靈活利用應用技巧
，成功締造伺服係統。著眼於整個係統才能擁有合理的開局。
　　成套購買
　　Danaher Motion公司伺服技術總工程師George Ellis先生建議成套購買伺服係統，包括運動控製器
、驅動和伺服電機等

，因為這樣能夠避免如連線、配置、通信等方麵的
問題。單獨購買各部件的所帶來的一個問題就是連接順序的複雜化
，電機、驅動終端和反饋設備（包括編碼器、分解器、霍耳傳感器等）可以有多種不同的連接次序。George Ellisxianshenghaizhichusuibiangenghuandianxianhenkenenghuizaochengdianjitingzhuanhuoshikong。tongyangdi

，qudonghuokongzhiqiliyouxuduopeizhicanshu，zhiyaoqizhongyigechucuojiuhuidaozhizhenggexitongyunxingbuliang，er（用戶）還找不到明顯的原因。而采用同一供應商的電機和驅動還有一個好處就是能更好的安裝、調試軟件，並確保其兼容性。
　　Control Engineering 產品研究調查報告對係統分析調查中發現，在某些個案中也可以單獨購買伺服係統各部件。最新一次調查（2006年3月）表明71%的用戶購買配套伺服驅動和電機，而另有12%的用戶分別購買這些部件。Ellis先生補充說到成套購買伺服係統各部件能夠確保係統運行更好、效率更高。
　　整定的重要性
　　“整定就是指設置若幹增益係數（一般來說設置3到5個），使係統能夠排除多餘幹擾產生迅速而穩定的響應的一個過程。”Ellis先生如是說。然而，整定伺服係統常常令人暈頭轉向，倒不是說整定有多複雜，而是這一過程要涉及一些陌生的理論。Ellis先(xian)生(sheng)建(jian)議(yi)千(qian)萬(wan)不(bu)要(yao)盲(mang)目(mu)進(jin)行(xing)整(zheng)定(ding)，不(bu)要(yao)以(yi)為(wei)隨(sui)隨(sui)便(bian)便(bian)調(tiao)整(zheng)增(zeng)益(yi)就(jiu)能(neng)獲(huo)得(de)理(li)想(xiang)的(de)響(xiang)應(ying)。沒(mei)有(you)合(he)理(li)的(de)整(zheng)定(ding)方(fang)案(an)，增(zeng)益(yi)設(she)置(zhi)很(hen)可(ke)能(neng)會(hui)失(shi)控(kong)。他(ta)補(bu)充(chong)說(shuo)伺(si)服(fu)部(bu)件(jian)供(gong)應(ying)商(shang)會(hui)為(wei)用(yong)戶(hu)提(ti)供(gong)整(zheng)定(ding)程(cheng)序(xu)，幫(bang)助(zhu)用(yong)戶(hu)整(zheng)定(ding)係(xi)統(tong)，這(zhe)樣(yang)用(yong)戶(hu)無(wu)需(xu)掌(zhang)握(wo)高(gao)深(shen)的(de)控(kong)製(zhi)理(li)論(lun)。
　　Baldor Electric公司伺服產品經理John Mazurkiewicz先xian生sheng解jie釋shi說shuo現xian今jin伺si服fu控kong製zhi分fen為wei人ren工gong整zheng定ding與yu自zi動dong整zheng定ding。經jing驗yan老lao道dao的de工gong程cheng師shi通tong常chang會hui使shi用yong人ren工gong整zheng定ding，盡jin管guan這zhe可ke能neng要yao花hua更geng多duo的de時shi間jian。而er使shi用yong自zi動dong整zheng定ding時shi
，他ta建jian議yi先xian進jin行xing無wu負fu載zai試shi運yun行xing
，在zai用yong戶hu熟shu悉xi控kong製zhi操cao作zuo、負載情況與負載位置後，再加入負載進行整定。一般的控製係統能夠自動整定電流環和速率環
，而Baldor推出的控製係統與眾不同
，它可以進行位置環整定
，簡化安裝。整個自動整定過程隻需10分鍾就可大功告成。
　　前饋
　　僅僅依靠PID整定，伺服係統無法對大慣性負載進行精確加速和定位，在這樣的情況下B&R Industrial Automation 公司建議（用戶）可以考慮使用電流前饋的方法。這種方法也叫做慣性前饋法（IFF），通常還使用於以下一些情況：係統采用軟驅動鏈（比如帶有傳輸帶或是長軸），間隙過大、需要高度摩擦、懸掛的負載，或者是帶有凸輪彈簧裝置的負載等。
　　“電流前饋法不像PID控製環產生必要的轉矩，而是驅動每隔一段時間計算出適當的電流。”，B&R Industrial Automation公司運動控製專家Markus Sandhoefner先生說到，“為確保係統效率，電流前饋必須在驅動內部進行實時計算。電流進行前饋同時PID照舊進行整定
，隻不過不需要整定到最高的精度。”
　　所有的PID控製回路都會引入延遲誤差，而IFF卻恰恰相反。IFF能夠顯著地減少延遲誤差（見慣性前饋圖），有效地處理慣性較大的負載和其他複雜的負載。B&R公司將慣性前饋整定定為一個標準的麵向用戶的功能，並在Acopos係列伺服控製器中提供此功能。


圖2：B&R IndustrialAutomation的伺服控製器提供慣性前饋整定（IFF）
，
在高難度整定應用中能夠有效地降低延時誤差提高轉矩運作，
確保運動軸快速定位，定位時間比原來縮減一半。

　　成熟的整定工具
　　GE Fanuc Automation公司伺服產品經理Paul Webster先生指出現在有很多伺服整定技術。
而er通tong常chang機ji床chuang用yong戶hu隻zhi要yao將jiang默mo認ren參can數shu載zai入ru伺si服fu控kong製zhi係xi統tong，而er不bu按an照zhao具ju體ti情qing況kuang進jin行xing整zheng定ding。機ji器qi可ke能neng也ye運yun行xing良liang好hao，不bu用yong再zai做zuo任ren何he調tiao整zheng。他ta介jie紹shao說shuo默mo認ren伺si服fu設she置zhi適shi用yong於yu通tong用yong情qing況kuang
，能neng使shi係xi統tong保bao證zheng基ji本ben係xi統tong運yun作zuo。隻zhi要yao做zuo一yi些xie基ji礎chu的de伺si服fu整zheng定ding就jiu可ke以yi使shi機ji器qi運yun作zuo效xiao率lv倍bei增zeng。
　　除了默認設置，Fanuc 0i-C係列低端控製器還具有“一鍵設置”功能，能夠方便地進行高精度參數初始化設置，而高端的Fanuc CNC係列提供的基於PC軟件也具備這種功能。Webster先生繼續介紹說，提高伺服係統運行效率下一步就是根據波德圖整定速率增益和諧振濾波器。Servo Guide就是一款不錯的整定軟件。
　　通過係統增益幅度（dB）和相角（deg.）對控製環路頻響進行分析，波德圖可以評估出伺服係統的穩定性。Webster先生提醒用戶需要關注哪些重要指標，包括係統最大帶寬（增益不變時的頻率範圍）、增益幅度為10dB時的頻率值、頻率衰減低於-20dB時的增益裕度。當波德圖上無正頻率峰值，頻率衰減又低於-10dB，此時整定濾波器就能非常有效地消除諧振的影響。
　GE Fanuc推出了與CNC配套的高級整定函數，幫助用戶整定伺服係統，獲得最
佳運作效率。Webster先生告訴用戶公司為他們準備的整定導航器方便實用，能夠幫助用戶順利完成整定各個步驟。
　　Noteworthy是一個動態評估函數，能夠自動減少CNC應用中產生的象限突起（或運動損失）現(xian)象(xiang)。象(xiang)限(xian)突(tu)起(qi)現(xian)象(xiang)主(zhu)要(yao)由(you)係(xi)統(tong)內(nei)部(bu)的(de)空(kong)隙(xi)引(yin)起(qi)的(de)
，這(zhe)些(xie)空(kong)隙(xi)可(ke)能(neng)是(shi)機(ji)械(xie)部(bu)件(jian)之(zhi)間(jian)的(de)物(wu)理(li)空(kong)隙(xi)也(ye)可(ke)能(neng)是(shi)係(xi)統(tong)具(ju)有(you)彈(dan)性(xing)而(er)造(zao)成(cheng)，這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)也(ye)叫(jiao)wind-up。這兩個明顯的因素會引起運動損失，造成係統滯後，在圓形圖上產生象限突起效應。（見“運動損耗”圖）。
　　“我們利用“空隙加速”方法來消除象限突起現象，這種方法就是通過整定空隙數量並加入速率修正命令來消除造成運動損失的因素。”Webster先生如是說。動態整定是一個連續不斷的過程，係統不斷整定直到運動曲線達到精度為止。Webster先生又補充說一旦進入整定，整個係統整定過程就會自動進行。從某種意義上來說，CNC是基於係統初始誤差整定的。
　　其他伺服係統供應商也為用戶提供了不同的運動損失補償方式。

　　不可忽略負載慣性
　　負載慣性與電機的慣性之間的比例係數也是一個重要的考慮因素。實際運用中有很多係數值可用
，而Baldor Electric推薦了負載慣性與電機慣性之比不大於10：1這一經常被提到的係數。Mazurkiewicz先生解釋說
，可能某些工程師會建議采用更高的慣性係數，但不管如何關鍵是要降低“慣性失配”的概率同時又能降低整定的難度。
　　Bosch Rexroth也給用戶類似的忠告
，他們建議用戶檢查“驅動負載”的慣性大小。Bosch Rexroth高級應用工程師Brian Van Laar先xian生sheng解jie釋shi說shuo負fu載zai慣guan性xing比bi電dian機ji慣guan性xing大da許xu多duo的de話hua
，就jiu很hen難nan進jin行xing快kuai速su的de速su度du變bian化hua和he定ding位wei了le。在zai某mou些xie減jian速su運yun動dong中zhong
，負fu載zai會hui反fan過guo來lai帶dai動dong電dian機ji
，引yin起qi過guo衝chong現xian象xiang，致zhi使shi穩wen定ding時shi間jian增zeng長chang。為wei避bi免mian慣guan性xing失shi配pei，他ta們men公gong司si給gei出chu了le若ruo幹gan“適配標準”：快速定位<2:1，修正定位<5:1，高速率變換<10:1。
　　Mazurkiewicz先(xian)生(sheng)介(jie)紹(shao)說(shuo)避(bi)免(mian)慣(guan)性(xing)失(shi)配(pei)的(de)方(fang)法(fa)之(zhi)一(yi)就(jiu)是(shi)在(zai)允(yun)許(xu)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)提(ti)高(gao)齒(chi)輪(lun)比(bi)或(huo)滾(gun)珠(zhu)間(jian)距(ju)
，這(zhe)樣(yang)做(zuo)能(neng)夠(gou)減(jian)少(shao)負(fu)載(zai)慣(guan)性(xing)對(dui)電(dian)機(ji)的(de)影(ying)響(xiang)。選(xuan)擇(ze)電(dian)機(ji)的(de)同(tong)時(shi)也(ye)要(yao)考(kao)慮(lv)選(xuan)擇(ze)適(shi)當(dang)的(de)齒(chi)輪(lun)比(bi)和(he)滾(gun)珠(zhu)間(jian)距(ju)

，當(dang)然(ran)也(ye)不(bu)能(neng)忘(wang)記(ji)考(kao)慮(lv)電(dian)機(ji)的(de)大(da)小(xiao)。
　　而另一方麵，適當的整定方法可以得到很高的慣性係數。Baldor公司就提到他們做過的一個項目
，他們曾經為一台包裝機的伺服係統做過人工整定
，當時慣性係數高達144:1。他們一共花了6個小時才將係數整定到適合值。慣性失配值過高係統的響應就會減小。Control Engineering1997年9月刊曾刊登名為“Electric Servos Do More with Less”的文章，就幾個高慣性負載應用實例進行過探討。

　　安裝電機注意事項
　　Baldor公司Mazurkiewicz先生提到了電機安裝過程中常見的幾個問題：
　　由於供電電壓不足會導致電機運行速度不夠。所以選擇電機時，要確保10%的電壓餘量，以防低電壓的情況
；並檢測電機兩端電壓。
　　由於低估負載重量或是發生去磁現象（係統帶有磁鐵時）會hui導dao致zhi轉zhuan矩ju過guo短duan。用yong萬wan用yong表biao或huo示shi波bo器qi很hen容rong易yi能neng夠gou檢jian查zha出chu這zhe種zhong現xian象xiang。啟qi動dong電dian機ji，使shi其qi以yi一yi個ge測ce試shi速su度du運yun行xing

，測ce量liang兩liang端duan電dian壓ya，然ran後hou啟qi動dong另ling外wai一yi個ge電dian機ji以yi相xiang同tong的de速su度du運yun行xing，測ce試shi其qi兩liang端duan電dian壓ya。如ru果guo兩liang次ci測ce得de的de電dian壓ya值zhi不bu同tong，則ze被bei測ce電dian機ji發fa生sheng失shi磁ci現xian象xiang。解jie決jue方fang法fa就jiu是shi把ba電dian機ji送song到dao製zhi造zao商shang處chu重zhong新xin磁ci化hua，並bing檢jian查zha原yuan因yin加jia以yi改gai正zheng。


圖3：GE Fanuc CNC高級整定采用步進式評估方式以減少機器運動損失。
圖示為一個二軸係統運作圖，從圖中不難看出最初的運動損耗（象限突起）
現象在第8 次評估中已被消除。

　　發生電機過熱現象可能由於轉矩過長，換句話說就是電機尺寸過小
，還有就是可能出現了紋波電流（用示波器可以觀察到）。Mazurkiewiczxianshengjieshidaozhengdingbudanghuoshifankuishebeixiaozhengbudanghuiyinqiwenbodianliuxianxiang，tatongshitixingyonghubuyaoyongshoushitandianjidewendu。chicunheshidewushuasifudianjishiwenxiadegongzuowendukeda100℃～125℃！

　　關注電機反饋設備
　　檢查分解器工作是否正常時
，用歐姆表測量其阻值並檢查電機連接是否正確。檢查編碼器：采用5V電源供電，檢查信道A和信道B
，用示波器觀察在信號±A和±B之間是否有5V方波。不要讓反饋設備的電線纏在一起。
　　一些機電控製則對反饋設備采取交替檢查的方式。像是Baldor Seriers II驅動就具有“反饋出錯提示”功能，可以檢測是否遺失信號補償並報錯。


圖4：Danaher Notion 推出的Kollmorgen S200 伺服
驅動和AKM伺服電機（包括附件）是一套完整的伺服
係統方案。它
使用簡單

，能夠各種滿足特殊應用。

　　冷卻電機＝最佳運行
　　係統內部運行產生的熱量會對電機有副作用。然而，直接驅動電機（循環和線性）也會產生熱量對高精度機械產生影響，因為電機是物理集成在機械結構裏麵的。所以，直接驅動電機（DDM）優先考慮采用液體進行冷卻。DDM通常用於高速金屬切割機械中，比如激光切割機、木材作業機



、橋式堆積機等。
　Bosch Rexroth 自動化和機床品牌經理Karl Rapp先生建議用戶選擇冷卻器要特別考慮到電機安裝的數量、位置
、負載和溫度（最大、最小溫度和環境溫度）。冷卻劑的壓降也是一個重要的考慮因素。機電相對冷卻泵的高度

、冷卻劑試管的直徑以及冷卻係統回路的總長都會對冷卻劑壓降產生影響。


圖5：英國製造商 Unison TJP Electronics Ltd.彎管機采用Baldor 公司NextMove e100 軟
件能夠做到15 個運動軸同步運作，實現多步彎管操作同時進行。Baldor 無刷BSM係列伺
服電機控製每個彎頭，伺服驅動具備製動整定功能。

　　Rapp先(xian)生(sheng)說(shuo)係(xi)統(tong)如(ru)果(guo)有(you)多(duo)個(ge)電(dian)機(ji)，就(jiu)必(bi)須(xu)采(cai)用(yong)多(duo)回(hui)路(lu)冷(leng)卻(que)器(qi)對(dui)每(mei)個(ge)電(dian)機(ji)進(jin)行(xing)冷(leng)卻(que)。利(li)用(yong)傳(chuan)感(gan)器(qi)測(ce)出(chu)每(mei)個(ge)電(dian)機(ji)的(de)冷(leng)卻(que)劑(ji)輸(shu)出(chu)值(zhi)以(yi)確(que)保(bao)冷(leng)卻(que)劑(ji)的(de)最(zui)佳(jia)流(liu)速(su)。
　　冷卻劑最好采用水溶性的或脂溶性的

，但不能用自來水、工業用水。這些液體中的化合成分很可能會導致冷卻劑回路不暢，電機過熱造成停工停產。Rapp先生建議最好每月監測一次冷卻劑的pH值，避免化學腐蝕和泄漏。他還補充到可以利用現成的溫度、流量
、壓力、pH值傳感器控製監測冷卻係統
，既簡單方便又經濟實惠。

　　多軸分解
　　伺服係統的運動軸越多，則係統的生產能力

、精確性和靈活性就會下降。B&R Industrial Automation建議多軸係統使用分布式運動控製，既可以減輕係統負荷又能夠簡化伺服驅動與運動控製器間的通信。分布式運動控製可以運用到打印、包裝、機器整理
、流水線整合等方麵。
　　集中式控製方式使用一個標準的控製器，比如說係統采用一個8軸或16軸的控製器
，如果係統需要擴展至10或18軸，可以再添加第二個控製器。而分布式運動控製（DMC）則截然不同。B&R公司Sandhoefner先生解釋說實際上
，DMC使係統不再需要集中式運動控製器或CPU來(lai)進(jin)行(xing)計(ji)算(suan)，因(yin)為(wei)所(suo)有(you)高(gao)速(su)運(yun)動(dong)的(de)計(ji)算(suan)都(dou)能(neng)在(zai)驅(qu)動(dong)的(de)內(nei)部(bu)完(wan)成(cheng)。而(er)各(ge)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)器(qi)之(zhi)間(jian)也(ye)無(wu)需(xu)保(bao)持(chi)高(gao)度(du)同(tong)步(bu)。同(tong)時(shi)又(you)簡(jian)化(hua)接(jie)線(xian)。不(bu)過(guo)
，邏(luo)輯(ji)功(gong)能(neng)和(he)I/O係統仍然需要主集中式控製器支持。
　　他還補充說明
，采用DMC，主控位能夠連接到快速實時網絡（比如Ethernet Powerlink）中zhong，這zhe樣yang每mei個ge驅qu動dong都dou能neng夠gou同tong時shi計ji算suan自zi己ji的de相xiang對dui位wei置zhi。位wei置zhi控kong製zhi循xun環huan一yi旦dan重zhong新xin設she定ding，每mei個ge從cong屬shu位wei隻zhi也ye會hui進jin行xing實shi時shi變bian化hua

，當dang然ran也ye在zai驅qu動dong內nei部bu完wan成cheng動dong作zuo。所suo以yi，一yi台tai機ji器qi上shang安an裝zhuang了le多duo少shao個ge軸zhou都dou不bu會hui對dui運yun動dong控kong製zhi係xi統tong的de運yun作zuo產chan生sheng不bu良liang的de影ying響xiang。哪na怕pa是shi機ji器qi全quan速su運yun行xing時shi安an裝zhuang一yi個ge新xin的de模mo塊kuai進jin來lai，也ye不bu會hui有you太tai大da的de影ying響xiang。
　　最後請提醒用戶一點：運用伺服運動係統千萬不可忽略製造商的相關資料以及他們的網站信息，這可都是很有價值的信息。

正確使用接地技巧、屏蔽技術
，減少EMI
　　電磁幹擾（EMI）會產生刺耳的噪音並造成誤操作。Danaher Motion建議用戶采用以下方法避免EMI：使用適合的屏蔽電纜，為長引線加裝共模扼流線圈
，電源信號與反饋信號分離等。Danaher Motion為提出一個“噪音檢查表”
，它主要采用8個步驟來避免電池幹擾。“噪音檢查表”作為一個獨立的伺服元件供應給用戶（請在線點擊“更多詳情”）。
　　Bosch Rexroth也越來越注重高頻開關設備中的接地問題，比如伺服驅動中常用的IGBT。高級應用工程師Young Chon先生稱：“由於伺服係統運作需要動態響應
，所以采用高頻切換（設備）shifeichangyoulide，dantongshitayekenengchanshenggengduodedianzizaosheng。buguo
，jixieshiyongzhehezhongduanyonghukeyitongguosifugongyingshangtigongdejianyijinxinghelipingbijiedi
，bimianyunzuochucuo。”