1 伺服運動系統(tǒng)的組成     所改造的是一臺三坐標銑床 ,采用具有90年代先進水平的美國AVTOCON DELTA 20數(shù)控系統(tǒng),該數(shù)控系統(tǒng)最多可控制5個坐標 ,給出了一個坐標的伺服運動控制單元結(jié)構(gòu)框圖,其中旋轉(zhuǎn)編碼器、測速電機及伺服電機三者同軸安裝。這是一個具有內(nèi)層電流反饋環(huán)、中間電壓反饋環(huán)、外層位置反饋環(huán)的典型半閉環(huán)數(shù)控伺服單元。

    2 伺服運動失控故障現(xiàn)象     該數(shù)控伺服控制系統(tǒng)，在按設(shè)計圖紙連線及設(shè)定好數(shù)控伺服運動有關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上進行聯(lián)機調(diào)試時,出現(xiàn)了伺服運動失控的現(xiàn)象,表現(xiàn)為;一接通伺服驅(qū)動系統(tǒng)的電源后,不管CNC伺服控制系統(tǒng)處在何種初始狀態(tài) ,伺服電機均帶動工作臺以間歇振蕩方式向一方向快速移動,同時數(shù)控系統(tǒng)的控制屏幕上出現(xiàn)“伺服控制出錯”提示。     3 故障檢查     為找到、造成上述失控現(xiàn)象的原因,對該數(shù)控銑床從軟、硬件兩方面進行了分析及參數(shù)調(diào)試。

    3.1軟參數(shù)調(diào)整     從 “軟”件方面來看,可能會由于數(shù)控系統(tǒng)的一些參數(shù)設(shè)置不當而造成“伺服控制出錯”或伺服系統(tǒng)振蕩等問題的出現(xiàn)。該數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部對應(yīng)于每一坐標均有與伺服運動有關(guān)的參數(shù)單元,可在現(xiàn)場進行參數(shù)修改逐一調(diào)試均未緩解問題的現(xiàn)象,因此認為問題可能出在組成伺服環(huán)的硬件環(huán)節(jié)上。     3.2 檢查位五閉環(huán)電路     為分離故障源,編碼器與系統(tǒng)伺服單元,點的連線,即取消位置反饋控制環(huán)。按照數(shù)控原理分析,此時若有一設(shè)定 的距離值轉(zhuǎn)換為脈沖經(jīng)位置控制器控制后,再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換以電壓形式輸出,則伺服驅(qū)動器將這個信號放大后 ,就會驅(qū)動伺服電機以某一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動,由于沒有位置反饋環(huán),初始設(shè)定的脈沖值不會減少,因此該轉(zhuǎn)動將不會停止。接通電源后,情況確實如上所述,通過手動按鈕設(shè)定正向距離或負向距離值后,伺服電機均能正向轉(zhuǎn)動或反向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動速度 隨距離設(shè)定值的增大而加快,屏幕上顯示設(shè)定的距離值不變,同時顯示已移動的距離,由此說明數(shù)控系統(tǒng)工作正常。      連接數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動器并組成位置,反饋控制環(huán)的一個關(guān)鍵器件是裝在測速電機軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器,將旋轉(zhuǎn)編碼器卸下后,測試結(jié)果表明,該旋轉(zhuǎn)編碼器工作正常,恢復(fù)位置控制環(huán)電路.但旋轉(zhuǎn)編碼器并不安裝在測速電機的軸上,開機后未出現(xiàn)伺服運動失控的現(xiàn)象。設(shè)定距離值后,伺服電機開始轉(zhuǎn)動,這時用手按照伺服電機的旋向和速度轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)編碼器軸模擬旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在測速電機軸上的情況 ,工作臺可在移動給定距離值后停止運動。

     由此斷定;CNC 數(shù)控系統(tǒng)的伺服運動參數(shù)、PWM月收伺服驅(qū)動器的電參數(shù)及旋轉(zhuǎn)編碼器的參數(shù)正常。整個半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)處于一種平衡、穩(wěn)定的狀態(tài)。而將旋轉(zhuǎn)編碼器裝上測速電機后出現(xiàn)的伺服運動失控現(xiàn)象,表明問題就是出在旋轉(zhuǎn)編碼器與系統(tǒng)的連接上,二者連接后,一定有某一因素在起作用,導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)失穩(wěn)。旋轉(zhuǎn)編碼器以兩種形式 與數(shù)控系統(tǒng)連接,一種是用機械連接的方式將其固定在測速電機的外殼及軸上，另一種就是電脈沖信號的連接。從機械連接方面看,旋轉(zhuǎn)編碼器與測速電機同軸安裝,二者轉(zhuǎn)動方向與速度相 同,上述的模擬試驗表明它們之間是 協(xié)調(diào)的,同步運行不會導(dǎo)致伺服運動失控?從電氣方面來看,上述的模擬試驗也表明,旋轉(zhuǎn)編碼器接人數(shù)控系統(tǒng)后不會造成伺服運動失控,但用一根導(dǎo)線將旋轉(zhuǎn)編碼器外殼與測速電機的外殼連接后,伺服運動失控的現(xiàn)象立刻出現(xiàn),斷開連線后,系統(tǒng)又恢復(fù)正常。這表明;導(dǎo)致伺服運動失控的因素來自測速電機。一定有一個來自測速電機的干擾信號經(jīng)旋轉(zhuǎn)編碼器饋人數(shù)控系統(tǒng)位置控制器的脈沖輸人比較端,導(dǎo)致伺服運動失控。       測速電機和伺服電機從外表上看，兩者連接為一體,但兩者之間實際上是絕緣的,接通伺服驅(qū)動器后 ,測速電機外殼與伺服電機外殼(地線)間有一約5mV 的高頻干擾信號。

      4 故障排除及原因分析       將測速電機的外殼妥善接地后,這個高頻干擾信號被旁路,安裝好旋轉(zhuǎn)編碼器后 ,數(shù)控系統(tǒng)即能正常工作 ,伺服運動不出錯。從接通伺服驅(qū)動器后才有干擾信號這個現(xiàn)象可斷定 ;干擾源來自伺服驅(qū)動器,該伺服驅(qū)動器采PWM控制方式,其調(diào)制頻率為20KHz控制器本身還產(chǎn)生高次諧波 。這個高頻調(diào)制信號及產(chǎn)生的高次諧波信號加在伺服電機線圈上后通過空間藕合到與其集成為一體的測速電機外 殼上 形成一高頻干擾源從示波器上觀察,這個高頻干擾信號的正向及負向均有一條邊界模糊的干擾信號帶這個干擾信號從測速電機外殼傳到旋轉(zhuǎn)編碼器外殼,又通過旋轉(zhuǎn)編碼器外殼饋人旋轉(zhuǎn)編碼器的信號線,進人數(shù)控伺服單元的位置控制器。      以初始設(shè)定距離值零為例,干擾信號進人伺服單元的位置控制器脈沖輸人比較端后,向伺服驅(qū)動器發(fā)出進給指令 ,本系統(tǒng)中干擾信號,實際產(chǎn)生的是正向進給指令得到進給指令的伺服電機帶動旋轉(zhuǎn)編碼器正向旋轉(zhuǎn),這時旋轉(zhuǎn)編 碼器的脈沖信號也正常進人位置控制器,這些正向脈沖與距離設(shè)定值(脈沖個數(shù))零比較,就使位置比較環(huán)輸出一個反向指令,以逼近設(shè)定值。但隨之而來的干擾信號又向伺服驅(qū)動器發(fā)出正向進給指令,導(dǎo)致故障發(fā)生,造成伺服運動失控,使數(shù)控系統(tǒng)的位置 比較環(huán)輸出發(fā)生振蕩,伺服電機帶動工作臺以間歇振蕩方式向正方向快速移動,同時數(shù)控系統(tǒng)的控制屏幕上出現(xiàn)“伺服控制出錯”提示。       結(jié) 論       數(shù)控系統(tǒng)在接地設(shè)計時,既要考慮到一個導(dǎo)體應(yīng)采取一點接地方式,又要細致地考慮系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)接地的每一部件,不遺漏接地點。從上述伺服運動失控問題來看,筆者認為宜從閉環(huán)伺服控制的原理著手,分別從伺服控制的“軟”參數(shù)和控制環(huán)節(jié)的硬件電參數(shù)兩方面去查找原因 ,并將閉環(huán)先改為開環(huán)控制進行調(diào)試,確定故障的是開環(huán)時就存在的,還是引人閉環(huán)后才產(chǎn)生的,以找到問題的根源。