AC 서보 모터 및 드라이버

서보 모터는 DC 서보 모터 및 AC 서보 모터로 분류 된 컨트롤 모터 유형입니다. AC 서보 모터는 작은 크기, 경량, 높은 토크 출력, 낮은 관성 및 우수한 제어 성능과 같은 장점으로 인해 자동 제어 시스템 및 자동 검사 시스템에 액추에이터로 널리 사용되며 제어 전기 신호를 샤프트의 기계적 회전으로 변환합니다.

 

서보 모터의 높은 위치 정확도로 인해 최신 위치 제어 시스템은 AC 서보 모터를 주요 구성 요소로 점점 더 많이 사용하고 있습니다. AC 서보 모터 및 드라이버 제조업체 인 Tonghang은 기어 측정 센터의 로터리 모터 + 볼 스크류 서보 드라이브 시스템을 사용하여 AC 서보 시스템 드라이버와 원하는 제어 매개 변수를 달성합니다.

 

AC 서보 모터 및 드라이버시스템 구조

 

기어 측정 센터는 3 개의 선형 축과 1 개의 회전 축으로 구성됩니다. 이 매개 변수 설정의 경우 AC 서보 모터 서보 시스템은 약 250kg의 관성이있는 선형 축에 사용됩니다.

 

시스템의 위치 감지 장치는 Renishaw 증분 긴 격자를 사용합니다. 출력 신호는 1mm 당 2500 펄스가있는 제곱 파동 전압 신호입니다. 4 개의 - 치수 해상도 회로 후, 해상도는 0.1 μm (1mm 당 10,000 펄스)를 달성 할 수 있습니다.

 

Select Tonghang 시리즈 AC 서보 모터 (주요 성능 표시기는 다음과 같습니다. 전원 공급 장치 전압은 3 - Phase 200V, 적응 된 모터의 정격 전력은 400W입니다. 인코더 유형은 2500p/r입니다. 해상도는 10000 서보 드라이브도 Tonghang 제품 라인을 사용합니다. 외부 펄스 포지션 입력 및 제곱 웨이브는 4 가지 내부 제어 모드, 위치 제어 및 제곱 력을 사용합니다. 컨트롤 및 완전 닫기 - 루프 컨트롤은 다음과 같습니다.

 

입력 아날로그 전압 범위 : -10v -+10 v;

최대 입력 펄스 주파수 : 2MPPS.

응용 프로그램에 따라 위치 명령 제어, 펄스 위치 명령 제어, 속도 명령 제어 또는 토크 명령 컨트롤을 위해 드라이브를 구성 할 수 있습니다. 이 백서에서는 펄스 위치 명령 제어가 사용됩니다.

서보 드라이브는 서보 컨트롤 카드에서 위치 명령 신호 (펄스/방향)를 수신하여 펄스 트레인에 공급합니다. 전자 기어에 의한 주파수 곱셈 후, 편차 가역 카운터에서 피드백 펄스 신호와 비교하여 편차 신호를 생성합니다.

피드백 펄스는 모터에 의해 생성 된 실제 펄스 수를 감지 한 다음 4 개를 곱한 인코더에 의해 생성된다. 위치 편차 신호는 위치 루프의 복합 피드 포워드 컨트롤러에 의해 조정되어 속도 명령 신호를 생성합니다.

속도 명령 신호와 속도 피드백 신호의 비교로 인한 편차 신호는 속도 루프에서 비례 - 적분 컨트롤러로 조정되어 현재 명령 신호를 생성합니다. 이 신호는 전류 루프에서 벡터 변환을 겪은 다음 전류 루프로 변환됩니다. SPWM은 AC 서보 모터의 작동을 제어하기 위해 토크와 전류를 출력합니다.
위치 제어 정확도는 광전 인코더에 의해 혁명 당 생성 된 펄스 수에 의해 결정됩니다. 광전자 인코더는 증분 및 절대 유형으로 분류됩니다.
이 기사는 증분 광전 인코더가있는 서보 드라이버를 사용합니다. 간단한 구조, 사용 편의성, 긴 수명, 고해상도 및 광범위한 실제 응용 분야가 주요 기능입니다. 서보 드라이버 배선은 다음과 같습니다. Puls1 및 Puls2는 제어 카드 출력 펄스 신호, Sign1 및 Sign2에 연결, COM+ 및 COM - 연결 +24 v 전원 공급 장치 (양수 및 음수 단자)에 연결하고 COM -에 연결됩니다. 위치 제어 모드의 기본 배선이 완료됩니다. 모터 및 드라이버는 폐 루프 서보 제어 시스템을 형성하며 사용자는 드라이버 매개 변수를 조정하여 서보 시스템 성능을 조정할 수 있습니다.

 

서보 드라이브 연구

 

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 ->위치 루프. 다음은 각 제어 루프의 원리를 설명하고 분석합니다.

 

1. 전류 루프
DC 모터와 비교하여 AC 서보 모터의 현재 루프 제어에는 벡터 제어가 필요합니다. 따라서 3 개의 - 위상 전류 계산 루프가 전류 루프 내에 포함됩니다. 그것의 목적은 3 개의 - 위상 전류에 의해 생성 된 생성 된 자기장의 방향이 항상 로터 자기장에 수직이므로 최대 스러스트를 달성하여 DC 모터와 동일한 효과를 달성하는 것입니다.

 

이상적인 벡터 제어 하에서, AC 모터의 전류 루프 모델은 DC 모터의 것과 동일하다. 적절한 전류 음성 피드백 및 전류 컨트롤러 매개 변수를 사용하면 입력 전압 및 모터 토크가 비례합니다. 실제 테스트에서 실제 현재 값은 명령 전류 값을 매우 잘 추적하고 모델은 비례 링크로 근사화 될 수 있으므로 현재 루프는 사용자 조정이 필요하지 않습니다.

 

2. 스피드 루프
서보 드라이브에 사용되는 속도 루프 제어 방법은 PI 또는 비례 - 적분 제어입니다.

 

 

그림은 속도 루프 컨트롤러의 원리를 보여줍니다. 위치 루프의 서보 성능은 비례 게인 K 및 적분 게인 K를 조정하여 수정할 수 있습니다. PI 알고리즘은 우수한 위치 추적 기능을 갖춘 오류 추적 알고리즘입니다. 위치 서보 시스템의 속도 루프는 일반적으로 PI 알고리즘을 사용하며 일정량의 오버 슈트가 필요합니다.

 

3. 위치 루프
서보 드라이브의 위치 루프에는 비례, 적분, 차동, 속도 피드 포워드 및 가속 피드 포워드 제어 모드가 있습니다. 그림에서 볼 수 있듯이.

 

 

KP, KPI 및 KPD는 각각 비례 적 이득, 적분 게인 및 위치 제어의 차동 이득입니다. KPVFN은 속도 피드 포워드 계수이며 KPAFR 및 KPAFR2는 가속 피드 포워드 계수입니다. 이 서보 시스템에는 동적 측정 정확도를 보장하기 위해 최소 속도 추적 오류가 필요하므로 속도 피드 포워드가있는 P 컨트롤러가 사용됩니다. 오버 슈트는 위치 제어에서 바람직하지 않기 때문에 I 컨트롤러는 일반적으로 사용되지 않습니다. KP, KPN 및 KPVFR은 각각 비례, 차동 및 속도 피드 포워드이며 위치 제어를위한 조정 가능한 매개 변수입니다. 일정한 속도 모션은 주로 실제 응용 분야에서 사용되므로 가속 피드 포워드는 사용되지 않습니다.

 

서보 시스템 실험

 

위의 분석을 기반으로 서보 드라이브 매개 변수를 조정해야합니다. 설정 해야하는 사용자 매개 변수는 다음과 같습니다.

PR02 : "7"으로 설정하여 서보 모터에 대한 전체 닫힌 - 루프 컨트롤을 선택하십시오.
PR15 : 속도 피드 포워드 값을 설정하려면 "100"으로 설정하십시오. 높은 설정은 더 작은 위치 편차, 특히 높은 - 속도 응답이 필요할 때 더 빠른 응답을 초래합니다.
PR16 : 속도 피드 포워드에 대한 1 차 지연 필터의 시간 상수를 설정하려면 "3000"으로 설정하십시오.
PR18 : 위치 루프 게인을 설정하려면 "200"으로 설정하십시오. 이 게인 값을 높이면 서보가 위치 제어의 강성을 향상시킬 수 있지만 과도하게 높은 게인은 진동을 일으킬 수 있습니다.
PR19 : 속도 루프 게인을 설정하려면 "150"으로 설정하십시오. 이 게인 값을 증가 시키면 속도 제어의 응답 속도가 향상 될 수 있습니다.
PR 1A : 속도 루프 적분 시간 상수를 설정하려면 "10"으로 설정하십시오. 이 매개 변수를 줄이면 적분 동작 속도가 향상됩니다. 단위 : MS.

PR1B : 속도 감지 필터 유형을 설정하려면 "4"로 설정하십시오. 설정이 높을수록 모터 노이즈가 줄어 듭니다.

PR1C : 토크 필터 시간을 상수로 설정하려면 "20"으로 설정하십시오. 토크 필터 매개 변수를 설정하면 기계 진동이 줄어 듭니다.

PR20 : "250"으로 설정하여 기계적 하중 관성의 비율을 모터 로터 관성에 설정하십시오.

PR40 : Optocoupler 회로를 통해 입력하기 위해 "0"으로 설정하십시오 (X5 커넥터, PULS1 : PILS1 : PULS2 : PILS 4, SIGN1 : PIN 5, SIGN2 : PIN 6).

PR41 : "0"으로 설정하여 명령 펄스 유형을 설정하여 해당 회전 방향 및 펄스 형태를 결정합니다. PR42와 함께 사용됩니다.
PR42 : "3"로 설정, 즉 컨트롤러에서 드라이버로 전송 된 명령 펄스 유형은 펄스/방향 방법을 사용합니다.
PR44 : "16384"로 설정하면 모터 회전 당 피드백 신호 인터페이스에서 출력 수를 설정하는 데 사용됩니다.
PR45 : "0"으로 설정하면 PR44와 함께 작동합니다.
PR46 : "1"으로 설정, 즉 피드백 신호 인터페이스에서 B 위상 신호 출력의 로직 레벨이 반전되는지 여부를 설정하는 데 사용됩니다. 값 1은 반전됩니다.
PR48 : "1", PR49로 설정 : "1", PR4A로 설정하십시오 : "1", PR4B : "10"으로 설정하십시오. 이 매개 변수는 명령 주파수 분할의 매개 변수이며 모든 속도 비율의 전자 기어 기능을 실현할 수 있습니다. 이 네 가지 매개 변수 사이의 관계는 다음과 같습니다. f=fx (pr4b) / pr48 (또는 pr49) * 2 pr4a=50 000 (1) 여기서 F : 모터가 하나의 원을 회전시키는 데 필요한 내부 명령 펄스의 수입니다.

 

F : 인코더 해상도
해당 제어 카드는 내부적으로 펄스를 10,000으로 설정합니다.
드라이버 디버깅 소프트웨어는 조정 된 매개 변수를 확인합니다. 드라이버는 제어 루프 디버깅을위한 세 가지 방법을 제공하여 특정 모션 조건에서 서보 곡선을 얻기 위해 위치, 속도 또는 토크 명령을 생성 할 수 있습니다.
다음 샘플 곡선은 두 가지 모션 모드로 드라이버를 테스트하고 균일 한 동작과 시작 - ~ - 정지 동작. 빨간색 선은 위치 편차 곡선을 나타내고, 핑크 라인은 출력 토크 곡선을 보여주고, 녹색 선은 명령 속도 곡선을 보여주고, 파란색 선은 실제 속도 곡선을 보여줍니다. 그래프에서 알 수 있듯이 모터 가속 및 감속 중에 위치, 토크 또는 속도에는 큰 차이가 없습니다.

 

디버깅 중 :
전류 루프에는 사용자 조정이 필요하지 않으므로 토크 제어를 사용할 수 없습니다.

 

pr 19=150, pr1a =10 일 때 균일 운동의 속도 편차 곡선

 

pr 19=150, pr1a =5 일 때 균일 운동의 속도 편차 곡선

 

속도 루프를 조정할 때 비율이 200으로 설정되면 다른 축 운동의 방해로 시스템이 진동합니다. 그림은 모터의 균일 한 동작 및 시작 프로세스의 속도 편차 곡선을 각각 보여줍니다. 그림 11은 시작 프로세스의 위치 편차 곡선을 보여줍니다. 이 시점에서 모터 드라이버 매개 변수 설정 (PR19 : 150, PR1A : 10)이 설정됩니다. 다른 매개 변수는 위에서 조정 된 것과 동일하게 유지됩니다. 스피드 루프는 적당한 양의 지연을 가지며 속도 응답 곡선은 비교적 이상적입니다. 그러나 모터 드라이버 매개 변수 설정 (PR19 : 150, PR1A : 5)이 그림에 설정 될 때 속도 루프는 상당한 지연이 있습니다. 모터 드라이버 매개 변수 설정 (PR19 : 170, PR1A : 5)이 그림에 설정되면 속도 루프 응답이 상당히 빠르지 만 눈에 띄는 진동이 있습니다.

 

pr1a =5, pr 19=170 일 때 균일 운동의 속도 편차 곡선

 

pr 19=150, pr1a =10 일 때 시작하는 동안 속도 편차 곡선

 

pr 19=150, pr1a =10 일 때 시작 중에 위치 편차 곡선

 

pr 18=200 일 때 균일 운동의 위치 편차 곡선

 

PR15가 "100"으로 설정되면 PR18은 "200"으로 설정되고 PR16은 "3000"으로 설정되며, 다른 매개 변수는 변하지 않으며, 상수 - 속도 추적 및 시작 - -은 - -가 - - -가 -을 -를 -에 ​​대략 2 펄스에 도달하는데, 만족스럽게도, 결과적으로 감소합니다. 그림에 표시됩니다. 그러나 PR15가 "100"으로 설정되면 PR18은 "190"으로 설정되고 PR16은 "3000"으로 설정되며, 다른 매개 변수는 변하지 않으며, 상수 - 속도 추적과 시작 -}- -} - - - - - - - - - -는이 10 개의 펄스에 도달합니다. Pr15 ~ "100,"Pr18 ~ "200", Pr16 ~ "3000"이 이상적입니다.

 

pr 18=240 일 때 균일 운동의 위치 편차 곡선

 

시작 후 중지되는 모션 프로세스의 위치 편차 곡선

 

결론

 

Tonghang은 구축했습니다AC 서보 모터 및 드라이버 시스템실험 연구를 수행했습니다. 이것은 서보 시스템의 작동 원리를 보여주고 서보 루프 매개 변수를 조정하기위한 참조 방법을 제공합니다. 시뮬레이션 분석을 통해 사용자는 실제 작동 전에 응답 곡선에 대한 매개 변수 변경의 영향을 직관적으로 시각화하고 조정 된 매개 변수가 응답 곡선에 따라 적절한 지 여부를 결정할 수 있습니다. 우리의 연구팀은 최적의 솔루션을 제공하기 위해 고객과 협력하기 위해 노력하고 있습니다.

 

우리의 AC 서보 모터 서보 시스템은 기어 측정 센터에 배치되어 리드 스크류 전송과 관련된 히스테리시스 및 진동 문제를 제거하고 측정 정확도 및 반복성을 향상 시키며 기기 성능을 향상시킵니다. 또한 특정 산업 문제를 해결하고 효율성을 높이고 - 고객 요구에 맞는 AC 서보 모터 및 드라이버 솔루션 중 하나를 제공합니다.

"서보 컨트롤러"또는 "서보 증폭기"라고도하는 서보 드라이브는 서보 모터를 제어하는 ​​데 사용되는 컨트롤러입니다. 이들의 기능은 기존 AC 모터의 주파수 변환기와 유사하다. 그들은 서보 시스템의 일부이며 주로 높은 - 정밀 포지셔닝 시스템에서 사용됩니다. 전송 시스템에서 높은 - 정밀 위치를 달성하기 위해 위치, 속도 및 토크를 사용하여 서보 모터를 제어합니다. 전송 기술에서 높은 - 최종 제품입니다.

 

Tonghang 제품 시리즈 및 선택 안내서