步進(jìn)或伺服運(yùn)動控制偏位問題：現(xiàn)象、原因及解決辦法

時間：2020-07-10

來源：網(wǎng)絡(luò)

導(dǎo)語：一般PLC允許輸出最大脈沖頻率為100kHz，運(yùn)動控制卡根據(jù)其發(fā)脈沖芯片不一樣差異較大，特別是普通單片機(jī)開發(fā)的運(yùn)動控制卡可能會因?yàn)槊}沖頻率不夠高導(dǎo)致偏位。

偏位問題，是使用步進(jìn)或伺服電機(jī)的設(shè)備制造廠在設(shè)備裝機(jī)調(diào)試，以及設(shè)備使用過程中，所面臨的常見問題之一。出現(xiàn)偏位可能是機(jī)械裝配不當(dāng)造成，可能是控制系統(tǒng)與驅(qū)動器信號不匹配，也可能是設(shè)備內(nèi)電磁干擾、車間內(nèi)設(shè)備互相干擾或者是設(shè)備安裝時地線處理不妥當(dāng)?shù)仍斐伞?/span>



眾多應(yīng)用案例中，提煉整理出最常見的偏位原因及對策，用以幫助設(shè)備廠家調(diào)試人員快速定位問題、采取各種適宜措施提高設(shè)備抗干擾性、為設(shè)備正確接地保證正常運(yùn)行。

規(guī)律性偏位


Q：做往復(fù)運(yùn)動，往前越偏越多（少）

可能原因①：脈沖當(dāng)量不對

原因分析：無論是同步輪結(jié)構(gòu)還是齒輪齒條結(jié)構(gòu)，都存在加工精度誤差。運(yùn)動控制卡（PLC）并沒有設(shè)置準(zhǔn)確的脈沖當(dāng)量。例如上一批同步輪電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈設(shè)備前進(jìn)10mm，這批同步輪大一點(diǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈前進(jìn)了10.1mm，就會導(dǎo)致該批機(jī)器每次運(yùn)行比以前的設(shè)備多走1%的距離。

解決方式：出機(jī)前用機(jī)器畫一個盡可能大幅面的正方形，然后用尺去量實(shí)際尺寸，對比實(shí)際尺寸和控制卡設(shè)置尺寸之間的比例，然后將其加入控制卡運(yùn)算，反復(fù)進(jìn)行三次之后就會得到一個比較準(zhǔn)確的值。

可能原因②：脈沖指令的觸發(fā)沿與方向指令的電平變換時序沖突

原因分析：驅(qū)動器要求上位機(jī)發(fā)出的脈沖指令的沿與方向指令電平變換有一定時序要求。而部分PLC或運(yùn)動控制卡編程時沒滿足這種要求（或者其自身的規(guī)則不符合驅(qū)動器的要求），導(dǎo)致脈沖和方向時序并不能滿足要求而偏位。

解決方式：控制卡（PLC）軟件工程師將方向信號提前?；蛘唑?qū)動器應(yīng)用技術(shù)人員更改脈沖沿計數(shù)方式。

Q：運(yùn)動過程中電機(jī)在固定點(diǎn)抖動，過該點(diǎn)后能正常運(yùn)行，但少走一段距離

可能原因：機(jī)械裝配問題

原因分析：機(jī)械結(jié)構(gòu)在某個點(diǎn)阻力較大。由于機(jī)械安裝的平行度、垂直度或設(shè)計不合理的原因?qū)е略O(shè)備在某個點(diǎn)阻力較大，步進(jìn)電機(jī)的力矩變化規(guī)律是速度越快力矩越小，很容易在高速段卡死，速度降下來卻能走過去。

解決方式：1、檢查機(jī)械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)卡死的原因，是該處摩擦阻力大還是滑軌裝得不平行等。2、步進(jìn)電機(jī)力矩不夠。由于終端客戶出現(xiàn)提速或者加大負(fù)載的要求，導(dǎo)致原本能滿足要求的電機(jī)在高速力矩不夠，從而發(fā)生高速段堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。解決方法可以通過驅(qū)動器設(shè)置更大輸出電流或者在驅(qū)動器允許電壓范圍內(nèi)提高供電電壓，或更換更大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)。

Q：電機(jī)往復(fù)運(yùn)動來回均沒走到位且偏移量固定

可能原因：皮帶間隙

原因分析：皮帶與同步輪之間存在反向間隙導(dǎo)致，往回走會存在一定量的空程。

解決方式：如運(yùn)動控制卡具有皮帶反向間隙補(bǔ)償功能，可利用之；或者繃緊皮帶。

Q：切繪軌跡不重合

可能原因①：慣量過大

原因分析：平板切繪機(jī)噴墨過程由光柵控制，掃描式運(yùn)動，切割時走插補(bǔ)運(yùn)動，兩者軌跡不重合是因?yàn)椋愃圃O(shè)備X軸小車慣量較小且由光柵定位，噴繪位置準(zhǔn)確，而Y軸龍門結(jié)構(gòu)慣量較大，電機(jī)響應(yīng)性差，插補(bǔ)運(yùn)動時Y軸跟隨性不好導(dǎo)致軌跡部分偏位。
解決方式：增加Y軸減速比，使用陷波功能提高伺服驅(qū)動器剛性以解決該問題。
可能原因②：刀和噴頭重合度沒調(diào)好

原因分析：因?yàn)榍欣L機(jī)刀和噴頭都裝在X軸小車上但是兩者有坐標(biāo)差，切繪機(jī)上位機(jī)軟件能調(diào)整這個坐標(biāo)差做到刀和噴頭軌跡重合，如果沒調(diào)好，切繪軌跡會整體分離。

解決方式：修改刀和噴頭位置補(bǔ)償參數(shù)。

Q：畫圓成橢圓

可能原因：XY軸平臺兩軸不垂直

原因分析：XY軸結(jié)構(gòu)，圖形偏位例如畫圓成橢圓，正方形偏位成平行四邊形。龍門結(jié)構(gòu)X軸與Y軸不垂直時會導(dǎo)致該問題。

解決方式：調(diào)節(jié)龍門架X軸與Y軸垂直度可以解決該問題。

非規(guī)律性偏位


Q：運(yùn)行過程中不定期出現(xiàn)偏位，偏位具有偶然性，偏位多少不確定

可能原因①：干擾原因?qū)е码姍C(jī)偏位

原因分析：非周期性偏位大部分因?yàn)楦蓴_導(dǎo)致，少部分因?yàn)檫\(yùn)動控制卡發(fā)出的窄脈沖或者機(jī)械結(jié)構(gòu)松動引起。

解決方式：如果干擾出現(xiàn)的比較頻繁，則可以利用示波器監(jiān)控脈沖頻率確定干擾發(fā)生的時間進(jìn)而確定干擾源，移除或者使脈沖信號遠(yuǎn)離干擾源能解決部分干擾。如果干擾出現(xiàn)的比較偶然，或者難以確定干擾源位置或電氣柜已固定難以移動，則可以考慮采用以下措施來解決問題：

①  驅(qū)動器接地，
②  脈沖線更換雙絞屏蔽線，
③  脈沖正負(fù)端并聯(lián)103陶瓷電容濾波（脈沖頻率小于54kHz），
④  脈沖信號套磁環(huán)，
⑤  驅(qū)動器和控制器電源前端增加濾波器。

備注：常見的干擾源包括變壓器、線圈式繼電器、變頻器、電磁閥、高壓電線等。規(guī)劃電氣柜的時候應(yīng)避免信號線靠近這些干擾源，信號線與高壓供電線宜分不同線槽布線。

可能原因②：脈沖串出現(xiàn)窄脈沖

問題分析：客戶運(yùn)動控制卡發(fā)送脈沖串占空比較小或過大，出現(xiàn)窄脈沖，驅(qū)動器識別不了，導(dǎo)致偏位。

解決方式：查找控制器出現(xiàn)這種問題的原因，是脈沖接口問題，還是軟件算法問題

可能原因③：機(jī)械結(jié)構(gòu)松動

問題分析：連軸器、同步輪、減速機(jī)等用頂絲固定或螺絲夾緊的連接件在快速沖擊場合運(yùn)行一段時間可能出現(xiàn)松動，導(dǎo)致偏位。用鍵和鍵槽配合固定的同步輪則注意鍵和鍵槽之間是否存在間隙，齒輪齒條結(jié)構(gòu)則注意兩者之間的配合間隙。

解決方式：關(guān)鍵部分、受力大的結(jié)構(gòu)螺絲一定用彈墊、而且螺絲或頂絲宜涂覆螺絲膠。電機(jī)軸與聯(lián)軸器盡量用鍵槽連接。

可能原因④：濾波電容過大

問題分析：濾波電容過大，普通RC濾波器截止頻率是1/2πRC，電容越大截止頻率越小，一般驅(qū)動器脈沖端電阻為270歐姆，103陶瓷電容構(gòu)成的RC濾波電路截止頻率為54khz，頻率高于此會因?yàn)榉邓p過大而導(dǎo)致部分有效信號無法被驅(qū)動器正確檢測到，最終導(dǎo)致偏位。

解決方式：加濾波電容時需要核算脈沖頻率、一定要保證最大通過脈沖頻率滿足要求。

可能原因⑤：PLC或者運(yùn)動控制卡最大脈沖頻率不夠高

原因分析：一般PLC允許輸出最大脈沖頻率為100kHz，運(yùn)動控制卡根據(jù)其發(fā)脈沖芯片不一樣差異較大，特別是普通單片機(jī)開發(fā)的運(yùn)動控制卡可能會因?yàn)槊}沖頻率不夠高導(dǎo)致偏位。

解決方式：假如上位機(jī)最大脈沖頻率有限，為了保證速度，可以適當(dāng)降低驅(qū)動器細(xì)分，以保證電機(jī)轉(zhuǎn)。

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