摘要：本文介紹了艾默生CT新一代高性能EV6000變頻器在伺服電主軸上的調試及長期運行情況。通過多個客戶為期超過半年的使用，它標誌著EV6000變頻器產品延續了EV1000

，EV2000，產品極高的可靠性，簡單易用性
，同時還提供了前所未有的高性能，能夠進行原先伺服主軸驅動器的替代。

       EV6000 變頻器作為艾默生CT新一代高性能變頻器
，采用先進的控製策略實現了真正意義上的高精度磁通矢量轉矩控製，無論是有PG 運行還是無PG 運行，均達到業界領先的控製水準。同步電機驅動與異步電機驅動的一體化，轉矩控製、速度控製、位置控製的一體化，使得EV6000 成cheng為wei業ye界jie少shao有you的de具ju有you優you異yi控kong製zhi性xing能neng的de一yi體ti化hua驅qu動dong器qi

，滿man足zu客ke戶hu應ying用yong的de高gao性xing能neng化hua需xu求qiu。電dian主zhu軸zhou是shi數shu控kong機ji床chuang的de重zhong要yao部bu件jian，傳chuan統tong機ji床chuang主zhu軸zhou是shi通tong過guo傳chuan動dong裝zhuang置zhi帶dai動dong主zhu軸zhou旋xuan轉zhuan而er工gong作zuo的de。電dian主zhu軸zhou是shi電dian機ji內nei裝zhuang式shi主zhu軸zhou單dan元yuan的de簡jian稱cheng。其qi主zhu要yao特te點dian是shi將jiang電dian機ji置zhi於yu主zhu軸zhou內nei部bu
，通tong過guo驅qu動dong電dian源yuan直zhi接jie驅qu動dong主zhu軸zhou進jin行xing工gong作zuo，實shi現xian了le電dian機ji、zhuzhoudeyitihuagongneng，jinxingqiexuejiagong。tajuyoujiegoujincou
，jixiexiaolvgao，zaoshengdi，zhendongxiao

，jingdugao，yunxingpingwen，meiyouchongjidetedian，nenggoushizhuzhouzhouchengshoumingdedaoyanchang。tongguoEV6000機(ji)床(chuang)專(zhuan)用(yong)版(ban)本(ben)內(nei)置(zhi)的(de)機(ji)床(chuang)專(zhuan)用(yong)功(gong)能(neng)，可(ke)以(yi)完(wan)成(cheng)動(dong)態(tai)高(gao)精(jing)度(du)同(tong)步(bu)跟(gen)蹤(zong)，分(fen)度(du)，準(zhun)停(ting)
，零(ling)速(su)鎖(suo)定(ding)等(deng)功(gong)能(neng)。其(qi)優(you)異(yi)的(de)性(xing)能(neng)
，豐(feng)富(fu)的(de)功(gong)能(neng)完(wan)全(quan)能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)數(shu)控(kong)加(jia)工(gong)中(zhong)心(xin)主(zhu)軸(zhou)控(kong)製(zhi)的(de)工(gong)藝(yi)和(he)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)。

    交流伺服主軸驅動係統由主軸控製器

、主軸驅動單元、主軸電動機和檢測主軸速度與位置的編碼器４bufenzucheng
，zhuyaowanchengbihuansudukongzhi，dandangzhuzhouzhuntingshizewanchengbihuanweizhikongzhi。zhuzhouqudongdanyuandeweizhikongzhiyusudukongzhijunyouneibudegaosuxinhaochuliqijikongzhixitongshixian，qiyuanlikuangturutu1所示。圖中CNC係統向主軸驅動單元發出速度指令或位置指令，驅動單元根據該指令執行相應的速度與位置控製。與此同時

，CNC控製器也接收來自於主軸電機編碼器的分頻輸出（或終端傳感器的輸出信號）來對其指令進行校正，當然，此信號也用於係統過程偏差的檢測

，如速度偏差過大等。

 

    為方便起見，我們以一實際的電主軸係統為例進行描述。在該係統中
，CNC控製器采用的是台灣LNCT520i主軸控製器，驅動器使用EV6000高性能機床專用版本變頻器＋PGABS選件卡(帶分頻輸出的編碼器接口卡)，電機使用的是山東某廠家的JSZD150A-8/3C電動馬達，出場配置2048RPM差分增量式編碼器。整個係統接線框圖如圖2：

 

    LNCT520i主軸控製器通過PA+/PA-和PB+/PB-正交脈衝信號向EV6000發出速度和位置信號，同時也包含著方向信號。EV6000配置有PGABSbianmaqixuanjianka，gaikajijieshouzhuzhoukongzhiqimaichonggeiding，youjieshoulaizidianjidebianmaqifankuixinhao，tongshiduibianmaqixinhaojinxingfenpin，fankuidaozhuzhoukongzhiqi。EV6000工作在伺服模式。係統的性能主要決定於驅動器和電機的性能。下麵仔細介紹係統各個組件。

    （一）主軸電機：電機型號為JSZD150A-8/3C，內置2048RPM, 5V差分編碼器。廠家給定的技術參數與曲線如下:

表一：電機廠家參數

 

 

       （二）EV6000變頻器＋PGABS測速卡

       EV60－PGABS 測速卡是EV6000 係列變頻器的選件，提供如下功能：1．編碼器接口PG1，支持差分ABZ、UVW 信號，作為速度或位置反饋。2．PG1 的脈衝分頻輸出
，可用於速度或位置同步。3．脈衝指令接口PG2，可接收上一級裝置的脈衝指令，用於速度或位置同步。

信號	說明
PG1 輸入（CN1）	5V 差分編碼器輸入信號，最大輸入頻率為300K
PG1 分頻輸出（CN2）	5V 差分輸出信號，分頻係數由功能碼設定
PG2 輸入（CN2）	5V 差分脈衝指令輸入信號，最大輸入頻率300K

       其信號定義如下：

CN1：信號管腳定義                          CN2:信號管腳定義 

(外殼接屏蔽層)

整個係統的接線可參考圖2。EV6000變頻器本體隻連接運行信號和複位信號。

       無論是速度同步跟蹤還是零速鎖定
，整個係統邏輯都非常簡單，隻需要將在F13組功能碼裏將EV6000設置為伺服模式，位置指令給定源選擇為擴展PGgeidingjike。yincitiaoshizhuyaogongzuoshigenjudianjidetexingquxianlaitiaozhengbianpinqixiangguancanshu
，yihuodequdongxitongdezuijiaxingneng。weici，xuyaolejiequdongqisifumoshideyuanli。

 

    在上述係統中，電機特性是整個係統性能保證的基礎。為達到最好的控製效果，需要對電機進行參數辨識。可參考表一和圖3與圖4，在功能組F80裏li依yi次ci輸shu入ru電dian機ji額e定ding功gong率lv，額e定ding電dian壓ya，額e定ding電dian流liu，額e定ding頻pin率lv，額e定ding轉zhuan速su之zhi後hou啟qi動dong電dian機ji旋xuan轉zhuan自zi整zheng定ding。因yin為wei主zhu軸zhou電dian機ji基ji本ben都dou是shi特te種zhong電dian機ji
，有you時shi會hui發fa生sheng自zi整zheng定ding失shi敗bai

，此ci事shi需xu要yao對dui額e定ding電dian壓ya，額e定ding頻pin率lv和he額e定ding轉zhuan速su三san個ge參can數shu進jin行xing調tiao整zheng
，直zhi至zhi整zheng定ding通tong過guo。整zheng定ding通tong過guo之zhi後hou

，不bu妨fang在zai全quan速su範fan圍wei內nei讓rang電dian機ji空kong載zai運yun行xing，確que保bao係xi統tong無wu振zhen動dong，電dian機ji電dian流liu聲sheng音yin正zheng常chang。

    從圖5中zhong，係xi統tong還hai有you三san個ge控kong製zhi環huan路lu。最zui裏li麵mian的de是shi電dian流liu環huan，其qi次ci是shi速su度du環huan
，最zui外wai是shi位wei置zhi環huan。電dian機ji自zi整zheng定ding通tong過guo後hou
，主zhu要yao的de調tiao試shi就jiu是shi調tiao整zheng這zhe三san個ge參can數shu的dePI參數。首先是電流環
，該參數一般采用變頻器默認參數，在現場無檢測儀器的情況下，調整的依據可簡化如下：全(quan)速(su)運(yun)行(xing)
，觀(guan)察(cha)電(dian)機(ji)有(you)無(wu)振(zhen)動(dong)或(huo)嘯(xiao)叫(jiao)，如(ru)有(you)，則(ze)需(xu)調(tiao)整(zheng)
，此(ci)種(zhong)情(qing)況(kuang)一(yi)般(ban)表(biao)明(ming)參(can)數(shu)過(guo)強(qiang)。進(jin)行(xing)零(ling)速(su)鎖(suo)定(ding)運(yun)行(xing)
，觀(guan)察(cha)鎖(suo)定(ding)動(dong)作(zuo)是(shi)否(fou)幹(gan)淨(jing)利(li)索(suo)
，鎖(suo)定(ding)是(shi)否(fou)有(you)力(li)，可(ke)以(yi)逐(zhu)步(bu)增(zeng)加(jia)電(dian)流(liu)環(huan)PI直至感覺電機軸明顯振動，此時適當回調PI至一合適值

，順便也可以觀察輸出電流是否穩定。電流環參數位於F09組。接下來調整速度環
，調整原理不進行論述，可以觀察[F01.13]電機實測頻率是否穩定，響應是否足夠快。同時零速鎖定時鎖定力是否足夠大，不夠大則需調強PI。如下圖所示，為係統的階躍響應圖。

 

    最後是調整位置環。位置環主要調整動態位置偏差，一般的數控中心都有位置超差告警。在出場參數的基礎上
，一般需要強化位置環P參數。圖7是在一個正反轉過程中位置差的實際檢測結果。可以看出整個過程動態誤差不到25個脈衝（4倍頻後）。

 

    此外
，影響性能可能需要調整的參數還包括[F09.01]載波頻率，[F63.08]PG信號濾波等。在這裏我們給出上述應用的參數設置。

功能碼	功能碼值	意義
F00.00	4	僅顯示與廠家設定值不同的參數組
F00.06	0001	異步電機帶矢量控製
F02.10	267	最大輸出頻率
F02.10	267	上限輸出頻率
F04.03	5	減速時間1
F05.00	1	端子控製
F05.21	1	能耗製動動作
F06.00	1	速度反饋選擇擴展編碼器
F06.01	50	ASR1-P
F06.02	0.05	ASR1-I
F06.04	20	ASR2-P
F06.05	0.04	ASR2-I
F06.07	0.5	ASR1/2切換頻率
F09.03	600	ACR-P
F13.00	3	變頻器選擇伺服模式
F13.02	2	位置指令給定源選擇擴展PG給定
F13.16	1200	位置環增益1
F13.17	400	位置環增益2
F13.18	2	位置環增益1/2切換依據選擇速度指令
F13.20	20	位置環增益切換轉速水平
F13.32	1	伺服停機方式選擇切換到速度控製減速停機
F80.00	3	電機額定功率
F80.01	350	異步電機額定電壓
F80.02	10	異步電機額定電流
F80.03	250	異步電機額定頻率
F80.04	7410	異步電機額定轉速
F80.05	0.84	異步電機功率因素
F80.06	2.66	異步電機定子電阻
F80.07	26.64	異步電機漏感抗
F80.08	2.24	異步電機轉子電阻
F80.09	299.1	異步電機互感抗
F80.10	3.2	異步電機空載電流

     EV6000作為艾默生CT新(xin)一(yi)代(dai)平(ping)台(tai)型(xing)變(bian)頻(pin)器(qi)產(chan)品(pin)，具(ju)備(bei)優(you)異(yi)的(de)控(kong)製(zhi)性(xing)能(neng)。我(wo)們(men)會(hui)將(jiang)客(ke)戶(hu)的(de)實(shi)際(ji)需(xu)求(qiu)和(he)通(tong)用(yong)型(xing)產(chan)品(pin)結(jie)合(he)起(qi)來(lai)，推(tui)出(chu)針(zhen)對(dui)行(xing)業(ye)性(xing)的(de)客(ke)戶(hu)專(zhuan)機(ji)，也(ye)會(hui)和(he)大(da)客(ke)戶(hu)緊(jin)密(mi)結(jie)合(he)，推(tui)出(chu)一(yi)些(xie)定(ding)製(zhi)產(chan)品(pin)，目(mu)前(qian)都(dou)已(yi)取(qu)得(de)一(yi)定(ding)成(cheng)效(xiao)。就(jiu)電(dian)主(zhu)軸(zhou)而(er)言(yan)，變(bian)頻(pin)器(qi)內(nei)置(zhi)了(le)專(zhuan)用(yong)的(de)F13（伺服控製）、F33（主軸準停）
、F34（剛性攻絲）gongnengzu，zhixuyaojinxingjiandandegongnengmashezhi
，jiukeyijinxinggaojingdudesudugenzong
，lingsusuoding
，fendudenggongneng，fangbianleyonghudeshiyong，tongshihaikeyijinxingyixiejiandandeweizhikongzhi
，dongtaiweizhijingdukeyikongzhidehenhao，kekongzhizai4個脈衝之內
，穩態位置精度可控製在一個脈衝之內。