【干貨分享】伺服驅動器的常見故障和解決方法
2024-08-27
作為一種控制器，伺服驅動器常用于控制伺服電機，在需要高精度的定位系統中，伺服驅動器是伺服系統中很重要的一部分。今天介紹的是在自動化應用中，伺服驅動器常見的一些故障以及處理方式。
1. LED燈是綠的,但是電機不動
故障原因一：一個或多個方向的電機禁止動作。
處理方法：檢查+INHIBIT和-INHIBIT端口。
故障原因二：命令信號不是對驅動器信號地的。
處理方法：將命令信號地和驅動器信號地相連。
2.上電后，驅動器的LED燈不亮
故障原因：供電電壓太低，小于最小電壓值要求。
處理方法：檢查并提高供電電壓。
3.當電機轉動時，LED燈閃爍
故障原因一：HALL相位錯誤。
處理方法：檢查電機相位設定開關是否正確。
故障原因二：HALL傳感器故障。
處理方法：當電機轉動時檢測HallA,HallB,HallC的電壓。電壓值應該在5VDC和0之間。
4.LED燈始終保持紅色
故障原因：存在故障。
處理方法：原因:過壓、欠壓、短路、過熱、驅動器禁止、HALL無效。
5.電機失速
故障原因一：速度反饋的極性搞錯。
處理方法：可以嘗試以下方法：
a.如果可能，將位置反饋極性開關打到另一位置。(某些驅動器上可以)
b.如使用測速機，將驅動器上的TACH+和TACH-對調接入。
c.如使用編碼器，將驅動器上的ENCA和ENCB對調接入。
d.如在HALL速度模式下，將驅動器上的HALL-1和HALL-3對調，再將Motor-A和Motor-B對調接好。
故障原因二：編碼器速度反饋時，編碼器電源失電。
處理方法：檢查連接5V編碼器電源。確保該電源能提供足夠的電流。如使用外部電源，確保該電壓是對驅動器信號地的。
6.電機在一個方向上比另一個方向跑得快
故障原因一：無刷電機的相位搞錯。
處理方法：檢測或查出正確的相位。
故障原因二：在不用于測試時，測試/偏差開關打在測試位置。
處理方法：將測試/偏差開關打在偏差位置。
故障原因三：偏差電位器位置不正確。
處理方法：重新設定。
7. 示波器檢查驅動器的電流監控輸出端時，發現它全為噪聲，無法讀出
故障原因：電流監控輸出端沒有與交流電源相隔離(變壓器)。
處理方法：可以用直流電壓表檢測觀察。
8.伺服電機高速旋轉時出現電機偏差計數器溢出錯誤
故障原因一：高速旋轉時發生電機偏差計數器溢出錯誤;
處理方法：檢查電機動力電纜和編碼器電纜的配線是否正確，電纜是否有破損。
故障原因二：輸入較長指令脈沖時發生電機偏差計數器溢出錯誤;
處理方法：
a.增益設置太大，重新手動調整增益或使用自動調整增益功能;
b.延長加減速時間;
c.負載過重，需要重新選定更大容量的電機或減輕負載，加裝減速機等傳動機構提高負荷能力。
故障原因三：運行過程中發生電機偏差計數器溢出錯誤。
處理方法：
a.增大偏差計數器溢出水平設定值;
b.減慢旋轉速度;
c.延長加減速時間;
d.負載過重，需要重新選定更大容量的電機或減輕負載，加裝減速機等傳動機構提高負載能力。
9.伺服電機在有脈沖輸出時不運轉
① 監視控制器的脈沖輸出當前值以及脈沖輸出燈是否閃爍，確認指令脈沖已經執行并已經正常輸出脈沖;
② 檢查控制器到驅動器的控制電纜，動力電纜，編碼器電纜是否配線錯誤，破損或者接觸不良;
③ 檢查帶制動器的伺服電機其制動器是否已經打開;
④ 監視伺服驅動器的面板確認脈沖指令是否輸入;
⑤ Run運行指令正常;
⑥ 控制模式務必選擇位置控制模式;
⑦ 伺服驅動器設置的輸入脈沖類型和指令脈沖的設置是否一致;
⑧ 確保正轉側驅動禁止，反轉側驅動禁止信號以及偏差計數器復位信號沒有被輸入，脫開負載并且空載運行正常，檢查機械系統。
什么是伺服？怎樣實現伺服控制？
2024-08-27
伺服控制，即為滿足某種目的，對產生的運動和對物體的運動進行控制的人類活動。所謂伺服控制指對物體運動的位置、速度及加速度等變化量的有效控制。這種控制已在各領域得到普及。伺服控制系統則指的是用來精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統。
一、伺服系統，大致上可分為下列幾項：
1、指令部分：動作指令信號的輸出裝置
2、驅動部分：接收指令部分的輸出，并驅動執行機構(比如電機)動作的裝置
3、反饋部分：檢測執行結構或者負載狀態的裝置
4、執行機構：接收驅動部分的輸出信號產生轉力矩、位置等狀態
二、伺服內部結構：
三、控制方式
一般伺服都有三種控制方式：速度控制方式，轉矩控制方式，位置控制方式。
1、速度控制速度環框圖
(1)速度制即電機按照給定的速度指令進行運轉
(2)速度控制的應用場合相當廣涇用場合有：需要快速響座的連續調速系統;由上位閉環的定位系統;需要多欄速度進行快速切換的系統。
(3)通常伺服的速度給定為模擬量，即模擬量幅值的大小決定了給定速度的大小，正負決定電機應關系取決于速度指令增益(Pn300)。
注意事項
(1)速度環增益Pn102，通常是設定高一些以使得整個系統響應快一些，電機剛性也會增強。但是增益大了可能導致系統振動。一般負載慣量大的場合該參數設得大一些。
(2)速度環積分時間Pn103，它的作用是消除靜差，數值設得越大響應越慢，到達指令時間越長。通常負載慣量越大，積分時間應設定得越大。
(3)上位機作閉環時，應盡量不要設置軟起動減速時間參數Pn306、Pn307。
(4)若沒有上位機作閉環，希望通過模擬量來使得電機完全停止，則必須采用零鉗位或比例控制。
(5)用上位機作位置閉環時，模擬量不能自動調零。
2、轉矩控制
(1)非速度控制，控制輸岀的轉矩即為典型轉矩控制。
(2)常使用于張力控制等場合
(3)輸入為模擬量，模擬量大小與轉矩大小的關系取決于轉矩指令增益。
(4)舉例：假定用戶設定Pn400是100，則表明若輸入10ν的模擬量時電機輸出轉矩可以達到其額定轉矩的100%。
注意事項
(1)轉矩控制首先應注意限制電機轉速，電機轉速可以用模擬量進行限制，也可以通過設置參數來限制轉速。
(2)轉矩指令增益Pn400數值設定越小，相同模擬量對應的轉矩越大。
3、位置控制
位置控制普遍應用在各種定位場合，可以直接替換各種步進傳動系統。一般情況下伺服通過接受脈沖來進行位置控制，脈沖的個數決定了位置，脈沖的頻率決定了電機運行的速度。一個脈沖對應的位置當量，取決于機械結構和電子齒輪。
注意事項
(1)每一個點位的位移由兩個參數組成，實際編程的位移是由兩個參數的代數和組成，注意兩個參數的單位。
(2)注意搜索參考點的速度，若速度過大可以設定軟起動加減速，以減小對機械的沖擊。
(3)點位控制中,1CN可以不接任何輸入、輸岀即可實現。
(4)目前只能順序換步。
(5)用戶可以通過觸摸屏和伺服通過 Modbus協議進行通訊，進而可以通過觸摸屏修改位置、速度等。
四、三種控制方式對比：
(1)如果對電機的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個恒轉矩，當然是用轉矩模式。
(2)如果對位置和速度有一定的精度要求，而對實時轉矩不是很關心，用轉矩模式不太方便，用速度或位置模式比較好。如果上位控制器有比較好的閉環控制功能，用速度控制效果會好一點。如果本身要求不是很高，或者，基本沒有實時性的要求，用位置控制方式對上位控制器沒有很高的要求。
(3)就伺服驅動器的響應速度來看，轉矩模式運算量最小，驅動器對控制信號的響應最快;位置模式運算量最大，驅動器對控制信號的響應最慢。
(4)對運動中的動態性能有比較高的要求時，需要實時對電機進行調整。那么如果控制器本身的運算速度很慢(比如PLC，或低端運動控制器)，就用位置方式控制。如果控制器運算速度比較快，可以用速度方式，把位置環從驅動器移到控制器上，減少驅動器的工作量，提高效率(比如大部分中高端運動控制器);如果有更好的上位控制器，還可以用轉矩方式控制，把速度環也從驅動器上移開，這一般只是高端專用控制器才能這么干，而且，這時完全不需要使用伺服電機。
一篇讀懂工業機器人的核心零部件控制器、伺服電機、減速器
2024-08-27
工業機器人行業按產業鏈分為上游、中游和下游。
上游生產核心零部件：包括減速器、伺服系統、控制器;
中游是本體生產商，包括工業機器人本體。
下游是系統集成商，包括單項系統集成商、綜合系統集成商。
核心零部件
控制器
機器人控制器的軟件部分是工業機器人的“心臟”，隨著科技的發展，工業機器人從下位機到上位機的應用軟件方面都有了不同程度的研究成果。
控制器、軟件與本體一樣，一般由機器人廠家自主設計研發。目前國外主流機器人廠商的控制器均為在通用的多軸運動控制器平臺基礎上進行自主研發，各品牌機器人均有自己的控制系統與之匹配。
國內企業機器人控制器產品已經較為成熟，是機器人產品中與國外產品差距最小的關鍵零部件，國內控制器與國外產品存在的差距主要在控制算法和二次開發平臺的易用性方面。
未來幾年中國國產機器人將得到快速發展，國產機器人控制器應用市場面臨較好的發展契機，尤其是在運動控制領域深耕多年的企業。機器人軸數越多，對控制器性能要求也越高：機器人自由度的高低取決于其可移動的關節數目，關節數愈多，自由度越高，位移精準度也越高，其所使用的伺服電機數量就相對較多，即越精密的工業型機器人所用的伺服電機數量愈多。
一般每臺多軸機器人由一套控制系統控制，也意味著控制器性能要求越高。
伺服電機
機器人對關節驅動電機的要求非常嚴格，交流伺服電機在工業機器人中得到廣泛應用。
目前國內高端市場主要被國外名企占據，主要來自日本和歐美，未來國產替代空間大。目前國外品牌占據了中國交流伺服市場近80%的市場份額，主要來自日本和歐美。
其中，日系產品以約50%的市場份額居首，其著名品牌包括松下、三菱電機、安川、三洋、富士等，其產品特點是技術和性能水平比較符合中國用戶的需求，以良好的性價比和較高的可靠性獲得了穩定且持續的客戶源，在中小型OEM市場上尤其具有壟斷優勢。
未來五年，我國伺服系統行業受益于產業升級的影響，將保持較快增長，國產替代空間還很大。
減速器
按結構不同，工業機器人用精密減速器可以分為五類，RV減速器和諧波減速器是工業機器人最主流的精密減速器。精密減速器按照結構的不同，可以分為諧波齒輪減速器、擺線針輪行星減速器、RV減速器、精密行星減速器和濾波齒輪減速器五類。
在精度、扭矩、剛度、傳送效率等衡量減速器的各個性能指標上，它們各有不同。其中，RV減速器和諧波減速器是工業機器人最主流的精密減速器。
工業機器人本體
從1958年第一臺工業機器人誕生之后，機器人發展經歷了一個小高潮，到上世紀80年代后期，由于傳統機器人用戶應用工業機器人已經飽和，從而造成工業機器人產品的積壓，不少機器人廠家倒閉或被兼并，國際機器人學研究和機器人產業出現不景氣。
到90年代初，機器人產業出現復蘇和繼續發展跡象。1995年后,世界機器人數量逐年增加，增長率也較高。
自全球金融風暴過后，市場復蘇使得機器人行業恢復好轉，全球機器人行業增長態勢延續，市場規模不斷擴大，各國政府和跨國企業在機器人行業投資活躍。2016年全球工業機器人訂單量258900臺，存貨1779000臺，中國85000臺，存貨332300臺。
盡管我們已連續多年成為全球最大的機器人銷售市場，但不可否認的是的，國外品牌占據了中國工業機器人市場60%以上的份額;至于六軸以上的多關節機器人，國外品牌占據的市場份額甚至更大，超過了80%。
系統集成商
只有機器人裸機是不能完成任何工作的，需要通過系統集成之后才能為終端客戶所用。系統集成方案解決商處于機器人產業鏈的下游應用端，為終端客戶提供應用解決方案，其負責工業機器人軟件系統開發和集成，是工業機器人自動作業的重要構成。
在我國，系統集成商多是從國外購機器人整機，根據不同行業或客戶的需求，制定符合生產需求的解決方案。
伺服電機轉速的改變方法
2024-08-27
本文來簡單介紹一下伺服電機轉速的改變方法，使用伺服電機時，當選擇的伺服電機轉速是3000rpm時，我們要怎么樣使伺服電機轉速的在工作過程中變成600rpm以及更低的轉速，下面來教你如何改變伺服電機轉速的方法。
伺服電機怎么調速方法主要有四種。
伺服電機怎么調速的方法1，用調速器來改變轉速，通常是用在功率比較小的減速電機上，不過控制精度達不到，要手動調節;
伺服電機怎么調速的方法2，修改驅動器的參數來改變伺服電機的轉速;
伺服電機怎么調速的方法3，利用減速器相連接來改變轉速;
伺服電機怎么調速的方法4，用相對定位指令或絕對定位指令來改變(先發等于100圈的低速脈沖，使用脈沖完成的m點，觸發高度返回的指令)。
運動控制偏位問題：現象、原因及解決辦法
2024-08-27
偏位問題是使用步進或伺服電機的設備制造廠在設備裝機調試以及設備使用過程中，所面臨的常見問題之一。出現偏位可能是機械裝配不當造成，可能是控制系統與驅動器信號不匹配，也可能是設備內電磁干擾、車間內設備互相干擾或者是設備安裝時地線處理不妥當等造成。
本文從眾多應用案例中，提煉整理出最常見的偏位原因及對策，用以幫助設備廠家調試人員快速定位問題、采取各種適宜措施提高設備抗干擾性、為設備正確接地保證正常運行。
規律性偏位
Q：做往復運動，往前越偏越多(少)
可能原因①：脈沖當量不對
原因分析：無論是同步輪結構還是齒輪齒條結構，都存在加工精度誤差。運動控制卡(PLC)并沒有設置準確的脈沖當量。例如上一批同步輪電機旋轉一圈設備前進10mm，這批同步輪大一點電機轉一圈前進了10.1mm，就會導致該批機器每次運行比以前的設備多走1%的距離。
解決方式：出機前用機器畫一個盡可能大幅面的正方形，然后用尺去量實際尺寸，對比實際尺寸和控制卡設置尺寸之間的比例，然后將其加入控制卡運算，反復進行三次之后就會得到一個比較準確的值。
可能原因②：脈沖指令的觸發沿與方向指令的電平變換時序沖突
原因分析：驅動器要求上位機發出的脈沖指令的沿與方向指令電平變換有一定時序要求。而部分PLC或運動控制卡編程時沒滿足這種要求(或者其自身的規則不符合驅動器的要求)，導致脈沖和方向時序并不能滿足要求而偏位。
解決方式：控制卡(PLC)軟件工程師將方向信號提前。或者驅動器應用技術人員更改脈沖沿計數方式。
Q：運動過程中電機在固定點抖動，過該點后能正常運行，但少走一段距離
可能原因：機械裝配問題
原因分析：機械結構在某個點阻力較大。由于機械安裝的平行度、垂直度或設計不合理的原因導致設備在某個點阻力較大，步進電機的力矩變化規律是速度越快力矩越小，很容易在高速段卡死，速度降下來卻能走過去。
解決方式：1、檢查機械結構出現卡死的原因，是該處摩擦阻力大還是滑軌裝得不平行等。2、步進電機力矩不夠。由于終端客戶出現提速或者加大負載的要求，導致原本能滿足要求的電機在高速力矩不夠，從而發生高速段堵轉的現象。解決方法可以通過驅動器設置更大輸出電流或者在驅動器允許電壓范圍內提高供電電壓，或更換更大轉矩的電機。
Q：電機往復運動來回均沒走到位且偏移量固定
可能原因：皮帶間隙
原因分析：皮帶與同步輪之間存在反向間隙導致，往回走會存在一定量的空程。
解決方式：如運動控制卡具有皮帶反向間隙補償功能，可利用之;或者繃緊皮帶。
Q：切繪軌跡不重合
可能原因①：慣量過大
原因分析：平板切繪機噴墨過程由光柵控制，掃描式運動，切割時走插補運動，兩者軌跡不重合是因為，類似設備X軸小車慣量較小且由光柵定位，噴繪位置準確，而Y軸龍門結構慣量較大，電機響應性差，插補運動時Y軸跟隨性不好導致軌跡部分偏位。
解決方式：增加Y軸減速比，使用陷波功能提高伺服驅動器剛性以解決該問題。
可能原因②：刀和噴頭重合度沒調好
原因分析：因為切繪機刀和噴頭都裝在X軸小車上但是兩者有坐標差，切繪機上位機軟件能調整這個坐標差做到刀和噴頭軌跡重合，如果沒調好，切繪軌跡會整體分離。
解決方式：修改刀和噴頭位置補償參數。
Q：畫圓成橢圓
可能原因：XY軸平臺兩軸不垂直
原因分析：XY軸結構，圖形偏位例如畫圓成橢圓，正方形偏位成平行四邊形。龍門結構X軸與Y軸不垂直時會導致該問題。
解決方式：調節龍門架X軸與Y軸垂直度可以解決該問題。
非規律性偏位
Q：運行過程中不定期出現偏位，偏位具有偶然性，偏位多少不確定
可能原因①：干擾原因導致電機偏位
原因分析：非周期性偏位大部分因為干擾導致，少部分因為運動控制卡發出的窄脈沖或者機械結構松動引起。
解決方式：如果干擾出現的比較頻繁，則可以利用示波器監控脈沖頻率確定干擾發生的時間進而確定干擾源，移除或者使脈沖信號遠離干擾源能解決部分干擾。如果干擾出現的比較偶然，或者難以確定干擾源位置或電氣柜已固定難以移動，則可以考慮采用以下措施來解決問題：
① 驅動器接地，
② 脈沖線更換雙絞屏蔽線，
③ 脈沖正負端并聯103陶瓷電容濾波(脈沖頻率小于54kHz)，
④ 脈沖信號套磁環，
⑤ 驅動器和控制器電源前端增加濾波器。
可能原因②：脈沖串出現窄脈沖
問題分析：客戶運動控制卡發送脈沖串占空比較小或過大，出現窄脈沖，驅動器識別不了，導致偏位。
解決方式：查找控制器出現這種問題的原因，是脈沖接口問題，還是軟件算法問題
可能原因③：機械結構松動
問題分析：連軸器、同步輪、減速機等用頂絲固定或螺絲夾緊的連接件在快速沖擊場合運行一段時間可能出現松動，導致偏位。用鍵和鍵槽配合固定的同步輪則注意鍵和鍵槽之間是否存在間隙，齒輪齒條結構則注意兩者之間的配合間隙。
解決方式：關鍵部分、受力大的結構螺絲一定用彈墊、而且螺絲或頂絲宜涂覆螺絲膠。電機軸與聯軸器盡量用鍵槽連接。
可能原因④：濾波電容過大
問題分析：濾波電容過大，普通RC濾波器截止頻率是1/2πRC，電容越大截止頻率越小，一般驅動器脈沖端電阻為270歐姆，103陶瓷電容構成的RC濾波電路截止頻率為54khz，頻率高于此會因為幅值衰減過大而導致部分有效信號無法被驅動器正確檢測到，最終導致偏位。
解決方式：加濾波電容時需要核算脈沖頻率、一定要保證最大通過脈沖頻率滿足要求。
可能原因⑤：PLC或者運動控制卡最大脈沖頻率不夠高
原因分析：一般PLC允許輸出最大脈沖頻率為100kHz，運動控制卡根據其發脈沖芯片不一樣差異較大，特別是普通單片機開發的運動控制卡可能會因為脈沖頻率不夠高導致偏位。
解決方式：假如上位機最大脈沖頻率有限，為了保證速度，可以適當降低驅動器細分，以保證電機轉速。