張德田 艾建軍 曹麗蘋

(保定職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 保定 071000)

1 伺服電機(jī)概述

伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，用作自動(dòng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。伺服電機(jī)將接受到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角速度或角位移用來驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。伺服電機(jī)自帶編碼器，電機(jī)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，通過編碼器將信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)反饋值與目標(biāo)值的比較結(jié)果調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，實(shí)現(xiàn)精確控制，伺服電動(dòng)機(jī)的精度由編碼器的線數(shù)決定。

2 伺服控制系統(tǒng)的組成

伺服電機(jī)由相應(yīng)的交直流伺服系統(tǒng)來控制,主要用于高精度的定位系統(tǒng)。伺服驅(qū)動(dòng)器和編碼器是構(gòu)成伺服系統(tǒng)的兩個(gè)必要組成部分，伺服驅(qū)動(dòng)器是交流伺服控制系統(tǒng)的核心,又稱放大器,它為伺服電機(jī)提供幅值和頻率可調(diào)的交直流電源。伺服驅(qū)動(dòng)器通過位置、速度、力矩3種方式對(duì)伺服電機(jī)控制。

3 伺服電機(jī)在攻絲機(jī)中工作臺(tái)控制中的應(yīng)用

攻絲加工中，工件精準(zhǔn)定位是保證加工質(zhì)量的前提。對(duì)于需加工多個(gè)內(nèi)螺紋的工件，如攻絲機(jī)靠手動(dòng)定位，工人就會(huì)長期處于高強(qiáng)度的重復(fù)工作中，精度差，效率低。攻絲機(jī)工作臺(tái)可采用兩臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)十字滑臺(tái)，實(shí)現(xiàn)X、Y軸方向移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)定位。選用臺(tái)達(dá)ASD-B2伺服驅(qū)動(dòng)器的位置控制模式，控制器選取西門子S7-200 SMART ST30 PLC，PLC的輸出端Q0.0、Q0.1輸出脈沖為X、Y軸方向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出位置指令。伺服電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)位移分別由PLCQ0.0和Q0.1端發(fā)出的脈沖的數(shù)量決定，旋轉(zhuǎn)速度由所發(fā)脈沖的頻率決定，方向信號(hào)的正負(fù)決定電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方向。

系統(tǒng)工作時(shí)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)由PLC輸出脈沖數(shù)量決定。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)與之同軸的編碼器旋轉(zhuǎn)發(fā)出脈沖，驅(qū)動(dòng)器每接收1個(gè)脈沖，表示伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，實(shí)現(xiàn)X、Y軸方向移動(dòng)，以確定工件不同的加工工位。編碼器反饋脈沖數(shù)目Pt和伺服電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)的行程S決定伺服電機(jī)的位置分辨率，它們之間的關(guān)系如式1-1所示。△L為每個(gè)脈沖的行程(單位：mm/p)，△S為伺服電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)的行程(單位：mm/r)，Pt為反饋脈沖數(shù)目(單位：p/r)。

每個(gè)指令脈沖的行程值用式1-2計(jì)算。

分子CMX是伺服電機(jī)編碼器的反饋脈沖

分母CDV是PLC的指令脈沖

利用上述關(guān)系式，每個(gè)指令脈沖的行程可以設(shè)置為整數(shù)值。

4 參數(shù)設(shè)置

在工作臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選用臺(tái)達(dá)ADS-B2伺服驅(qū)動(dòng)器的位置控制模式，具體參數(shù)設(shè)定如表1所示。

序號(hào)參數(shù)編號(hào)參數(shù)名稱設(shè)定值功能含義1P0-02LED初始狀態(tài)00顯示電動(dòng)機(jī)反饋脈沖數(shù)2P1-00外部脈沖列指令輸入形式設(shè)置2脈沖列“+”號(hào)3P1-01控制模式及控制命令輸入源設(shè)置00位置控制模式45P1-44P1-45電子齒輪比分子(N)電子齒輪比分子(M)11指令脈沖輸入比值設(shè)置:一周脈沖數(shù)=P1-44分子=1P1-45分母=1?10000=100006P2-00位置控制比例增益35位置控制增益值加大時(shí),可提升位置應(yīng)答性及縮小位置控制誤差量。7P2-02位置控制前饋增益5000位置控制增益值加大時(shí),可提升位置應(yīng)答性及縮小位置控制誤差量。

5 PLC程序設(shè)計(jì)

PLC主要控制工作臺(tái)X、Y軸的運(yùn)動(dòng)位移和速度，起始零點(diǎn)由接近開關(guān)定位，啟動(dòng)工作臺(tái)控制系統(tǒng)時(shí)首先進(jìn)行歸零點(diǎn)定位，指定的位移量都以此零點(diǎn)為基準(zhǔn)。PLC程序流程圖如1所示。

圖1 PLC程序流程