中心，在加工过程中，突然停机，CRT显示401、410、420报警。
分析与处理过程：FANUC 6M系统CRT上显示401报警的含义与可能的原因同上。报警410、420的含义是“X轴和Y轴停止时的位置偏差过大”，其可能的原因有：
1)位置偏差值设定错误。
2)输入电源电压太低。
3)伺服电动机不良。
4)电动机的动力线和反馈线连接故障。
5)速度控制单元故障以及系统主板的位置控制部分故障，等等。
考虑到本机床X、Y轴速度控制单元同时存在报警，因此，故障一般都与速度控制单元的公共部分有关。
通过检查伺服驱动器电源、速度控制单元辅助电源、速度控制单元与CNC 的连接等公共部分，未发现不良：初步判定可能是系统主板的位置控制部分不良引起的。考虑到现场有同类机床，为维修提供了便利。通过替换主板，确认了故障是由于系统主板不良引起的，直接更换主板后，排除故障，机床恢复正常。
例218．编码器不良引起的跟随误差报警的故障维修
故障现象：某配套FANUC 3MA系统的数控铣床，在运行过程中系统显示ALM31报警。
分析及处理过程：FANUC 3MA系统显示ALM 31报警的含义是“坐标轴的位置跟随误差大于规定值”。
通过系统的诊断参数DGN 800、801、802检查，发现机床停止时DGN 800(X 轴的位置跟随误差)在－1与－2之间变化；DGN801 (Y轴的位置跟随误差)在±1与－1之间变化；但DGN802 (Z轴的位置跟随误差)值始终为“0”。由于伺服系
统的停止是闭环动态调整过程，其位置跟随误差不可以始终为“0”，现象表明Z 轴位置测量回路可能存在故障。
为进一步判定故障部位，采用交换法，将Z轴和X轴驱动器与反馈信号互换，即：利用系统的X轴输出控制Z轴伺服，此时，诊断参数DGN 800数值变为0，但DGN 802开始有了变化，这说明系统的Z轴输出以及位置测量输入接口无故障。故障最大的可能是Z轴伺服电动机的内装式编码器或编码器的连接电缆存在不良。
通过示波器检查Z轴的编码器，发现该编码器输出信号不良；更换新的编码器，机床即恢复正常。
例219~例220．机械传动系统引起的跟随误差报警的故障维修
例219．故障现象：一台采用FANUC 6M系统的卧式加工中心，在B轴旋转时(不论手动或回参考点)，出现ALM403、ALM441报警。
分析与处理过程：FANUC 6M系统出现ALM403、441报警的含义同前。检查该机床的实际情况，发现机床配用的是齿牙盘回转工作台，工作台的回转应首先抬起转台后，才能进行。
检查机床的实际动作，当按下B轴方向键后，转台有“抬起”动作，但回转动作一开始即出现以上报警。
现场分析，估计报警的原因是由于工作台抬起不到位引起的。进一步检查，确认以上原因；重新调节转台抬起行程，确保抬起到位后，故障排除，机床恢复正常。
例220．故障现象：一台采用FANUC 6M系统的进口立式加工中心，在A 轴回转时，出现ALM403、ALM441报警。
分析与处理过程：机床故障的分析过程同前例，但现场分析试验后发现本机床故障与上面几例的区别是，在本例中，当取下工件后，A轴运动立即恢复正常，报警消除。
为了分析比较，维修时测量了有工件与无工件时的电动机负载情况，测量发现，当装上工件尾架顶尖伸出后，A轴伺服电动机电流立即上升，直到超过额定电流。
根据以上现象，可以初步判定A轴过载的原因是尾架干涉引起的；重新调整尾架伸出行程与压力，并监视A轴电流，保证尾架伸出后电动机电流在额定
的30％左右，故障消失，机床恢复正常。
例221．连接不良引起跟随误差报警的故障维修
故障现象：一台配套FANUC 6M系统的数控铣床(二手设备)，开机后移动X 轴，CNC显示ALM411、ALM401报警。
分析与处理过程：FANUC 6M系统ALM401报警的内容同前，ALM411报警的含义是“运动时X轴跟随误差超过”。
进一步分析、试验，发现系统全部参数设置正确，开机时驱动器无报警，且利用增量方式或手轮方式少量移动X轴(≤0.2mm)，机床仍无报警，且显示变化，但电动机不转。通过诊断参数检查X轴跟随误差DGN800的值，发现在X轴运动时，其值不断增加，当超过±200时，即出现报警，这一点与系统的“停止时允差”监控参数一致。
由于机床开机时速度控制单元均无报警，且CNC跟随误差能变化，初步判定机床的CNC与速度控制单元均无故障。利用万用表测量驱动器的V CMD(速度给定电压)输入，发现此值始终为“0”，即：故障原因为CNC的速度给定电压未输入到驱动器。
在故障确定后，检查CNC至速度控制单元的连线，发现X轴速度给定输出线中间已断裂；重新连接后，故障排除，X轴即可正常工作。
例222．速度控制单元不良引起跟随误差报警的故障维修
故障现象：一台配套FANUC 6M系统的立式加工中心，在自动加工过程中突然出现ALM401、ALM431报警。
分析与处理过程：FANUC 6M系统ALM 401、ALM 431的含义同前述。故障的分析与测量过程同上例。
经测量速度控制单元的测量端CHl8上的V CMD输入有电压，但测量端CH8上的电流给定值始终为0V，判定故障应与速度调节器回路有关。
对照FANUC直流伺服单元原理图分析、检查速度调节器各组成元器件，经测量发现速度调节器的集成运算放大器Q1的反向输入端(Q1的2脚)输入有电压，但Q1的输出端(Q1的1脚)始终为0V，由此确认Q1损坏。更换同规格的集成运算放大器后，故障排除，机床恢复正常。
例223．系统参数错误引起跟随误差报警的故障维修
故障现象：一台配套FANUC 6ME的加工中心，在开机后CRT显示401、
410、411、420、421、430、431号报警。
分析与处理过程：FANUC 6M系统CRT上显示以上报警的含义及分析过程同前。初步判定故障发生在速度控制单元的公共部分。
检查伺服驱动器电源、速度控制单元辅助电源等公共部分，未发现伺服驱动系统存在不良。考虑到在一般情况下，同时发生X轴、Y轴、Z轴伺服驱动器损坏的可能性较小，因此维修时检查了伺服系统的参数设定。经检查发现，该机床的部分参数存在不同程度上的错误。在故障原因不明的情况下，根据机床原出厂数据，首先对参数进行了恢复，重新开机后，故障清除，机床恢复正常工作。
为了保证加工精度，又对机床的间隙、螺距等参数进行了重新测量与补偿，机床的精度得到了恢复，机床工作完全正常。
本故障的真正原因不明，初步判断属于偶然性干扰引发的存储器数据混乱。
例224~例229．运动不平稳故障维修
例224．故障现象：一台配套FANUC 7M系统的加工中心，进给加工过程中，发现Y轴有振动现象。
分析与处理过程：加工过程中坐标轴出现振动、爬行现象与多种原因有关，故障可能是机械传动系统的原因，亦可能是伺服进给系统的调整与设定不当等等。
为了判定故障原因，将机床操作方式置于手动方式，用手摇脉冲发生器控制Y轴进给，发现Y轴仍有振动现象。在此方式下，通过较长时间的移动后，Y 轴速度单元上OVC报警灯亮。证明Y轴伺服驱动器发生了过电流报警，根据以上现象，分析可能的原因如下：
1)电动机负载过重。
2)机械传动系统不良
3)位置环增益过高。
4)伺服电动机不良，等等。
维修时通过互换法，确认故障原因出在直流伺服电动机上。卸下Y轴电动机，经检查发现6个电刷中有2个的弹簧已经烧断，造成了电枢电流不平衡，使电动机输出转矩不平衡。另外，发现电动机的轴承亦有损坏，故而引起Y轴的振动与过电流。
更换电动机轴承与电刷后，机床恢复正常。
例225．故障现象：一台配套FANUC 6ME的加工中心，在长期使用后，只要工作台移动到行程的中间段，X轴即出现缓慢的正、反向摆动。
分析与处理过程：由于机床在其他位置时工作均正常，因此，系统参数、伺服驱动器和机械部分应无问题。
考虑到机床已经过长期使用，机床与伺服驱动系统之间的配合可能会发生部分改变，一旦匹配不良，可能引起伺服系统的局部振动。根据FANUC伺服驱动系统的调整与设定说明，维修时通过改变X轴伺服单元上的S6、S7、S11、S13等设定端的设定，消除了机床的振动。
例226．故障现象：一台配套FANUC 6ME的加工中心，在长期使用后，手动操作Z轴时有振动和异常响声，CRT显示431号报警。
分析与处理过程：FANUC 6M系统出现431号报警的含义是“移动过程中Z 轴误差过大”。通过系统的位置跟随误差诊断参数DGN802检查Z轴的位置误差，发现此值超过了系统允许的范围。
为了分清故障部位，考虑到机床伺服系统为半闭环结构，通过脱开电动机与丝杠的联接再次开机试验，发现伺服驱动系统工作正常，故障清除，从而初步判定故障原因在机床机械部分。
利用手动转动机床Z轴，发现丝杠转动困难，丝杠的轴承发热。经仔细检查，发现Z轴导轨无润滑，造成Z轴摩擦阻力过大；重新修理Z轴润滑系统后，机床恢复正常。
例227．故障现象：一台配套FANUC 3M系统的数控铣床，在快速移动时，X轴与Y轴电动机有异常声，Z轴出现不规则的抖动，并且在主轴起动后，现象更为明显。
分析与处理过程：根据故障现象，初步判定该故障与驱动系统公共电源部件有关。但利用万用表检查各轴驱动器和CNC系统的工作电压，都满足要求。为了进一步对输入电源进行确认，维修时用示波器仔细检查了电源的输入波形，发现伺服驱动器直流整流的交流输入电压波形异常。再向前进行逐级检查，最终发现驱动器的输入匹配电阻存在问题，经测量其阻值已经变大；换上电阻后，机床恢复正常。
例228．故障现象：一台配套FANUC 6ME系统的加工中心，X轴在静止时机床工作正常，无报警；但在X轴运动过程中，出现振动，伴有噪声。
分析与处理过程：由于机床在X轴静止时机床工作正常，无报警，初步判定数控系统与驱动器无故障。考虑到X轴运动时定位正确，因此，进一步判定系统X位置环工作正常。
检查X轴的振动情况，经观察发现，振动的频率与运动速度有关，运动速度快振动频率较高，运动速度慢则振动频率低，初步认为故障与速度反馈环节有关。分析引起以上故障可能的原因有：
1)测速发电机不良。
2)测速发电机连接不良。
3)直流伺服电动机不良。
维修时首先检查X轴伺服电动机的测速发电机连接，未发现不良。检查X 轴伺服电动机与内装式测速发电机，发现换向器表面积有较多的碳粉，用压缩空气进行清理后，故障未消除。
进一步利用数字万用表，测量测速发电机换向片之间的电阻值，经比较后发现，有一对极片间的电阻值比其他各对极片间的电阻值大了很多，说明测速发电机绕组内部存在断路现象。更换新的测速发电机后，机床恢复正常。
例229．故障现象：一台配套FANUC 6ME系统的加工中心，X轴在运动时速度不稳；由运动到停止的过程中，在停止位置出现较大幅度的振荡，有时不能完成定位，必须关机后，才能重新工作。
分析与处理过程：仔细观察机床的振动情况，发现X轴振荡频率较低，且无异常声。从振荡现象上看，故障现象与闭环系统参数设定有关，如：系统增益设定过高、积分时间常数设定过大等。
检查系统的参数设定、伺服驱动器的增益、积分时间电位器调节等均在合适的范围，且与故障前的调整完全一致，因此可以初步判断X轴的振荡与参数的设定与调节无关。
为了进一步验证，维修时在记录了原调整值的前提下，将以上参数进行了重新调节与试验，发现故障依然存在，证明了判断的正确性。
在以上处理的基础上，将参数与调整值重新回到原设定后，对伺服电动机与测量系统进行了检查。首先清理了测速发电机和伺服电动机的换向器表面，并用数字表检查测速发电机绕组情况。检查发现，该伺服电动机的测速发电机转子与电动机轴之间的连接存在松动，粘接部分已经脱开；经重新连接后，开机试验，
故障现象消失，机床恢复正常工作。
例230．CNC显示位置测量系统报警故障维修
故障现象：一台配套FANUC 6M的加工中心，机床起动后，在自动方式运行下，CRT显示416号报警。
分析与处理过程：FANUC 6M出现416号报警的含义是“X轴位置测量系统错误”。根据故障的含义以及FANUC 6M系统的实际配置，维修时按下列顺序进行了检查与确认：
1)检查脉冲编码器，未发现不良。
2)检查电动机、驱动器各连接器，均已经牢固连接。
3)用万用表测量电动机各电缆的连接，未发现问题。
4)交换驱动器的控制板未见异常。
5)重新起动机床，进行手动、回零操作，机床工作正常。
为了进一步判断故障原因，在机床自动方式下进行空运转试验，在1h后又出现416号报警。考虑到故障的不稳定性，在发生故障的位置停止机床，再次按上述顺序进行仔细复查，发现编码器反馈信号线中有一根线接触不良。换接备用线后，机床恢复正常工作。
6.1.2 FANUC交流伺服驱动系统故障维修30例
例231．工作数小时后出现剧烈振动的故障维修
故障现象：某采用FANUC 0T数控系统的数控车床，开机时全部动作正常，伺服进给系统高速运动平稳、低速无爬行，加工的零件精度全部达到要求。当机床正常工作5～7h后(时间不定)，Z轴出现剧烈振荡，CNC报警，机床无法正常工作。这时，即使关机再起动，只要手动或自动移动Z轴，在所有速度范围内，都发生剧烈振荡。但是，如果关机时间足够长(如：第二天开机)，机床又可以正常工作5～7h，并再次出现以上故障，如此周期性重复。
分析与处理过程：该机床X、Z分别采用FANUC 5、10型AC伺服电动机驱动，主轴采用FANUC 8SAC主轴驱动，机床带液压夹具、液压尾架和15把刀的自动换刀装置，全封闭防护，自动排屑。因此，控制线路设计比较复杂，机床功能较强。
根据以上故障现象，首先从大的方面考虑，分析可能的原因不外乎机械、电
气两个方面。在机械方面，可能是由于贴塑导轨的热变形、脱胶，滚珠丝杠、丝杠轴承的局部损坏或调整不当等原因引起的非均匀性负载变化，导致进给系统的不稳定。在电气方面，可能是由于某个元器件的参数变化，引起系统的动态特性改变，导致系统的不稳定等等。
鉴于本机床采用的是半闭环伺服系统，为了分清原因，维修的第一步是松开Z轴伺服电动机和滚珠丝杠之间的机械联接，在Z轴无负载的情况下，运行加工程序，以区分机械、电气故障。经试验发现：故障仍然存在，但发生故障的时间有所延长。因此，可以确认故障为电气原因，并且和负载大小或温升有关。
由于数控机床伺服进给系统包含了CNC、伺服驱动器、伺服电动机等三大部分，为了进一步分清原因，维修的第二步是将CNC的X轴和Z轴的速度给定和位置反馈互换(CNC的M6与M8、M7与M9互换)，即：利用CNC的X轴指令控制机床的Z轴伺服和电动机运动，CNC的Z轴指令控制机床的X轴伺服和电动机运动，以判别故障发生在CNC或伺服。经更换发现，此时CNC的Z轴(带X轴伺服及电动机)运动正常，但X轴(带Z轴伺服及电动机)运动时出现振荡。据此，可以确认故障在Z轴伺服驱动或伺服电动机上。
考虑到该机床X、Z轴采用的是同系列的AC伺服驱动，其伺服PCB板型号和规格相同，为了进一步缩小检查范围，维修的第三步是在恢复第二步CNC 和X、Z伺服间的正常连接后，将X、Z的PCB板经过调整设定后互换。经互换发现，这时X轴工作仍然正常，Z轴故障现象不变。
根据以上试验和检查，可以确认故障是由于Z轴伺服主电路或伺服电动机的不良而引起的。但由于X、Z电动机的规格相差较大，现场无相同型号的伺服驱动和电动机可供交换，因此不可以再利用“互换法”进行进一步判别。考虑到伺服主电路和伺服电动机的结构相对比较简单，故采用了原理分析法再进行了以下检查，具体步骤如下。
1)伺服主回路分析。经过前面的检查，故障范围已缩小到伺服主回路与伺服电动机上，当时编者主观认为伺服主回路，特别是逆变功率管由于长时间在高压、大电流情况下工作，参数随着温度变化而变值的可能性较大。为此测绘了实际AC驱动主回路原理图(如图6-1所示)(说明：后来的事实证明笔者这一步的判断是不正确的，但为了如实反映当时的维修过程，并便于读者系统参考，现仍将本
部分内容列出)。
图6-1是根据实物测绘的FANUC AC伺服主回路原理图(板号：A06B－6050－H103)。根据原理图可以分析、判断图中各元器件的作用如下：NFBl为进线断路器，MCC为伺服主接触器，ZNR为进线过电压抑制器。V A～VF为直流整流电路，TA~TF为PWM逆变主回路。C1、C2、C3、R1为滤波电路，V1、V2、R2、T1为直流母线电压控制回路。R3为直流母线电流检测电阻，R4、R5为伺服电动机相电流检测电阻，R6~R8为伺服电动机能耗制动电阻。
经静态测量，以上元器件在开机时及发生故障停机后其参数均无明显变化，且在正常范围。
为进一步分析判断，在发生故障时，对主回路的实际工作情况进行了以下分析测量：
对于直流整流电路，若V A~VF正常，则当输入线电压U l为200V时，A、B 间的直流平均电压应为：
U AB=1.35×U l=270V
考虑到电容器C1的作用，直流母线的实际平均电压应为整流电压的1.1～1.2倍左右，即300~325V左右。实际测量(在实际伺服单元上，为CN3的5脚与CN4的1脚间)，此值为正常，可以判定V A～VF无故障。
主要元件参数：C1：680μF， C2：1200μF， C3：3.3μF， R1：20k Ω
R2: 16Ω R3: 0.12Ω，R4/R5: 0.05Ω，R6/R7/R8：0.6n
图6-1 伺服驱动主回路原理图
对于直流母线控制回路，若V1、V2、T1、R2、R3工作正常，则C 、D 间的直流电压应略低于A 、B 间的电压，实际测量(在实际伺服单元上，为CN4的1脚与CN4的5脚间)，此值正常，可以判断以上元器件无故障。
但测量TA~TF 组成的PWM 逆变主回路输出(T1的5、6、7端子)，发现V 相电压有时通时断的现象，由此判断故障应在V 相。
为了进一步确认，维修时将U 相的逆变晶体管(TA 、TB)和V 相的逆变晶体管(TC 、TD)作了互换，但故障现象不变。
经以上检查，可以确认：故障原因应在伺服电动机上。
2)伺服电动机检查与维修。在故障范围确认后，对伺服电动机进行了仔细的检查，最终发现电动机的V 相绝缘电阻在故障时变小，当放置较长时间后，又
恢复正常。为此，维修时按以下步骤拆开了伺服电动机(参见图6-2)。
图6-2 伺服电动机结构示意图
1-电枢线插座 2-连接轴 3-转子 4-外壳 5-绕组 6-后盖联接螺钉 7-安装座 8一安装座
联接螺钉
9-编码器固定螺钉 10-编码器联接螺钉 11-后盖 12-橡胶盖 13-编码器轴 14-
编
码器电缆15-编码器插座
①松开后盖联接螺钉6，取下后盖11。
②取出橡胶盖12。
③取出编码器联接螺钉10，脱开编码器和电动机轴之间的联接。
④松开编码器固定螺钉9，取下编码器。注意：由于实际编码器和电动机轴之间是锥度啮合，联接较紧，取编码器时应使用专门的工具，小心取下。
⑤松开安装座联接螺钉8，取下安装座7。
这时，可以露出电动机绕组5，经检查，发现该电动机绕组和引出线中间的连接部分由于长时间的冷却水渗漏，绝缘已经老化；经过重新连接、处理，再根据图6-2重新安装上安装座7，并固定编码器连接螺钉10，使编码器和电动机轴啮合。
3)转子位置的调整。在完成伺服电动机的维修后，为了保证编码器的安装正确，又进行了转子位置的检查和调整，方法如下：
①将电动机电枢线的V、W相(电枢插头的B、C脚)相连。
②将U相(电枢插头的A脚)和直流调压器的“+”端相联，V、W和直流调压器的“－”端相联(见图6-3a)，编码器加入+5V电源(编码器插头的J、N脚间)。
③通过调压器对电动机电枢加入励磁电流。这时，因为I u=I v+I w，且I v=I w，事实上相当于使电动机工作在图6-3b所示的90o位置，因此伺服电动机(永磁式)将自动转到U相的位置进行定位。注意：加入的励磁电流不可以太大，只要保证电动机能进行定位即可（实际维修时调整在3~5A)。
④在电动机完成U相定位后，旋转编码器，使编码器的转子位置检测信号C1、C2、C4、C8(编码器插头的C、P、L、M脚)同时为“1”，使转子位置检测信号和电动机实际位置一致；
⑤安装编码器固定螺钉，装上后盖，完成电动机维修。
经以上维修，机床恢复了正常。
图6-3 转子位置调整示意图
维修体会与维修要点：
在数控机床维修过程中，有时会遇到一些比较特殊的故障，例如：有的机床在刚开机时，系统和机床工作正常，但当工作一段时间后，将出现某一故障。这种故障有的通过关机清除后，机床又可以重新工作；有的必须经过较长的关机时间，让机床“休息”一段时间，机床才能重新工作。此类故障常常被人们称为“软故障”。
“软故障”的维修通常是数控机床维修中最难解决的问题之一。由于故障的不确定性和发生故障的随机性，使得机床时好时坏，这给检查、测量带来了相当的困难。维修人员必须具备较高的业务水平和丰富的实践经验，仔细分析故障现象，才能判定故障原因，并加以解决。
对于“软故障”的维修，在条件许可时，使用“互换法”可以较快地判别故障所在，而根据原理的分析，是解决问题的根本办法。维修人员应根据实际情况，仔细分析故障现象，才能判定故障原因，并加以解决。
例232．小范围移动正常、大范围移动出现剧烈振动的故障维修
故障现象：某采用FANUC 0T数控系统的数控车床，开机后，只要Z轴一移动，就出现剧烈振荡，CNC无报警，机床无法正常工作。
分析与处理过程：经仔细观察、检查，发现该机床的Z轴在小范围(约2.5mm 以内)移动时，工作正常，运动平稳无振动：但一旦超过以上范围，机床即发生激烈振动。
根据这一现象分析，系统的位置控制部分以及伺服驱动器本身应无故障，初步判定故障在位置检测器件，即脉冲编码器上。
考虑到机床为半闭环结构，维修时通过更换电动机进行了确认，判定故障原因是由于脉冲编码器的不良引起的。
为了深入了解引起故障的根本原因，维修时作了以下分析与试验：
1)在伺服驱动器主回路断电的情况下，手动转动电动机轴，检查系统显示，发现无论电动机正转、反转，系统显示器上都能够正确显示实际位置值，表明位置编码器的A、B、*A、*B信号输出正确。
2)由于本机床Z轴丝杠螺距为5mm，只要Z轴移动2mm左右即发生振动，因此，故障原因可能与电动机转子的实际位置有关，即脉冲编码器的转子位置检
自动控制原理课程设计速度伺服控制系统设计样本
自动控制原理课程设计题目速度伺服控制系统设计 专业电气工程及其自动化 姓名 班级 学号 指引教师 机电工程学院 12月
目录一课程设计设计目 二设计任务 三设计思想 四设计过程 五应用simulink进行动态仿真六设计总结 七参照文献
一、课程设计目： 通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、普通电学系统自动控制办法基本上，用MATLAB实现系统仿真与调试。 二、设计任务： 速度伺服控制系统设计。 控制系统如图所示，规定运用根轨迹法拟定测速反馈系数' k，以 t 使系统阻尼比等于0.5，并估算校正后系统性能指标。 三、设计思想： 反馈校正： 在控制工程实践中，为改进控制系统性能，除可选用串联校正方式外，经常采用反馈校正方式。常用有被控量速度，加速度反馈，执行机构输出及其速度反馈，以及复杂系统中间变量反馈等。反馈校正采用局部反馈包围系统前向通道中一某些环节以实现校正，。从控制观点来看，采用反馈校正不但可以得到与串联校正同样校正效果，并且尚有许多串联校正不具备突出长处：第一，反馈校正能有效地变化
被包围环节动态构造和参数；第二，在一定条件下，反馈校正装置特性可以完全取代被包围环节特性，反馈校正系数方框图从而可大大削弱这某些环节由于特性参数变化及各种干扰带给系统不利影响。 该设计应用是微分负反馈校正： 如下图所示，微分负反馈校正包围振荡环节。其闭环传递函数为 B G s （）=00t G s 1G (s)K s +（）=22t 1T s T K s ζ+（2+）+1 =22'1T s 21Ts ζ++ 试中，'ζ=ζ+t K 2T ，表白微分负反馈不变化被包围环节性质，但由于阻尼比增大，使得系统动态响应超调量减小，振荡次数减小，改进了系统平稳性。 微分负反馈校正系统方框图
伺服驱动系统设计方案教学总结
伺服驱动系统设计方案 伺服电机的原理： 伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。定子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差90°电角度。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动控制的u／V／W三相电形成电磁场转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度{线数)。 伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降作用：伺服电机,可使控制速度,位置精度非常准确。 交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。 交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点： 1、起动转矩大 由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。 图3 伺服电动机的转矩特性
伺服系统概要
衡量伺服系统性能的主要指标有频带宽度和精度。 频带宽度简称带宽，由系统频率响应特性来规定，反映伺服系统的跟踪的快速性。带宽越大，快速性越好。伺服系统的带宽主要受控制对象和执行机构的惯性的限制。惯性越大，带宽越窄。一般伺服系统的带宽小于15HZ，大型设备伺服系统的带宽则在1～2HZ以下。自20世纪70年代以来，由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，使带宽达到50HZ，并成功应用在远程导弹、人造卫星、精密指挥仪等场所。 伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。因此，在伺服系统中必须采用高精度的测量元件，如精密电位器、自整角机、旋转变压器、光电编码器、光栅、磁栅和球栅等。此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，例如将测量元件（如自整角机）的测量轴通过减速器与转轴相连，使转轴的转角得到放大，来提高相对测量精度。采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。 伺服系统按所用驱动元件的类型可分为机电伺服系统、液压伺服系统和气动伺服系统。 最基本的伺服系统包括伺服执行元件（电机、液压缸等）、反馈元件和伺服驱动器，但是要让这个系统运转起来还需要一个上位机构：PLC、专门的运动控制卡、工控机+PCI卡、以便于给伺服驱动器发送指令。 在一个运动控制系统中“上位控制”和“执行机构”是系统中举足轻重的两个组成部分。“执行机构”部分一般不外乎：步进电机，伺服电机，以及直流电机等。它们作为执行机构，带动刀具或工件动作，我们称之为“四肢”；“上位控制”单元的方案主要有四种：单片机系统，专业运动控制PLC，PC+运动控制卡，专用控制系统。“上位控制”是“指挥”执行机构动作的，我们也称之为“大脑”。随着PC（Personal Computer）的发展和普及，采用PC+运动控制卡作为上位控制将是运动控制系统的一个主要发展趋势。这种方案可充分利用计算机资源，用于运动过程、运动轨迹都比较复杂，且柔性比较强的机器和设备。从用户使用的角度来看，基于PC机的运动控制卡主要是功能上的差别：硬件接口（输入/输出信号的种类、性能）和软件接口（运动控制函数库的功能函数）。按信号类型一般分为：数字卡和模拟卡。数字卡一般用于控制步进电机和伺服电机，模拟卡用于控制模拟式的伺服电机；数字卡可分为步进卡和伺服卡，步进卡的脉冲输出频率一般较低（几百K左右的频率），适用于控制步进电机；伺服卡的脉冲输出频率较高（可达几兆的频率），能够满足对伺服电机的控制。目前随着数字式伺服电机的发展和普及，数字卡逐渐成为运动控制卡的主流。 伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，属于伺服系统的一部分，其作用类似于变频器作用于普通交流马达。目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法、数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路，IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC 的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。伺服驱动器一般可以采用位置、速度和力矩三种控制方式，主要应用于高精度的定位系统，目前是传动技术的
伺服系统设计.
辽宁工程技术大学《电力拖动自动控制系统》课程设计 目录 1、前言 (1) 1.1设计目的 (1) 1.2设计内容 (1) 2、伺服系统的基本组成原理及电路设计 (2) 2.1伺服系统基本原理及系统框图 (2) 2.2 伺服系统的模拟PD+数字前馈控制 (4) 2.3 伺服系统的程序 (6) 3、仿真波形图 (9) 结论 (12) 心得与体会 (13) 参考文献 (14)
1、前言 1.1设计目的 1、使学生进一步掌握电力拖动自动控制系统的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力； 2、使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力； 3、熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。 1.2设计内容 1、分析和设计具有三环结构的伺服系统，用绘图软件（matlab）画原理图还有波形图； 2、分析并理解具有三环结构的伺服系统原理。
2、伺服系统的基本组成原理及电路设计 2.1伺服系统基本原理及系统框图 伺服系统三环的PID控制原理: 以转台伺服系统为例,其控制结构如图2-1所示,其中r为框架参考角位置输入信号, 为输出角位置信号. 图2-1 转台伺服系统框图 伺服系统执行机构为典型的直流电动驱动机构,电机输出轴直接与负载-转动轴相连,为使系统具有较好的速度和加速度性能,引入测速机信号作为系统的速度反馈,直接构成模拟式速度回路.由高精度圆感应同步器与数字变换装置构成数字式角位置伺服回路. 转台伺服系统单框的位置环,速度环和电流环框图如图2-2,图2-3和图2-4所示. 图2-2 伺服系统位置环框图 图2-3 伺服系统速度环框图
伺服系统的发展及展望
伺服系统的发展及展望 摘要：本文主要介绍了伺服系统的三个发展阶段，包括步进电动机开环伺服系统阶段、直流伺服电动机闭环伺服系统阶段、无刷直流伺服电动机、交流伺服电动机伺服系统阶段，并分析了伺服系统的发展趋势：交流化、智能化、网络化、小型化。 关键词：伺服；智能化；小型化 伺服系统也叫位置随动系统，它的根本任务是实现执行机械对位置指令（给定量）的准确跟踪，当给定量随机变化时，系统能使被控制量准确无误地跟随并复现给定量，是一个位置反馈控制系统[1]，主要包括电机和驱动器两部分，广泛用于航空、航天、国防及工业自动化等自动控制领域。随着电力电子、控制理论、计算机术等技术的快速发展以及电机制造工艺水平的不断提高，伺服系统近年来获得了迅速发展。 1伺服系统的发展阶段 伺服系统的发展与伺服电动机的不同发展阶段相联系，
由直流电机构成的伺服系统是直流伺服系统，由交流电机构成伺服系统是交流伺服系统。伺服电动机至今经历了三个主要发展阶段： 1.1 第一个发展阶段（20世纪60年代以前）：步进电动机开环伺服系统 伺服系统的驱动电机为步进电动机或功率步进电动机，位置控制为开环系统。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。 步进电机存在一些缺点：在低速时易出现低频振动现象；一般不具有过载能力；步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转现象，停止时转速过高易出现过冲现象。 1.2 第二个发展阶段（20世纪60-70年代）：直流伺服电动机闭环伺服系统 由于直流电动机具有优良的调速性能，很多高性能驱动装置采用了直流电动机，伺服系统的位置控制也由开环系统发展成为闭环系统。在数控机床的应用领域，永磁式直流电动机占统治地位，其控制电路简单，无励磁损耗，低速性能好。 1.3 第三个发展阶段（80年代至今）：无刷直流伺服电动机、交流伺服电动机伺服系统
交流伺服电机及驱动系统地发展与应用
Abstract 简要介绍交流伺服电机及驱动系统的发展与应用。目前对同步伺服电动机的控制方法 多采用自适应控制和磁场定向矢量控制。随着应用场合与控制对象的不同采用不同的 控制策略。DSP控制技术的应用使现代控制理论中先进的、复杂的算法得以实现。现今，随着电机、功率器件、传感器、微电子器件及控制理论控制算法的不断发展，经历了 几代的应用结合，伺服驱动装置正朝着交流化、数字化、大功率方向 关键词:交流伺服电机;驱动系统;特点;发展;应用 引言 近年来随着物流仓储设备的快速发展，有很多物流仓储设备都选用多功能工业门机作 为大宗货物进出仓库的阀门。工业门机具有快速、全自动、安全、可靠、多功能等多 种优点，可以高效便捷的使货物进出仓库，保证仓库内的环境清洁和安全,成为先进物 流仓储设备的重要组成部分。伺服驱动控制系统是80年代国际上崛起的高性能产品， 具有良好的控制性能和较高的动态品质，并以调速范围广、稳速精度高、动态响应性 能好、使用简便等优越性能，迅速成为伺服系统发展的必然趋势.因此研究具有必要性. 前言 伺服驱动技术作为数控机床、工业机器人及其它产业机械控制的关键技术之一，在国 内外普遍受到关注。在20世纪最后10年间，微处理器（特别是数字信号处理器——DSP）技术、电力电子技术、网络技术、控制技术的发展为伺服驱动技术的进一步发展 奠定了良好的基础。如果说20世纪80年代是交流伺服驱动技术取代直流伺服驱动技 术的话，那么，20世纪90年代则是伺服驱动系统实现全数字化、智能化、网络化的 10年。这一点在一些工业发达国家尤为明显。 1交流伺服电机及驱动系统概述
1.1伺服驱动系统的概述 伺服驱动系统是CNC装置和机床的联系环节。CNC装置发出的控制信息，通过伺服驱动系统，转换成坐标轴的运动，完成程序所规定的操作。伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。伺服驱动系统的作用归纳如下： 1.1.1伺服驱动系统能放大控制信号，具有输出功率的能力； 1.1.2伺服驱动系统根据CNC装置发出的控制信息对机床移动部件的位置和速度进行控制。 1.2交流伺服电机及驱动系统的特点 1.2.1交流伺服电机特点 a精度：实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步的问题； b、转速：高速性能好，一般额定转速能达到2000～3000转； c、适应性：抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用； d、稳定：低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合； f、及时性：电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内； e、舒适性：发热和噪音明显降低。 简单点说就是：我们平常看到的那种普通的电机，断电后它还会因为自身的惯性再转一会儿，然后停下。
交流伺服系统发展现状及其趋势
交流伺服系统发展现状及其趋势运动控制系统作为电气自动化的一个重要的应用领域，已经被广泛应用于国民经济各个部门。运动控制系统主要研究电动机拖动及机械设备的位移控制问题。交流伺服系统是运动控制系统所研究的重要的一部分，而纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存与各个生产领域，随着工业技术的发展，两者相互竞争，相互促进。 1990年以前，由于技术成本等原因，国内伺服电机以直流永磁有刷电机和步进电机为主，而且主要集中在机床和国防军工行业。1990年以后，进口永磁交流伺服电机系统逐步进入中国，此期间得益于稀土永磁材料的发展、电力电子及微电子技术日新月异的进步，交流伺服电机的驱动技术也得以很快发展。如今约占整个电力拖动容量80%的不变速拖动系统都采用交流电动机，而只占20%的高精度、宽广调速范围的拖动系统采用直流电动机。自20世纪80年代以来，随着现代电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、控制技术及计算机技术等支撑技术的快速发展，交流伺服控制技术的发展得以极大的迈进，使得先前困扰着交流伺服系统的电机控制复杂、调速性能差等问题取得了突破性的进展，交流伺服系统的性能日渐提高，价格趋于合理，使得交流伺服系统取代直流伺服系统尤其是在高精度、高性能要求的伺服驱动领域成了现代电伺服驱动系统的一个发展趋势。 一、交流伺服系统的概述 伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。在20世纪60年代，最早是直流电机作为主要执行部件，在70年代以后，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。控制器的功能是完成伺服系统的闭环控制，包括力矩、速度和位置等。我们通常说的伺服驱动器已经包括了控制器的基本功能和功率放大部分。虽然采用功率步进电机直接驱动的开环伺服系统曾经在90年代的所谓经济型数控领域获得广泛使用，但是迅速被交流伺服所取代。进入21世纪，交流伺服系统越来越成熟，市场呈现
伺服驱动系统的原理与种类
机电一体化系统设计基础课程教学辅导 第四章：伺服驱动系统的原理与种类 一、教学建议 ●通过文字教材掌握伺服驱动的基本原理，了解机电一体化伺服驱动系统的种类及其 特性。 ●流媒体课件第15讲介绍了机电一体化系统伺服驱动的基本原理、种类及其特性； ●在学习的过程中，如果有学习的心得和体会，请在课程论坛上和大家分享；如果有 什么疑惑，也可以在课程论坛寻找帮助。 二、教学要求 1．掌握伺服驱动的基本原理 一般来说，伺服系统组成框图如图1所示。 图1 伺服系统组成框图 （1）控制器：伺服系统中控制器的主要任务是根据输入信号和反馈信号决定控制策略，控制器通常由电子线路或计算机组成。 （2）功率放大器：伺服系统中功率放大器的作用是将信号进行放大，并用来驱动执行机构完成某种操作，功率放大装置主要由各种电力电子器件组成。 （3）执行机构：执行机构主要由伺服电动机或液压伺服机构和机械传动装置等组成。 （4）检测装置：检测装置的任务是测量被控制量，实现反馈控制。无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是低于检测装置的精度，因此要求检测装置精度高、线性度好、可靠性高、响应快。 2．了解机电一体化伺服驱动系统的种类及其特性 （1）根据使用能量的不同，可以分为电气式、液压式和气压式等几种类型，特性如表1所示。 表1 伺服驱动系统的特点及优缺点 种类特点优点缺点 电 气 式 可使用普通电源；信号与动力 的传送方向相同；有交流和直 流之别，须注意电压之大小 操作简便；编程容易；能实现定 位伺服；响应快、易与CPU接 口；体积小，动力较大；无污染 瞬时输出功率大，但过载能力差，由于某 种原因而卡住时，会引起烧毁事故，易受 外部噪声影响 气 压 式 空气压力源的压力为（5~7） ×105Pa；要求操作人员技术 熟练 气源方便、成本低；无泄漏污染； 速度快、操作比较简单 功率小，体积大，动作不够平稳；不易小 型化；远距离传输困难；工作噪声大、难 于伺服 液 压 式 要求操作人员技术熟练；液压 源的压力为（20~80）×105Pa 输出功率大，速度快，动作平 稳，可实现定位伺服 设备难于小型化；液压源或液压油要求（杂 质、温度、测量、质量）严格；易泄漏且 有污染
伺服控制系统(设计)
第一章伺服系统概述 伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确地跟随输入量的变化，因此又称之为随动系统或自动跟踪系统。机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。 近年来，随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高，伺服技术已迎来了新的发展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步电机、感应电机为伺服电机的新一代交流伺服系统。 目前，伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用，而且在许多高科技领域，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性制造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。 1.1伺服系统的基本概念 1.1.1伺服系统的定义 “伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行停止。 伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。
1.1.2伺服系统的组成 伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它由检测部分、误差放大部分、部分及被控对象组成。 1.1.3伺服系统性能的基本要求 1）精度高。伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。 2）稳定性好。稳定是指系统在给定输入或外界干扰的作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。 3）快速响应。响应速度是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。 4）调速范围宽。调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。 5）低速大转矩。在伺服控制系统中，通常要求在低速时为恒转矩控制，电机能够提供较大的输出转矩；在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。 6）能够频繁的启动、制动以及正反转切换。 1.1.4 伺服系统的种类 伺服系统按照伺服驱动机的不同可分为电气式、液压式和气动式三种；按照功能的不同可分为计量伺服和功率伺服系统，模拟伺服和功率伺服系统，位置
电液伺服控制系统的设计
。 电液伺服控制系统的设计与仿真 引言 电液伺服系统具有响应速度快、输出功率大、控制精确性高等突出优点，因而在航空航天、军事、冶金、交通、工程机械等领域得到广泛应用。随着电液伺服阀的诞生，使液压伺服技术进入了电液伺服时代，其应用领域也得到广泛的扩展。随着液压系统逐渐趋于复杂和对液压系统仿真要求的不断提高，传统的利用微分方程和差分方程建模进行动态特性仿真的方法已经不能满足需要。因此，利用AMESim、Matlab／Simulink等仿真软件对电液伺服控制系统进行动态仿真，对于改进系统的设计以及提高液压系统的可靠性都具有重要意义。 1 液压系统动态特性研究概述 随着液压技术的不断发展与进步和应用领域与范围的不断扩大，系统柔性化与各种性能要求更高，采用传统的以完成执行机构预定动作循环和限于系统静态性能的系统设计远远不能满足要求。因此，现代液压系统设计研究人员对系统动态特性进行研究，了解和掌握液压系统动态工作特性与参数变化，以提高系统的响应特性、控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。 液压系统动态特性简述 … 液压系统动态特性是其在失去原来平衡状态到达新的平衡状态过程中所表现出来的特性，原因主要是由传动与控制系统的过程变化以及外界干扰引起的。在此过程中，系统各参变量随时间变化性能的好坏，决定系统动态特性的优劣。系统动态特性主要表现为稳定性（系统中压力瞬间峰值与波动情况）以及过渡过程品质（执行、控制机构的响应品质和响应速度）问题。 液压系统动态特性的研究方法主要有传递函数分析法、模拟仿真法、实验研究法和数字仿真法等。数字仿真法是利用计算机技术研究液压系统动态特性的一种方法。先是建立液压系统动态过程的数字模型——状态方程，然后在计算机上求出系统中主要变量在动态过程的时域解。该方法适用于线性与非线性系统，可以模拟出输入函数作用下系统各参变量的变化情况，从而获得对系统动态过程直接、全面的了解，使研究人员在设计阶段就可预测液压系统动态性能，以便及时对设计结果进行验证与改进，保证系统的工作性能和可靠性，具有精确、适应性强、周期短以及费用低等优点。 仿真环境简介 基于Matlab平台的Simulink是动态系统仿真领域中著名的仿真集成环境，它在众多领域得到广泛应用。Simulink借助Matlab的计算功能，可方便地建立各种模型、改变仿真参数，有效解决了仿真技术中的问题。Simulink提供了交互的仿真环境，既可通过下拉菜单进行仿真，也可通过命令进行仿真。虽然Simulink提供了丰富的模块库，但是在Matlab／Simulink下对液压系统进行建模及仿真需要做很多简化工作，而模型的简化使得仿真结果往往出现一定的误差。AMESim (Advanced Modeling Environment for Simulation of Engineering Systems)是法国IMAGINE公司开发的一套高级仿真软件。它是一个图形化的开发环境，用于工程系统的建模、仿真和动态性能分析。AMESim的特点是面向工程应用从而使其成为
2020年伺服驱动器行业市场研究分析报告【调研】
2020年伺服驱动器行业市场研究分析报告【调研】 2020年2月
目录 1. 伺服驱动器行业概况及市场分析 (6) 1.1 伺服驱动器行业发展现状分析 (6) 1.2 伺服驱动器行业结构分析 (7) 1.3 伺服驱动器行业PEST分析 (8) 1.4 伺服驱动器行业市场规模分析 (10) 1.5 伺服驱动器行业市场运行状况分析 (10) 1.6 伺服驱动器行业特征分析 (12) 2. 伺服驱动器行业驱动政策环境 (12) 2.1 市场驱动分析 (13) 2.2 政策将会持续利好行业发展 (14) 2.3 行业政策体系趋于完善 (15) 2.4 一级市场火热，国内专利不断攀升 (15) 2.5 宏观环境下伺服驱动器行业的定位 (16) 2.6 “十三五”期间伺服驱动器建设取得显著业绩 (16) 3. 伺服驱动器产业发展前景 (17) 3.1 中国伺服驱动器行业市场规模前景预测 (18) 3.2 伺服驱动器进入大面积推广应用阶段 (19) 3.3 中国伺服驱动器行业市场增长点 (19) 3.4 细分化产品将会最具优势 (20) 3.5 伺服驱动器产业与互联网等产业融合发展机遇 (20) 3.6 伺服驱动器人才培养市场大、国际合作前景广阔 (21)
3.7 巨头合纵连横，行业集中趋势将更加显著 (22) 3.8 建设上升空间较大，需不断注入活力 (23) 3.9 行业发展需突破创新瓶颈 (23) 4. 伺服驱动器行业竞争分析 (25) 4.1 伺服驱动器行业国内外对比分析 (25) 4.2 中国伺服驱动器行业品牌竞争格局分析 (27) 4.3 中国伺服驱动器行业竞争强度分析 (27) 4.4 初创公司大独角兽领衔 (28) 4.5 上市公司双雄深耕多年 (29) 4.6 互联网巨头综合优势明显 (30) 5. 伺服驱动器行业存在的问题分析 (31) 5.1 政策体系不健全 (31) 5.2 基础工作薄弱 (31) 5.3 地方认识不足，激励作用有限 (31) 5.4 产业结构调整进展缓慢 (31) 5.5 技术相对落后 (32) 5.6 隐私安全问题 (32) 5.7 与用户的互动需不断增强 (33) 5.8 管理效率低 (34) 5.9 盈利点单一 (34) 5.10 过于依赖政府，缺乏主观能动性 (35) 5.11 法律风险 (35)
《伺服控制系统课程设计》
《伺服控制系统课程设计》 指导书 ?动化与电??程学院 ?零??年??
?、伺服控制系统课程设计的意义、?标和程序 (3) ?、伺服控制系统课程设计内容及要求 (5) 三、考核?式和报告要求 (11)
?、伺服控制系统课程设计的意义、?标和程序 （?）伺服控制系统程设计的意义 伺服控制系统课程设计是?动化专业?才培养计划的重要组成部分，是实现培养?标的重要教学环节，是?才培养质量的重要体现。通过伺服控制系统课程设计，可以培养考??所学基础课及专业课知识和相关技能，解决具体的?程问题的综合能?。本次课程设计要求考?在指导教师的指导下，独?地完成伺服控制系统的设计和仿真，解决与之相关的问题，熟悉伺服控制系统中控制器设计与整定、电机建模和仿真和其他检测装置的选型以及?程实践中常?的设计?法，具有实践性、综合性强的显著特点。因?对培养考?的综合素质、增强?程意识和创新能?具有?常重要的作?。 伺服控制系统课程设计是考?在课程学习结束后的实践性教学环节；是学习、深化、拓宽、综合所学知识的重要过程；是考?学习、研究与实践成果的全?总结；是考?综合素质与?程实践能?培养效果的全?检验；也是?向?程教育认证?作的重要评价内容。 （?）课程设计的?标 课程设计基本教学?标是培养考?综合运?所学知识和技能，分析与解决?程实际问题，在实践中实现知识与能?的深化与升华，同时培养考?严肃认真的科学态度和严谨求实的?作作风。使考?通过综合课程设计在具备?程师素质??更快地得到提?。对本次课程设计有以下???的要求: 1.主要任务 本次任务在教师指导下，独?完成给定的设计任务，考?在完成任务后应编写提交课程设计报告。 2.专业知识
我国伺服驱动产业现状及发展建议
我国伺服驱动产业现状及发展建议 一、伺服驱动技术发展概况 伺服控制是指采用自动控制技术，控制各种设备按预定方式运动。伺服驱动系统是机电一体化产品的“手和脚”，对机电一体化产品的精度、刚度、动态特性等有极为重要的影响，是工厂自动化、数控机床、机器人等机电一体化产品中的重要驱动部件。一套完整的伺服驱动系统包括伺服驱动器和伺服电机、连接电缆等。 伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程。电气伺服系统的发展则经历了从直流有刷伺服驱动、直流无刷伺服驱动到永磁同步交流无刷伺服驱动三个阶段。伺服驱动器的控制方案从早期的模拟控制系统发展到现代的基于DSP 控制的全数字控制系统。由于交流伺服驱动系统具有高能量密度、高性能、免维护（无炭刷、换向器等磨损元部件）、高可靠性等特点，目前随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术、电机永磁材料制造工艺的成熟与完善，其功率日益提升，性价比也越来越高，已经逐渐成为主流，特别是随着我国制造业的转型，升级，对加工设备提出了高速度、高精度、高效率的要求，交流伺服驱动系统的应用范围日益广泛，越来越多地取代机械传动、液压和气动传动系统；交流伺服不断取代直流伺服的市场份额，导致直流伺服在整个伺服市场的占有率从目前的15％左右，每年大约下降0.5%；同时交流伺服成本和尺寸不断缩小，逐步取代步进驱动系统，成为工业领域实现自动化的基础技术之一。 二、现代伺服驱动的主要应用领域 现代交流伺服系统最早被应用到宇航和军事领域，比如火炮、雷达控制。上世纪70年代逐渐进入到工业领域和民用领域。工业应用主要包括数控机床、机器人和其他广义的数控机械，比如纺织机械、印刷机械、包装机械、医疗设备、半导体设备、邮政机械、冶金机械、自动化流水线、各种专用设备等。其中伺服用量最大的行业依次是：机床、食品包装、纺织、电子半导体、塑料、印刷和橡胶机械，这些行业对伺服驱动器的需求旺盛。 2006年伺服系统在中国市场收入约36160万美元，增长26.8%，预计在2011年将达到95380万美元，年增长率及预计增长率都超过20%。 目前，我国已成为世界第一机床消费大国和生产大国，就国内外的市场现状看，普及型和高档数控机床使用交流永磁无刷伺服系统代替步进驱动系统已经成为标准配置，其年需求量在20万套以上，部分高档数控机床开始采用交流永磁直线伺服系统如力矩电机、直线电机等。 在工业机器人领域，交流永磁伺服系统得到大量应用。工业机器人拥有多个自由度，每台工业机器人需要的伺服驱动系统数量在6套以上。目前世界范围内工业机器人拥有量超过150万台，机器人的需求量年增长在30％以上。国际上工业机器人采用的伺服系统属专用系统，多轴合一，模块化，特殊的散热结构，特殊的控制方式，对可靠性要求极高。 在注塑机领域，我国的注塑机年产量已达10万台，占世界注塑机总产量的2/3以上。注塑机的发展趋势是从油电式向全电式方向发展，预计在3-5年内可能会形成油压、全电、油电“三分天下”的局面。若电动注塑机占总产量的20%计，注塑机用伺服驱动器一年的需求量达24万台。
液压伺服系统设计
液压伺服系统设计 液压伺服系统设计 在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下： 1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。 2）拟定控制方案，画出系统原理图。 3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。 4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。 5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。 6）选择液压能源及相应的附属元件。 7）完成执行元件及液压能源施工设计。 本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。 4.1 全面理解设计要求 4.1.1 全面了解被控对象 液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。 4.1.2 明角设计系统的性能要求 1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。 2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。 3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。 4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定； 5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求； 6）特殊要求；设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。 4.1.3 负载特性分析 正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有
伺服驱动系统设计方案
?、伸缩缝损坏现状 伺服驱动系统设计方案 伺服电机的原理: 伺服的基本概念是准确、精确.快速定位。与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。；^^子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间柑差90°电角度。 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动控制的U/V/W三相电形成电磁场转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反惯值与目标值进行比较，调整转子转动的角度0伺服电机的精度决世于编码器的精度｛线数）。 伺服电动机又称执行电动机?在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出.其主要特点是，当信号电压为零时无自转现彖.转速随着转矩的增加而匀速下降作用：伺服电机/可使控制速度，位置精度非常准确。 交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓“自转"现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时.如果控制信号消失，它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。 交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点: lx起动转矩大 由于转子电阻大，苴转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2 相比，有明显的区别。它可使临界转差率so>r这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩0因此，当;^子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度髙的特点。
伺服控制系统应用课程
伺服控制系统应用 一、培训时间：4天、老师边讲、学员边练习，每个学员自 带电脑 二、课程大纲 1 伺服电动机的结构和工作原理 2 伺服驱动器的结构和工作原理 3 伺服驱动器主电路的接线 4 伺服驱动器位置控制模式的接线 5 伺服驱动器速度控制模式的接线 6 伺服驱动器转矩控制模式的接线 7 伺服放大器控制端子内部原理图 8 伺服放大器各端子的功能 【主办单位】中国电子标准协会 【咨询热线】0 7 5 5 – 2 6 5 0 6 7 5 7 1 3 7 9 8 4 7 2 9 3 6 李生 【报名邮箱】martin#https://www.sodocs.net/doc/b117593998.html, （请将#换成@） 9 伺服放大器和外围设备接线举例 10 伺服放大器基本参数的设置 11 利用PLC对伺服电机进行7段速的控制（应用案例举例） 12 伺服电机在速度控制模式下对工作台进行往返的控制（应用案例举例） 13 伺服电机转矩控制模式举例（应用案例举例） 14 伺服电机位置和速度复合模式的控制（应用案例举例） 三、老师介绍 程老师 男，高级技师。有着多年的职业教育经验，主要研究是自动控制技术，擅长三菱、西门子系列PLC、变频器、伺服等应用。2009年广州市人社局授予“广州市技术能手”称号。2011年公派德国学习交流，学习德国先进职教理念。2013年广州市人设局授予“广州市机电一体化专业带头人”。2014年7月，被广州市人设局派往清华大学进修学习。 本人在工控应用领域，教学成果显著，从2008年开始开发系列的视频教程，这些教程由浅到深，通俗易懂，因此在现在工控应用领域有一定的影响力，讲解的视频教程有三菱FX系列，三菱Q系列，西门子200系列，西门子300/400系列共20多个教程。
伺服驱动系统设计方案
伺服驱动系统设计 方案
伺服驱动系统设计方案 伺服电机的原理： 伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。定子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差90°电角度。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动控制的u／V／W三相电形成电磁场转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度{线数)。 伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降作用：伺服电机,可使控制速度,位置精度非常准确。 交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。可是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。 交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，
但前者的转子电阻比后者大得多，因此伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点： 1、起动转矩大 由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0＞1，这样不但使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。 图3 伺服电动机的转矩特性 2、运行范围较宽 如图3所示，较差率S在0到1的范围内伺服电动机都能稳定运转。 3、无自转现象 正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）如图4所示，与普通的单相异步电动机的转矩特性
伺服电机和伺服驱动器的使用介绍
伺服电机和伺服驱动器的使用介绍 一、伺服电机? 伺服驱动器的控制原理 伺服电机和伺服驱动器是一个有机的整体，伺服电动机的运行性能是电动机及其驱动器二者配合所反映的综合效果。 1、永磁式同步伺服电动机的基本结构 图1为一台8极的永磁式同步伺服电动机结构截面图，其定子为硅钢片叠成的铁芯和三相绕组，转子是由高矫顽力稀土磁性材料（例如钕铁錋）制成的磁极。为了检测转子磁极的位置，在电动机非负载端的端盖外面还安装上光电编码器。驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 图1 永磁式同步伺服电动机的结构 图2 所示为一个两极的永磁式同步电机工作示意图，当定子绕组通上交流电源后，就产生一旋转磁场，在图中以一对旋转磁极N、S表示。当定子磁场以同步速n1逆时针方向旋转时，根据异性相吸的原理，定子旋转磁极就吸引转子磁极，带动转子一起旋转，转子的旋转速度与定子磁场的旋转速度（同步转速n1）相等。当电机转子上的负载转矩增大时，定、转子磁极轴线间的夹角θ就相应增大，导致穿过各定子绕组平面法线方向的磁通量减少，定子绕组感应电动势随之减小，而使定子电流增大，直到恢复电源电压与定子绕组感应电动势的平衡。这时电磁转矩也相应增大，最后达到新的稳定状态，定、转子磁极轴线间的夹角θ称为功率角。虽然夹角θ会随负载的变化而改变，但只要负载不超过某一极限，转子就始终跟着定子旋转磁场以同步转速n1转动，即转子的转速为： （1-1）
图 2 永磁同步电动机的工作原理 电磁转矩与定子电流大小的关系并不是一个线性关系。事实上，只有定子旋转磁极对转子磁极的切向吸力才能产生带动转子旋转的电磁力矩。因此，可把定子电流所产生的磁势分解为两个方向的分量，沿着转子磁极方向的为直轴（或称d轴）分量，与转子磁极方向正交的为交轴（或称q轴）分量。显然，只有q轴分量才能产生电磁转矩。 由此可见，不能简单地通过调节定子电流来控制电磁转矩，而是要根据定、转子磁极轴线间的夹角θ确定定子电流磁势的q轴和d轴分量的方向和幅值，进而分别对q 轴分量和d轴分量加以控制，才能实现电磁转矩的控制。这种按励磁磁场方向对定子电流磁势定向再行控制的方法称为“磁场定向”的矢量控制。 2、位置控制模式下的伺服系统是一个三闭环控制系统，两个内环分别是电流环和速度环。 图 3 ? 稳态误差接近为零； ? 动态：在偏差信号作用下驱动电机加速或减速。
现代交流伺服系统原理及控制方法
现代交流伺服系统原理及控制方法 现代交流伺服系统，经历了从模拟到数字化的转变，数字控制环已经无处不在，比如换相、电流、速度和位置控制；采用新型功率半导体器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服专用模块（比如IR推出的伺服控制专用引擎）也不足为奇。本文主要介绍了现代交流伺服系统原理及控制方法，具体的跟随小编一起来了解一下。 现代交流伺服系统原理交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，其结构组成如图1所示。其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。我们的交流永磁同步驱动器其集先进的控制技术和控制策略为一体，使其非常适用于高精度、高性能要求的伺服驱动领域，还体现了强大的智能化、柔性化是传统的驱动系统所不可比拟的。 目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（dsp）作为控制核心，其优点是可以实现比较复杂的控制算法，事项数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（ipm）为核心设计的驱动电路，ipm内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。 伺服驱动器大体可以划分为功能比较独立的功率板和控制板两个模块。如图2所示功率板（驱动板）是强电部，分其中包括两个单元，一是功率驱动单元ipm用于电机的驱动，二是开关电源单元为整个系统提供数字和模拟电源。 控制板是弱电部分，是电机的控制核心也是伺服驱动器技术核心控制算法的运行载体。控制板通过相应的算法输出pwm信号，作为驱动电路的驱动信号，来改逆变器的输出功率，以达到控制三相永磁式同步交流伺服电机的目的。 功率驱动单元 功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的