伺服（精选8篇）
-0.6569i 0.4560-0.6549i 0.7486+0.3037i 0.7486-0.3037i 0.8586 ] K=-0.4072(2 5 阶模型 z1~z4 = [-1.3230 + 0.8407i-1.3230 – 0.8407i 0.8226-0.5599 ] p1~p5 = [0.7534+0.3015i 0.75 340.3439i] K =-0.3807（3）2 阶模型）z1 = [-21.0109 ] p1~p2 = [ 0.8148+0.3688i 0.8148 – 0.3688i ] K =(a 5 阶 模 型 OUTPUT # 1 INPUT # 1 2 1.5 1 0.5 0-0.5-1-1 0 1 2-1.5-2-2-1 0 1 2 OUTPUT # 1 INPUT # 1 10 8 6 4 2 0-2-4-6-8-10-10-5 0 5 10(c 2 阶模型 图 38 不同阶数模型的零极点分布 Fig.38 Zero-Pole Position in Different Order Models 图 38 中给出了取不同阶数时零极点的变化状态。此环节是非最小相位系 统，当取 2 阶时，一个零点远离单位圆。8.2.2 8.2.2 速度测量信号与模型仿真数据曲线拟合对比 从图 39 中看到，取 5 阶模型时，曲
线已能很好地拟合测量数据。取 2 阶 模型时的拟合误差较大。Output # 1 Fit: 0.17134 电 测 压 速(V 1.5 1---测量曲线 —模型曲线 电 压(v 0.5 0-0.5-1-1.5-2 0 50 100 150 200 Blue: Model output, Black: Measured output 250 300 350 400(a 5 阶模型 电 测 压 速(V 电 压(v Simulated(yellow/solid and measured(magenta/dashed output 1.5 1 0.5 0-0.5-1-1.5-2-2.5 采样时间（×7.81ms）----测量曲线 — 模型曲线 0 50 100 150 200 250 300 350(b 2 阶模型 采样时间（×7.81ms）图 39 Y 轴测量数据与仿真数据曲线拟合 Fig.39 Comparing Speed Signal Measured with Simulated on Techometer of Y Axis 至测速电机输入／ 8.2.3 Y 轴 NC 至测速电机输入／输出信号残差相关函数 Correlation function of residuals.Output # 1 0.5 0 输出值残差自相关函数 1 Correlation function of residuals.Output # 1 输出值残差自相关函数 0.5 0 相 关 系 数-0.5 0 0.1 0.05 0-0.05 5 10 15 20 25 相-0.5 Cross corr.function between input 1 and residuals from 输出值残差自相关函数 关 系 数 0 5 10 15 20 25 Cross corr.function between input 1 and residuals from output 1 0.15 0.1 0.05 0-0.05 输出值残差自相关函数-0.1-30-20-10 0 10 20 30 延迟（lag）-0.1-30-20-10 0 10 20 30(s 延迟（lag）(s(a 5 阶模型(b 2 阶模型 图 40 Y 轴 NC 单元至测速电机间不同阶数模型的残差相关函数 Fig.40 Correlation Function of Residuals in different Order Models between NC Unit and Techometer 8.2.4 不同阶数模型的阶跃响应特性 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0-0.1 0 0.7----CRA —ARX 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0-0.1 0----CRA —ARX(a5 阶模型 5 10 15 20(b2 阶模型 5 10 15 20 图 41 不 同阶数模型 的阶跃响应 Fig.41 Step Response Using CRA and ARX Models 时间（×7.81ms）时间（×7.81ms）8.2.5 Bode 图 幅 值(dB 10 2 AMPLITUDE PLOT, input # 1 output # 1 10 0-2----测 量 曲 线 — 模型曲线 10 10-4 10 0 101 102 103 相 位(度 PHASE PLO T, input # 1 output
# 1 0-500-1000-1500----测 量 曲 线 — 模型曲线(a 5 阶模型-2000 0 10 10 1 频率 10 2 frequency(rad/sec 10 3 幅 值(dB 10 0 AMPLITUDE PLOT, input # 1 output # 1----测量曲线 — 模型曲线 10-2 10-4 10 相 位(度 0 0 10 1 10 2 10 3 PHASE PLOT, input # 1 output # 1----测量曲线 — 模型曲线-500-1000-1500 0 10 10 1 频率 10 2 10 frequency(rad/sec 3(b 2 阶模型 图 42 不同阶数模型的 Bode 图 Fig.42 Bode Curves in Different Order Models 8.3 8.3 Y 轴 NC 单元至测速电机参数化模型 8.3.1 8.3.1 差分方程传递函数 式（2）中的系数为：（1）5 阶差分方程传递函数）b1~b10 = [ 0 0 0 0 0 0.0039 0.0025 0.0027 0.0041 0.0091 ] a1~a5 = [-1.8504 0.8120 0.0786 0.1823-0.2040 ] b 系数各项对应的
方差值为：0 0 0 0 0.0011 0.0015 0.0015 0.0015 0.0013； a 系数各项对应的方差值为： 0.0304 0.0668 0.0722 0.0639 0.0261。（2）2 阶差分方程传递函数）b1~b6 = [ 0 0 0 0 0 0.0014 0.0143 ] a1~a2 = [-1.8403 0.8617 ] b 系数各项对应的方差值为：0 0 0 0 0 0.0014 0.0015 a 系数各项对应的方差值为：0.0104 0.0104 8.3.2 8.3.2 零-极点模型 阶零（1）5 阶零-极点模型 式（3）中的系数为：K= 0.0039, 零极点参数见表 8 Table 8 Zero-Pole Parameters of Five Orders Model 表 8 5 阶模型的零极点参数 序号 零点（z）极点（p）1 0.6249 + 1.0771i 0 2 0.62490.7817i 0 5 0.7953 + 0.3312i 6 0.79530.4218i 9 0.9381 极点模型（2）2 阶零-极点模型）z1=-10.2143 p1~p6 = [ 0 0 0 0 0.9202 + 0.1226i 0.9202-0.1226i ] K = 0.0014 3.8.3.3 3.8.3.3 状态方程（1）2 阶模型）
0 T B = [1 0 0 0 0 0] C = [ 0 0 0 0 0 0.0014 ] D=0(2 5 阶模型的状态方程 阶模型的状态方程
0 0.5413 0 0
小结 对所建立的智能加工平台进行各个组成环节动态特性参数的辨识，这些组 成环节包括：NC 单元速度
关键词：伺服驱动器,RS232口,检测,伺服系统
1概述
伺服驱动器是构成伺服系统的基本部件, 广泛应用于各种电力传动自动控制系统中, 如数控机床、柔性制造系统、机器人驱动等。在应用伺服驱动器的过程中, 实时读取和修改各个控制参数来达到实时控制是对伺服系统的基本要求。本文针对德国博世力士乐的伺服驱动器IndraDrive, 采用灵活易用的VB6.0编程语言, 通过IndraDrive本身所带的RS232串行通信接口, 实现了上位PC机与伺服驱动器的串行通信, 完成了对伺服系统的实时监测。
2IndraDrive的通信协议
IndraDrive采用515通信协议, 它是一种二进制通信协议, 含有完整的报文格式和返回校验格式。针对博世力士乐的各种产品 (PLC、伺服驱动器等) , 515协议的通信格式是统一的。
515协议采用的数据格式为:l位起始位, 8位数据位, 1位或2位停止位, 无校验位。通信传输数据的波特率为115 200 b/s。515协议采用十六进制数据格式来表示各种指令代码及数据, 其软件通信指令经过优化设计后只有两条, 一条为读指令, 一条为写指令, 两条指令使得上位机软件编写非常方便。
515协议的报文格式见表1。
其中报头由8个字节组成, 它们的意义如下:
第1个字节StZ:起始位, 默认为0x02;
第2个字节CS:用于校验数据, 它的值是除此字节外所有的数相加后的低8位值异或FF, 再加1后的值;
第3个字节DatL:除去报头后所有数据的长度 (字节的个数) ;
第4个字节DatLw:重复第三个字节的内容;
第5个字节Cntrl:决定错误返回类型, 默认为0x00;
第6个字节Service:服务类型 (读参数写0x80, 写参数写0x8F) :
第7个字节AdrS:驱动器地址;
第8个字节AdrE:驱动器地址。
用户数据头包含5个字节, 意义如下:
第1个字节control byte:操作参数值, 默认为0x3C;
第2个字节Device address (Unit address) :驱动器地址;
第3个字节Parameter type:参数类型, 对于驱动器其值为0x00:
第4、5字节Parameter number:参数号, 对于驱动器的S参数, 直接写参数号的十六进制值;对于P参数, 写“215+参数号”的十六进制值。
用户数据的数据长度取决于操作参数的数据类型。如操作参数为INT型, 写2个字节;操作参数为DWORD型, 写4个字节。写的时候注意低位字节在前, 高位字节在后。
3利用VB实现PC机与IndraDrive的串行通信
PC机与IndraDrive的通信常采用主从问答方式, PC机始终具有初始传送优先权。每次通信都是由PC机通过发送 (读/写参数) 命令启动通信, IndraDrive在接到PC机发送的命令后, 首先检查命令中的起始标志, 然后检查命令中的驱动器地址是否与自己的驱动器地址相符。如果不一致, 说明计算机是与其他的驱动器进行通信, 从而忽略该命令;如果一致, 就响应该命令, 并将执行结果回送到PC机, 一次通信过程结束。
在VB的控件工具箱中提供了一个使用非常方便的串行通信控件MSComm, 它全面地提供了使用串行通信上层开发的所有细则, 串行通信的实现既可以采用中断方式, 又可以采用查询方式。MSComm控件提供了实现串行端口中断功能的OnComm事件, 该事件是唯一的, 可以截取串口的任何消息, 当有串口事件或错误发生时, VB程序就会自动转入OnComm事件处理程序中。CommEvent属性存有串口最近的事件或错误的数值代码, 可以在程序中随时读取CommEvent属性值来了解通信情况, OnComm事件和CommEvent属性密切相关、一起使用, 当任何一个OnComm事件或错误发生时, 都会使得CommEvent属性值改变。在OnComm事件处理过程中, 可以通过判断CommEvent属性值, 对于不同的属性值转入不同的事件处理过程。
根据515通信协议的规定, VB程序中主要是针对MSComm控件的操作, 主要有MSComm控件的初始化和OnComm事件的处理。
MSComm控件的主要初始化代码如下:
OnComm事件的处理程序主要代码如下:
4伺服系统实时监测的实现
基于以上VB程序, 在博世力士乐伺服驱动器中提供了一级、二级、三级诊断参数。我们只要通过PC机实时读取此3个参数下的反馈值就能得到实时监测的效果。下面以DOK-INDRV*-GEN-**VRS**-PA01-EN-P型号1级诊断为例进行说明。
一级诊断参数为S-0-0011, 参数结构见图1。
为了读取一级诊断反馈值参数S-0-0011的值, 首先将参数号11转化为十六进制数0B, 即在用户数据头的第4、5两个字节分别写入0B 00 (注意:高字节在后, 低字节在前) , 其他字节可以相继得出, 因是读参数值, 所以不需写用户数据, 从而发送内容应为:02 02 05 05 00 80 01 01 3C 01 00 0B 00。如果接收到类似02 20 07 07 10 80 01 01 00 3C 01 00 00, 最后2个字节为有效字节;00 00对应2进制码为0000 0000 0000 0000, 则表示没有发生诊断1所示的报警。如果接收到02 20 07 07 10 80 01 01 00 3C 01 01 00, 最后2个字节对应2进制码为0000 0000 0000 0001, 则表示过载报警。如接收到02 20 07 07 10 80 01 01 00 3C 01 02 00, 最后2个字节对应2进制码为0000 0000 0000 0010, 则表示放大器过热。
5结语
本文开发的系统是为天津大学所做的数控试验台配套的监测系统, 现已成功应用到实践当中。该系统具有灵活可靠的特点, 并且可以通过串口和适当的编程同时监测多个伺服驱动器。
参考文献
[1]李江全, 张丽.Visual Basic串口通信与监测应用技术实战详解[M].北京:人民邮电出版社, 2007.
[2]张燕丽, 高震天.基于VB的伺服驱动器串口通信的实现[J].伺服控制, 2007 (6) :29-31.
[3]郑有增, 许文宪.Visual Basic程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2008.
[4]程佩青.数字信号处理教程[M].北京:清华大学出版社, 2007.
[5]马明建.数据采集与处理技术[M].西安:西安交通大学出版社, 2005.
行了实验，参考固定角双探头SPECT（以下简称BHP6603）运动控制模式，将原交流伺服替换为直流伺服，对比单光子发射计算机断层装置（以下简称SPECT）控制方式，进行相关运动控制实验。
关键词：直流电机 直流驱动器 运动控制
1 概述
直流伺服，顾名思义，使用直流电源工作，在具体的使用中，它有着交流伺服无可比拟的优势，其最大的优点不会像交流伺服那样产生逆变磁场对外围发出干扰，这一点对于医疗设备来说，有着重要的意义。从成本上考虑，直流伺服系统与交流伺服系统并无明显优势，但对于控制方式，直流伺服比交流伺服更加多样化，针对于SPECT而言，完全可以取代PLC系统，使用其他控制方式，例如BHP6603的工控机系统，这样在成本比较上，直流伺服仍比交流伺服有优势。从以上分析可以看出，直流伺服取代交流伺服将成为一种趋势。直流伺服使用的电机为直流电机，电机从工作方式上分为有刷和无刷两种，无刷电机的定子上需要开槽，所以也存在着一定的局限性。当转子转动时，磁极受定子齿的引力大于受定子齿间隙之间的引力，这种不均匀的磁力，又叫齿槽效应，不但会降低电机效率而且也会使低速下的平滑运转变得困难。就目前采用的技术而言，对于典型的操作压力和真空负荷，无刷电机的效率值一般在50%-60%之间[1]，有刷电机则无这方面的缺点，有刷直流电机成本较低，扭力大，但换相器为碳刷，有使用寿命限制，这也是有刷电机的重要缺点，但综合有刷与无刷的优缺点，直流有刷电机是目前医疗设备较好的选择。
目前BHP6601及BHP6603均采用交流伺服驱动来进行工作，本文主要探讨应用直流伺服驱动的可行性。下面将进行有刷直流伺服系统的运动控制实验，用以验证直流伺服系统的相关控制设置。
2 设计方案及结果验证
2.1 设计方案 BHP6603运动控制，使用运动控制卡及三菱交流伺服，现使用直流伺服替换交流伺服，用于验证直流伺服系统的功能，并与交流伺服功能对比，以达到验证直流伺服应用可行性的目的。
2.2 设计方案验证内容
2.2.1 直流伺服选型。验证直流伺服应用于BHP6603的可行性，首先需要满足的条件是基本功能同于或多于交流伺服，BHP6603选用三菱MR-J3-20A（以下简称J3）型交流伺服，目前使用的功能是在位置控制模式下，通过接收运动控制卡发送的脉冲+方向信号，控制电机运动的位置及速度，在实验中，也将针对这些功能进行验证。
根据表J3参数手册[2]，选定直流伺服Dpralte-020B-
080[3]，表1中为主要功能对比。
Dpralte-020B080在供电上只需要直流24VDC电压，而交流伺服则需要220VAC和24VDC两种电源，24VDC作为安全工作电压，这一点上明显要优于交流伺服，在控制方式与接受反馈信号等功能上要优于交流伺服，从这两点上分析，Dpralte-020B080这款驱动是满足使用要求的，在保护功能上，交流伺服能够更好的输出保护信号（报警信号），直流伺服则可以选择4种主要的保护功能，从这一点上，直流伺服略逊于交流伺服，综合考虑，针对于BHP6603，J3与Dpralte-020B080都能够满足使用要求，故选定Dpralte-020B080作为本次试验使用的直流伺服。
对于电机的选择，J3有着一定的局限性，它只能与三菱HF-MP/HF-KP系列电机进行匹配，BHP6603中使用的电机型号为HF-KP23（B）[2]，参看其参数手册，选定电机型号GR80×80[4]，用于匹配Dpralte-020B080，表2中为主要参数对比。
表2 HF-KP23（B）与GR80×80参数对比
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两种电机的转矩、额定转速、功率等基本一致，从电机的连续运行角度看，两种电机是可以互换的，但最大转矩却相差很多，从表2上可以看出，两种电机最大转矩差值4.18N·m，直流电机在启动瞬间有更大的转矩带动负载，而交流电机在超出最大转矩范围后，则会报错过载，这一点是直流电机要优于交流电机，针对于BHP6603，可以选定GR80×80作为本次实验的直流电机。
2.2.2 方案验证过程记录。在直流驱动器中有3个非常重要的参数曲线，电机与驱动器的匹配，需要通过调节这些参数来实现，它们分别是电流环、速度环、位置环。在位置控制模式下，可以使用位置环与电流环两组曲线进行设定，也可以使用电流环等3组曲线来设定。
A-M-C直流驱动器可以通过上位机软件DriveWare[5]进行设定。根据表GR80×80电机参数，设置驱动器电机相关参数，调节环路曲线的设定。环设置是交流伺服与直流伺服设置区别较大的地方，通常情况下，交流伺服匹配的电机是固定的，通过设置驱动器内置参数表，设定数据，电机与驱动器不存在不匹配的情况，而直流伺服的电机可以是有刷电机，也可以是无刷电机，功率只要在驱动器额定功率内的电机都可以选择，这样就增加了电机选择的空间，从而通过上述环设置，来匹配电机，这种方式为最大限度的节约成本提供了可能性。
验证试验将使用Dpralte-020B080与GR80×80进行匹配，模拟BHP6603交流伺服系统功能，通过PC机安装运动控制卡与光耦合板（BHP6603使用）模拟电机在BHP6603上的工作状态。本方案主要验证包括以下几个方面：①脉冲+方向信号控制电机实现速度与位置运转；②电机正反转及限位输入有效性；③伺服开启及紧急停止；④报警信号有效性。
试验结果如下：①使用运动控制卡示范软件，操纵电机运转，包括正向与反向运动，通过试验得出，在上位机发送固定数量脉冲数的条件下，电机能够完成相应运动，运动方向由脉冲方向决定，电机编码器反馈脉冲数与逻辑脉冲（发出脉冲）数基本一致；②使用示范软件控制电机连续运动，在电机运动过程中，将限位线号输入线分别置高电平，通过试验得出，在限位信号有效的情况下，电机能够即时停止运动。③在电机连续运动状态下，分别将伺服开启及急停信号置高电平，得出，在急停或伺服开启信号有效的情况下，伺服会根据信号输入状态做出动作。④在电机连续运行的条件下，将急停置高电平，电机停止运动，得出，在报警有效输出的条件下，驱动器能够即时停止电机运动。
2.3 验证结果 综合以上实验结果，从功能上讲，直流伺服系统在BHP6603运动控制系统中，可以实现交流伺服所有功能，从性价比上讲，直流伺服可以更好的控制成本，直流伺服可以替代交流伺服使用。
3 结论
直流伺服较交流伺服优势是明显的，尤其低干扰的特性，在医疗设备领域，直流伺服可能会逐步取代交流伺服，在本次实验中，也充分的证明了直流伺服在功能满足使用要求，本次实验所做的仅仅是直流伺服控制的一小部分，还有更多的功能等待着人们去开发使用，笔者相信，直流伺服系统在不久的将来，应该会成为医疗设备运动控制应用的主流。
参考文献：
[1]《微型泵驱动便携医疗器械》，中国杂志.
[2]《MELSERVO J3》，三菱电机，8/29/2006.
[3]《AMC直流伺服驱动器dpralte-020b080》，A-M-C，3/26/
2010.
[4]《GR80×80》，德恩科，10/29/2010.
[5]《AMC_DriveWareSoftwareManual》，A-M-C.
伺服阀的故障常常在电液伺服系统调试或工作不正常情况下发现的。所以这里有时是系统问题包括放大器、反馈机构、执行机构等故障，有时确是伺服阀问题。所以首先要搞清楚是系统问题、还是伺服阀问题。解决这疑问的常用办法是：
一、有条件的将阀卸下，上实验台复测一下即可。
二、大多数情况无此条件，这时一个简单的办法是将系统开环，备用独立直流电源、经万用表再给伺服阀供正负不同量值电流，从阀的输出情况来判断阀是否有毛病，是什么毛病。伐问题不大，再找系统问题，例如：执行机构的内漏过大，会引起系统动作变慢，滞环严重、甚至不能工作；反馈信号断路或失常等等，放大器问题有输出信号畸变或不工作，系统问题这里不祥谈，下面主要谈谈阀的故障。
（1）阀不工作
原因有：马达线圈断线，脱焊；还有进油或进出油口接反。再有可能是前置级堵塞，使得阀芯正好卡在中间死区位置，阀芯卡在中间位置当然这种几率较少。马达线圈串联或并联两线圈接反了，两线圈形成的磁作用力正好抵消。
（2）阀有一固定输出，但已失控
原因：前置级喷嘴堵死，阀芯被赃物卡着及阀体变形引起阀芯卡死等，或内部保护滤器被赃物堵死。要更换滤芯，返厂清洗、修复。
（3）阀反应迟钝、响应变慢等
原因：有系统供油压力降低，保护滤器局部堵塞，某些阀调零机构松动，及马达另部件松动，或动圈阀的动圈跟控制阀芯间松动。系统中执行动力元件内漏过大，又是一个原因。此外油液太脏，阀分辨率变差，滞环增宽也是原因之一。
（4）系统出现频率较高的振动及噪声
原因：油液中混入空气量过大，油液过脏；系统增益调的过高，来自放大器方面的电源噪音，伺服阀线圈与阀外壳及地线绝缘不好，是通非通，颤振信号过大或与系统频率关系引起的谐振现象，再则相对低的系统而选了过高频率的伺服阀。
（5）阀输出忽正忽负，不能连续控制，成“开关”控制。
原因：伺服阀内反馈机构失效，或系统反馈断开，不然是出现某种正反馈现象。
（6）漏油
原因：安装座表面加工质量不好、密封不住。阀口密封圈质量问题，阀上堵头等处密封圈损坏。马达盖与阀体之间漏油的话，可能是弹簧管破裂、内部油管破裂等。
伺服阀故障排除，有的可自己排除，但许多故障要将阀送到生产厂，放到实验台上返修调试，再强调一遍：不要自己拆阀，那是很容易损坏伺服阀零部件的。
CINRAD/SA天气雷达投入业务运行以来,在雷达天伺系统出现了较多的特殊故障.从连云港等多个CINRAD/SA雷达中,选取该型号雷达由天伺系统造成PUP图像产品异常的特殊故障,通过使用RDASOT测试程序、测量电机测速反馈电压、分析雷达基数据等方法,分析其故障的成因.
作 者：周红根 周向军 祁欣 王尧钧 汤建国 曹德煜 Zhou Honggen Zhou Xiangjun Qi Xin Wang Yaojun Tang Jianguo Cao Deyu 作者单位：周红根,周向军,王尧钧,Zhou Honggen,Zhou Xiangjun,Wang Yaojun(江苏省气象局,南京,210008)
祁欣,曹德煜,Qi Xin,Cao Deyu(江苏省连云港市气象局)
汤建国,Tang Jianguo(江苏省南通市气象局)
当前国内外汽车工业车身点焊主要采用工频焊机+气动焊钳方式焊接, 但随着汽车性能的不断提高, 尤其是高强钢板、镀锌钢板、热成形钢板的广泛引用, 传统的工频焊机+气动焊钳的电阻点焊工艺无法满足焊接质量要求。焊接电流、通电时间以及电极压力是控制焊接质量三个主要的规范参数, 采用中频直流逆变焊接控制器精确控制焊接电流和焊接时间, 使用伺服电动机驱动电极从而能够精确地控制电极压力, 中频加伺服的有效配合可以很好地解决焊接质量问题, 已经得到越来越广泛的重视。
中频直流伺服焊接技术原理
1.电阻焊
电阻焊又称接触焊, 属压力焊范畴, 是以电阻热为能源的一类焊接方法。电阻焊是使工件处在一定电极压力作用下, 利用电流通过工件时所产生的电阻热将两工件之间的接触表面熔化, 从而实现连接的焊接方法。电阻焊一般包括点焊、缝焊、凸焊和对焊等。电阻焊原理如图1所示, 图中a、b、c代表不同焊接电流温度曲线, 其中c曲线焊接电流可满足焊接质量要求。焊接质量的精确稳定控制可以通过对焊接电流、接触压力、焊接时间的精确控制来实现。
1、3.电极2.被焊接材料4.焊点
2.工频交流与中频直流电阻焊控制电源
采用反向并联的两晶闸管与焊接变压器的初级绕组串联后接入电网, 利用触发控制装置, 使两晶闸管分别在交流电的正负半周期接通电源。改变晶闸管的导通角, 便可实现对焊接变压器次级输出电流的调节。工频交流电源由于设计原理相对简单、元件生产技术成熟、制造成本较低等在电阻焊电源中占有最多。
中频逆变直流电阻焊控制电源是由三相交流电经整流电路成为脉动直流电, 再经由功率开关器件组成的逆变电路变成中频方波接入变压器, 降压后整流成脉动较小的直流电供给电极对工件进行焊接。逆变器通常采用电流反馈脉宽调制 (PWM) 获得稳定的恒电流输出。工频交流与中频直流电阻焊焊接波形图及原理图对比如图2所示 (Uprim指变压器的初次输入电压, Isec指变压器的二次输出电流) 。
3.气动与伺服焊钳
焊钳是传导电流、保持板件间压力并实现焊接的工具, 按照电极压力驱动方式可分为气动焊钳和伺服焊钳。当前国内外汽车工业车身点焊主要应用气动焊钳, 经过多年发展与创新, 气动焊钳的技术已经比较成熟, 在气动控制技术、焊接质量控制与焊接效率等方面有了较大提高。但随着汽车工业的发展, 气动焊钳逐步暴露了一些缺点, 对柔性焊接件的冲击较大、控制定位精度不高、效率较低、电极磨损较大, 与机器人的集成度较低、维护成本比较高, 已经不太适应现代汽车工业的发展要求。相比较气动焊枪而言, 伺服焊枪的最大结构变化是以伺服装置代替气动装置, 按照预先编制的程序, 由伺服控制器发出指令, 控制伺服电动机按照既定的速度位移进给, 脉冲指令经过编码器, 最后形成电极的位移与速度控制, 脉冲的数量与频率决定了电极的位移与速度, 转矩决定了电极压力, 其结构原理如图3所示。伺服电动机的特性决定了焊枪电极定位的高精度与高效率, 可以快速实现预压以及对电极压力的精确控制。
1.机器人接口2.编码器3.伺服电动机4.齿带轮箱5.球形螺杆6.上电极7.工件8.下电极
中频直流伺服焊接技术优势
1.中频直流电阻焊技术优势
中频直流电阻焊原理就是把三相的电源转换成中频的单相电源, 电压从380V提高到500V, 频率从50Hz提高到1000Hz, 再通过变压器转换和整流, 变成需要的直流电流, 具有三相电网供电平衡、变压器体积小、电流连续、控制精度高等诸多优点。
(1) 电流效率高, 工艺优势明显
交流有过零转换, 其间会损失一定的能量。而直流电源持续加热, 能快速得到所需要的热量, 电流效率提高20%左右。
(2) 焊接一致性高
试验数据表明, 交流的波动范围达到35%左右, 而直流的波动在3%左右。直流焊接的一致性提高了10倍。
(3) 三相供电平衡, 对网络的冲击小
中频直流焊机为三相输入, 焊接过程中三相负载平衡, 可以减少对供电系统的功率要求, 不对任何单独一相造成尖峰过载, 满足优惠电力费率要求。而交流焊机为单相输入, 在实际接线过程中虽然按照各相基本均衡的方式接入, 但是由于焊接车间焊机较多, 一方面很难做到完全均衡, 另一方面在实际生产时焊机电流接通随意性大, 无法做到平衡, 甚至出现某一相焊机全部工作或全部不工作的状态, 严重影响变压器及相关焊接设备的寿命。
(4) 功率因数高
中频直流焊接的功率因数大于95%, 无电感分量, 一般的传统交流电阻焊机功率因素仅60%, 因此产品焊接的能源电流成本显著减小。
(5) 综合对比
工频交流焊接与中频逆变直流焊接的综合对比如附表所示。
2.伺服焊钳技术优势
电阻点焊一般分为预压、焊接、保持、休止四个阶段, 但在实际的焊接过程中, 预压之前焊枪由预定位置到达工件阶段 (前压阶段) , 对电极定位精度与生产效率有较大的影响。电阻焊焊接过程技术顺序如图4所示。
为了突出研究伺服焊枪的特性, 在此将点焊过程分为前压、预压、焊接、保持、休止五个阶段。对伺服焊枪的刚度、摩擦等特性进行了研究, 分析了前压、预压阶段伺服焊枪的技术特性。伺服焊枪相比较气动焊枪而言, 具有良好的刚度特性与电极力控制特性。下面着重对两者在渐进、预压、焊接这三个阶段围绕节拍提升、压力控制精度提升的优势进行分析论述。
(1) 前压阶段
伺服焊钳在前压阶段通过伺服控制器实现电极速度、位移的可编程控制, 可大幅度提升节拍。主要表现在两方面, 路径优化和转矩优化。 (1) 路径优化:伺服焊枪的可编程化控制, 能灵活根据工件焊点的具体位置与障碍物分布情况, 合理选择焊钳电极打开距离, 进行运动路径的优化控制, 确定每个焊点的行程, 而气动焊枪行程的确定, 则是由同一系列焊点中行程最大者来决定, 且行程一旦确定, 在此系列焊接中不再可调。另外, 在焊接过程中, 伺服焊钳还可以通过路径测试, 自动选择最短路程, 不会产生焊钳接触时线性运动的拖拽现象。图5反映气动、伺服焊钳运动路径对比, 图6反映伺服焊钳点点间的路径优化动作。 (2) 转矩优化:伺服焊钳通过重复枪轴动作, 可以自动决定加速使用最大的马达转力矩, 通过转矩优化, 借助马达的最佳性能把加速时间缩减至最短。图7表示枪轴动作优化前后的转矩及循环时间变化曲线, 可以看出, 优化后循环时间明显缩短, 预计可缩短15%。
(2) 预压阶段
图8表示气动、伺服焊钳焊接过程压力随时间变化曲线, 可以看出气动焊钳在接近工件时, 由于依然保持较大的速度, 对工件冲击力较大, 加剧工件变形, 影响电极的使用寿命、定位精度及焊接质量, 在接触板件后需要经过一段时间的压力波动, 压力稳定后才能进行通电焊接, 预压时间较长, 一般需30周波 (0.6s) 。而伺服焊枪由于具有良好的加减速控制, 在接近工件时以较低的爬行速度运动, 冲击力很小, 实现对工件的“软接触”, 板件所受压力稳定, 不会过压, 且达到指定压力的时间短, 一般只用10个周波 (0.2s) 。ABB公司研究表明, 点焊普通钢板时, 仅从冲击力的角度考虑, 使用伺服焊枪可使电极寿命提高约30%。
(3) 焊接阶段
达到既定的预压力后, 焊接控制器控制焊接电流接通, 进行焊接。在焊接过程中由于熔核的受热膨胀, 产生热膨胀力, 影响焊接过程压力稳定性。伺服焊枪通过伺服电动机的力矩环实现对电极力的精确控制, 在焊接初期熔核受热膨胀, 电极受力增大, 这时力矩环电流减小, 使电极力保持稳定;在保持阶段, 熔化的金属开始冷却结晶, 体积减小, 电极受力随之减小, 此时力矩环电流增大, 使上电极下移, 以保持金属在既定压力下结晶。
结语
关键词：数控机床;伺服系统;故障
前言
随着我国科技的不断发展，数控机床应用越来越广泛，本文就数控机床及其伺服系统方面内容进行了探讨。
1.数控机床概述
所谓数控机床，即数字控制机床（Computer numerical con-trol machine tools），是一种安装了自动化控制系统的机床。与普通机床相比较，数控机床带有数控系统（程序控制系统），它可以按照事先编制的程序实现自动化加工过程，而普通机床却没有该特性。数控的机床的全面使用，可以降低工人的劳动强度，减少工装和用工成本，能够缩短新产品试制周期和生产周期，有利于企业对市场需求做出快速反应。除此之外，随着科技的进步，信息化技术不断完善，FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）技术得到越来越广泛的应用。机床数控化是运用上述技术实现企业信息化改造的基础，数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
2.数控机床对进给伺服系统的要求
数控机床的数控系统所发出的数字控制指令，是经过进给伺服系统驱动机械执行部分，最终实现精确的进给运动。进给伺服系统的性能决定了数控机床的许多性能，例如：最高移动速度，轮廓跟踪精度、定位精度等，数控机床对进给伺服系统有以下要求：
2.1定位精度高、轮廓跟踪精度高
进给伺服系统要具有较好的静态特性和较高的伺服刚度，从而达到较高的定位精度，以保证数控机床具有较小的定位误差与重复定位误差。同时，伺服系统还要具有较好的动态性能，以保证数控机床具有较高的轮廓跟踪精度。
2.2迅速响应，无超调
为了提高生产效率和保证加工质量，在系统启动、系统制动时，要求加、减加速度足够大，以缩短伺服系统的过渡过程时间， 减少轮廓过渡误差。但是，一般电动机从零变到最高转速，或者从最高转速降至零的时间应该小于Zoom。。这就要求伺服系统要能够快速响应，但是又不能超调，否则将形成过切影响加工质量。同时，当负载突变时，要求速度的恢复时间尽量短，并且不能有振荡，这样才能得到光滑的表面。
2.3调速范围要宽
数控机床在加工过程中， 由于所需要的刀具、被加工材料、主轴转速以及进给速度等加工工艺要求各有不同，为了保证在任何情况下都能得到最佳的切削条件。
3.数控机床伺服系统故障类型
数控机床伺服系统故障类型既可按故障部位分类又可以按故障形式分类，具按故障部位可分为传动装置故障、驱动系统故障和检测部件故障。传动装置故障主要表现为电机等装置的动力不能传递到执行元件，故障大多发生在联轴器、丝杠、轴承、机床导轨等部件。当这些部件发生如间隙过大，振动、磨损等故障时，就会出现机床精度降低、爬行、过载等问题。驱动系统故障是指伺服电机等驱动装置出现的故障，主要包括驱动控制单元故障、伺服电机故障等。检测部件故障主要是指编码器、光栅尺等检测部件出现故障，主要表现为反馈数据误差过大或无反馈。
伺服系统常见故障按表现形式可分为： 伺服轴窜动、伺服轴爬行、伺服轴振动、过载、超行程、返回参考点故障、伺服电机不转等。伺服轴窜动是指在切削加工过程中，进给速度本应保持均匀，却突然出现加速的现象。当机床的伺服进给电机和丝杠匀速旋转时，工作台却忽快忽慢甚至是忽跳忽停地运动，这种故障称为“爬行”。机床爬行故障通常都发生在低速进给或启动加速时期。振动一般都发生在机床高速运行时，一般都是由于进给系统参数设置不当，传动机构出现故障引起的。超程故障一般分为软件超程故障和硬件超程故障。硬限位有干扰，加工程序不妥都会造成超程故障。负载过大，参数设定错误及进给传动链润滑不良等情况都会引起过载报警。伺服电机不转一般都是由于电机没有接到运动信号 （如数控系统没有使能信号） ，机床处于锁紧状态或者电机自身故障造成的。
4.完善数控机床及伺服系统的措施
4.1加工精度
精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。
4.2提高可靠性
数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，如果发生故障其损失就更大，所以提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，它的规定条件是指其环境条件、工作条件及工作方式等，例如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等.平均故障（失效）间隔时间（MTBF）是指发生故障经修理或更换零件还能继续工作的可修复设备或系统，从一次故障到下一次故障的平均时间，数控机床常用它作为可靠性的定量指标。
4.3宽范围调速
在数控机床的加工中，伺服系统为了同时满足高速快移和单步点动，要求进给驱动具有足够宽的调速范围。单步点动作为一种辅助工作方式常常在工作台的调整中使用。伺服系统在低速情况下实现平稳进给，则要求速度必须大于“死区”范围。所谓“死区”指的是由于静摩擦力的存在使系统在很小的输入下，电机克服不了这摩擦力而不能转动。此外，还由于存在机械间隙，电机虽然转动，但拖板并不移动，这些现象也可用“死区”来表达。加强对其宽范围的调节是非常必要的。
5.结束语
加强对数控机床及其伺服系统的研究，可以延长数控机床的使用年限，更好的保障其正常运行，是非常具有现实意义的研究。
参考文献：
[1]王涛.数控机床的伺服系统性能探究[J].机械，2013（3）：166-168.
[2]盛文仲.浅谈数控机床的伺服系统性能[J].数字技术与应用，2012（3）：16-18.
在数控机床设备的日常故障中，其伺服单元的检测器件是故障易发点。本文结合维修实践指出了检测器件的常见故障与维修方法及日常维护注意事项。
对于数控系统来说，伺服单元是最易出故障的地方。由于各轴的运动是靠伺服单元控制伺服电机带动滚珠丝杠来实现的。检测器件是数控机床伺服系统的重要组成部分，它起着检测各控制轴的位移和速度的作用，它把检测到的信号反馈回去，构成闭环系统。正常测量方式可分为间接测量和直接测量。间接测量就是对机床的直线位移采用回转型检测器件测量，间接测量常用的检测器件一般包括：脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅和圆磁栅。直接测量就是对机床的直线位移采用直线型检测器件测量，其常用的检测器件一般包括：直线感应同步器、磁尺激光干涉仪、计量光栅。在实际使用中由于磨损、污染经常出现检测元件故障，造成伺服系统无法驱动机床正常运行。1 检测器件的常见故障及维修
当机床出现如下故障现象时，首先要考虑到是否是由检测器件的故障引起的，并正确分析查找故障部位。
1.1 机械振荡（加／减速时）引发此类故障的常见原因有：
（1）脉冲编码器出现故障，此时应重点检查速度检测单元上的反馈线端子上的电压是否在某几点电压下降，如有下降表明脉冲编码器不良，更换编码器。
（2）脉冲编码器十字联轴节可能损坏，导致轴转速与检测到的速度不同步，更换联轴节。
（3）测速发电机出现故障，修复，更换测速机。维修实践中，测速机电刷磨损、卡阻故障较多。应拆开测速机，小心将电刷拆下，在细砂纸上打磨几下，同时清扫换向器的污垢，再重新装好。
1.2 机械运动异常快速（飞车）
检修此类故障，应在检查位置控制单元和速度控制单元工作情况的同时，还应重点检查：（1）脉冲编码器接线是否错误，检查编码器接线是否为正反馈，A相和B相是否接反。（2）脉冲编码器联轴节是否损坏，如损坏更换联轴节。（3）检查测速发电机端子是否接反和励磁信号线是否接错。1.3 主轴不能定向移动或定向移动不到位
检修此类故障，应在检查定向控制电路的设置调整，检查定向板，主轴控制印刷电路板调整的同时，应检查位置检测器（编码器）是否不良，此时一般要测编码器的输出波形，通过判断输出波形是否正常来判断编码器的好坏。（维修人员应注意在设备正常时测录编码器的正常输出波形，以便故障时查对。）1.4 坐标轴进给时振动
检修时应在检查电动机线圈是否短路，机械进给丝杠同电机的连接是否良好，检查整个伺服系统是否稳定的情况下，检查脉冲编码是否良好、联轴节联接是否平稳可靠、测速机是否可靠。1.5 出现NC错误报警
NC报警中因程序错误，操作错误引起的报警。如FAUNUC 6ME系统的NC报警090.091。出现NC报警，有可能是主电路故障和进给速度太低引起。同时，还有可能是：（1）脉冲编码器不良。
（2）脉冲编码器电源电压太低，（此时调整电源电压的15V，使主电路板的＋5V端子上的电压值在4.95—5.10V内）。（3）没有输入脉冲编码器的一转信号而不能正常执行参考点返回。1.6 出现伺服系统报警
伺服系统故障时常出现如下的报警号：如FAUNUC 6ME系统的伺服报警：416、426、436、446、456。SIEMENS 880系统的伺服报警：1364 SIEMENS 8系统的伺服报警：114、104等。此时要注意检查：
（1）轴脉冲编码器反馈信号断线，短路和信号丢失，用示波器测A相、B相一转信号，看其是否正常。
（2）编码器内部故障，造成信号无法正确接收，检查其受到污染、太脏、变形等。2 检测器件常见故障维修实例分析 我院现有数控设备30余台，从使用过程中出现的故障来看，检测器件出现的故障占了很大比例：下面就几具典型故障作一个分析。
故障一：脉冲编码器感应光电盘损伤导致加工件加工尺寸误差较大。
故障现象：CNC 862数控20车床X向切削零件时尺寸出现较大误差，达到0.32mm／250mm，CRT无报警显示。
故障分析：本机床的X、Z轴为伺服单元控制直流伺服电机驱动，用光电脉冲编码器作为位置检测，据分析造成加工尺寸误差的原因一般为：（1）X向滚珠丝杠与丝母副存在比较大的间隙或电机与丝杠相连接的轴承受损，导致实行行程与检测到的尺寸出现误差；（2）测量电路不良。
故障解决:根据上述分析，经检查发现丝杠与丝母间隙正常，轴承也无不良现象，测量电路的电缆连线和接头良好，最后我们用示波器检查编码器的检测信号，波形不正常。拆下编码器，发现光电盘不透光部分不知什么原因出现三个透明点致使检测信号出现误差，更换编码器，问题解决。因为CNC 862系统的自诊断功能不是特别强，因此出现这样的故障时，机床不停机，也无NC报警显示： 故障二:脉冲编码器A相信号错误导致轴运动产生振动。
故障现象:FAUNUC 6ME系统双面加工中心X向在运动的过程中产生振动，并且在CRT上出现NC416报警。
故障分析:根据故障现象，我们分析引起故障的原因可能有以下几种。（1）速度控制单元出现故障；（2）位置检测电路不良；（3）脉冲编码器反馈电缆的连线和连接不良;（4）脉冲编码器不良；（5）伺服电机及测速机故障；（6）机床数据是否正确。故障解决:针对上述分析出的原因，对速度控制单元、主电路板、脉冲编码器反馈电缆的连接和连线进行检查，发现一切正常，机床数据正常，然后将电动机与机械部分脱开，用手转动电动机，观察713号诊断状态，713诊断内容为：713.3为X轴脉冲编码器反馈信号，如果断线，此位为1。713.2为X轴编码器反馈一转信号。713.1为X轴脉冲编码器B相反馈信号。713.0为X轴脉冲编码器A相反馈信号。713.2、713.1、713.0正常时电动机转动应为“0”、“1”不断变化，在转动电动机时，发现713.0信号只为“0”不变“1”，我们又用示波器检测脉冲编码器的A相、B相和一转信号，发现A相信号不正常，因此通过上述检查可判定调轴脉冲编码器不良，经更换新编码器，故障解决。故障三:脉冲编码器受油污染，导致轴定位故障。
故障现象:一台SIEMENS 880卧式加工中心工作台在旋转定位过程中出现故障，运行中断，CRT出现报警号:1364报警内容为1364 ORD 4B2 measuing System Dirty即测量系统受污染。
故障解决:根据故障报警内容，我们先拆下检测线路板和反馈电缆接头，用酒精清洗其灰尘和油污，起动工作台，故障没消除，随后又拆下检测工作台位置的脉冲编码器，发现里面充满了大量机械油，原来有一通入编码器的压缩空气气路，压缩空气能把进入编码器的灰尘吹出，起到清洁编码器的作用，这些机械油是由气路通气时，因压缩空气不洁净，由压缩空气带进来的，我们用汽油把这些油污洗干净，并提高压缩空气质量，重新安装好编码器后，起动工作台，故障消除。
故障四:闭环电路检测信号线折断，导致控制轴运行故障。
故障现象:SIEMENS 8系统卧式加工中心有一次正在工作过程中，机床突然停止运行，CRT出现NC报警104，关断电源重新起动，报警消除，机床恢复正常，然而工作不久，又出现上述故障，如此反复。
故障分析：查询NC 1O4报警，内容为：X轴测量闭环电缆折断短路，信号丢失，不正确的门槛信号不正确的频率信号，本机床的X、Y、Z三轴采用光栅尺对机床位移进行位置检测，进行反馈控制形成一个闭环系统。
故障解决：根据故障现象和报警，我们先检查读数头和光栅尺，光栅尺密封良好，里面洁净，读数头和光栅尺没有受到油污和灰尘污染，并且读数头和光栅尺正常，随后又检查差动放大器和测量线路板，经检查未发现不良现象，经过这些工作后，我们把重点放在反馈电缆上，测量反馈端子，发现13号线电压不稳，停电后测量13号线，发现有较大电阻，经仔细检查，发现此线在X向随导轨运动的一段有一处将要折断，似接非接，造成反馈值不稳，偏离其实际值，导致电机失步，经对断线重新接线，起动机床，故障消除。检测器件日常维护保养
检测器件是一种极其精密和容易受损的器件，日常一定要及时对其进行正确的使用和维护保养，进行维护时应注意以下几个方面问题。（1）额定电源电压一定要为额定值，工作环境温度不能超标，以便于系统各集成电路、电子元件的正常工作。
（2）避免受到强烈振动和摩擦以防损伤代码板，同时避免受到灰尘油污的污染，以免影响正常信号的输出。
（3）避免外部电源、噪声干扰，要保证屏蔽良好，以免影响反馈信号。（4）要保证反馈连接线的阻容正常，以保证正常信号的传输。
（5）各元件安装方式要正确，如编码器联接轴要同心对正，防止轴超出允许的载重量，以保证其性能的正常。4 结束语
