1 伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的組成     所改造的是一臺(tái)三坐標(biāo)銑床 ,采用具有90年代先進(jìn)水平的美國(guó)AVTOCON DELTA 20數(shù)控系統(tǒng),該數(shù)控系統(tǒng)最多可控制5個(gè)坐標(biāo) ,給出了一個(gè)坐標(biāo)的伺服運(yùn)動(dòng)控制單元結(jié)構(gòu)框圖,其中旋轉(zhuǎn)編碼器、測(cè)速電機(jī)及伺服電機(jī)三者同軸安裝。這是一個(gè)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(yùn)動(dòng)失控故障現(xiàn)象     該數(shù)控伺服控制系統(tǒng)，在按設(shè)計(jì)圖紙連線及設(shè)定好數(shù)控伺服運(yùn)動(dòng)有關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí),出現(xiàn)了伺服運(yùn)動(dòng)失控的現(xiàn)象,表現(xiàn)為;一接通伺服驅(qū)動(dòng)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(jī)均帶動(dòng)工作臺(tái)以間歇振蕩方式向一方向快速移動(dòng),同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的控制屏幕上出現(xiàn)“伺服控制出錯(cuò)”提示。     3 故障檢查     為找到、造成上述失控現(xiàn)象的原因,對(duì)該數(shù)控銑床從軟、硬件兩方面進(jìn)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(lái)看,可能會(huì)由于數(shù)控系統(tǒng)的一些參數(shù)設(shè)置不當(dāng)而造成“伺服控制出錯(cuò)”或伺服系統(tǒng)振蕩等問(wèn)題的出現(xiàn)。該數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)應(yīng)于每一坐標(biāo)均有與伺服運(yùn)動(dòng)有關(guān)的參數(shù)單元,可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行參數(shù)修改逐一調(diào)試均未緩解問(wèn)題的現(xiàn)象,因此認(rèn)為問(wèn)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(diǎn)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(shí)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(dòng)器將這個(gè)信號(hào)放大后 ,就會(huì)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)以某一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng),由于沒(méi)有位置反饋環(huán),初始設(shè)定的脈沖值不會(huì)減少,因此該轉(zhuǎn)動(dòng)將不會(huì)停止。接通電源后,情況確實(shí)如上所述,通過(guò)手動(dòng)按鈕設(shè)定正向距離或負(fù)向距離值后,伺服電機(jī)均能正向轉(zhuǎn)動(dòng)或反向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)顯示已移動(dòng)的距離,由此說(shuō)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(dòng)器并組成位置,反饋控制環(huán)的一個(gè)關(guān)鍵器件是裝在測(cè)速電機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器,將旋轉(zhuǎn)編碼器卸下后,測(cè)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(cè)速電機(jī)的軸上,開(kāi)機(jī)后未出現(xiàn)伺服運(yùn)動(dòng)失控的現(xiàn)象。設(shè)定距離值后,伺服電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng),這時(shí)用手按照伺服電機(jī)的旋向和速度轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器軸模擬旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在測(cè)速電機(jī)軸上的情況 ,工作臺(tái)可在移動(dòng)給定距離值后停止運(yùn)動(dòng)。

     由此斷定;CNC 數(shù)控系統(tǒng)的伺服運(yùn)動(dòng)參數(shù)、PWM月收伺服驅(qū)動(dòng)器的電參數(shù)及旋轉(zhuǎn)編碼器的參數(shù)正常。整個(gè)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(cè)速電機(jī)后出現(xiàn)的伺服運(yùn)動(dòng)失控現(xiàn)象,表明問(wèn)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(jī)械連接的方式將其固定在測(cè)速電機(jī)的外殼及軸上，另一種就是電脈沖信號(hào)的連接。從機(jī)械連接方面看,旋轉(zhuǎn)編碼器與測(cè)速電機(jī)同軸安裝,二者轉(zhuǎn)動(dòng)方向與速度相 同,上述的模擬試驗(yàn)表明它們之間是 協(xié)調(diào)的,同步運(yùn)行不會(huì)導(dǎo)致伺服運(yùn)動(dòng)失控?從電氣方面來(lái)看,上述的模擬試驗(yàn)也表明,旋轉(zhuǎn)編碼器接人數(shù)控系統(tǒng)后不會(huì)造成伺服運(yùn)動(dòng)失控,但用一根導(dǎo)線將旋轉(zhuǎn)編碼器外殼與測(cè)速電機(jī)的外殼連接后,伺服運(yùn)動(dòng)失控的現(xiàn)象立刻出現(xiàn),斷開(kāi)連線后,系統(tǒng)又恢復(fù)正常。這表明;導(dǎo)致伺服運(yùn)動(dòng)失控的因素來(lái)自測(cè)速電機(jī)。一定有一個(gè)來(lái)自測(cè)速電機(jī)的干擾信號(hào)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(yùn)動(dòng)失控。       測(cè)速電機(jī)和伺服電機(jī)從外表上看，兩者連接為一體,但兩者之間實(shí)際上是絕緣的,接通伺服驅(qū)動(dòng)器后 ,測(cè)速電機(jī)外殼與伺服電機(jī)外殼(地線)間有一約5mV 的高頻干擾信號(hào)。

      4 故障排除及原因分析       將測(cè)速電機(jī)的外殼妥善接地后,這個(gè)高頻干擾信號(hào)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(yùn)動(dòng)不出錯(cuò)。從接通伺服驅(qū)動(dòng)器后才有干擾信號(hào)這個(gè)現(xiàn)象可斷定 ;干擾源來(lái)自伺服驅(qū)動(dòng)器,該伺服驅(qū)動(dòng)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(gè)高頻調(diào)制信號(hào)及產(chǎn)生的高次諧波信號(hào)加在伺服電機(jī)線圈上后通過(guò)空間藕合到與其集成為一體的測(cè)速電機(jī)外 殼上 形成一高頻干擾源從示波器上觀察,這個(gè)高頻干擾信號(hào)的正向及負(fù)向均有一條邊界模糊的干擾信號(hào)帶這個(gè)干擾信號(hào)從測(cè)速電機(jī)外殼傳到旋轉(zhuǎn)編碼器外殼,又通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器外殼饋人旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)線,進(jìn)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(hào)進(jìn)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(dòng)器發(fā)出進(jìn)給指令 ,本系統(tǒng)中干擾信號(hào),實(shí)際產(chǎn)生的是正向進(jìn)給指令得到進(jìn)給指令的伺服電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器正向旋轉(zhuǎn),這時(shí)旋轉(zhuǎn)編 碼器的脈沖信號(hào)也正常進(jìn)人位置控制器,這些正向脈沖與距離設(shè)定值(脈沖個(gè)數(shù))零比較,就使位置比較環(huán)輸出一個(gè)反向指令,以逼近設(shè)定值。但隨之而來(lái)的干擾信號(hào)又向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出正向進(jìn)給指令,導(dǎo)致故障發(fā)生,造成伺服運(yùn)動(dòng)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(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)以間歇振蕩方式向正方向快速移動(dòng),同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的控制屏幕上出現(xiàn)“伺服控制出錯(cuò)”提示。       結(jié) 論       數(shù)控系統(tǒng)在接地設(shè)計(jì)時(shí),既要考慮到一個(gè)導(dǎo)體應(yīng)采取一點(diǎn)接地方式,又要細(xì)致地考慮系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)接地的每一部件,不遺漏接地點(diǎn)。從上述伺服運(yùn)動(dòng)失控問(wèn)題來(lái)看,筆者認(rèn)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(kāi)環(huán)控制進(jìn)行調(diào)試,確定故障的是開(kāi)環(huán)時(shí)就存在的,還是引人閉環(huán)后才產(chǎn)生的,以找到問(wèn)題的根源。