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发表于：2009-03-19 11:53:58

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台达伺服技术在机械手控制系统中的应用
摘要：简要介绍台达伺服系统在机械手上的应用。详细深入的论述基于现场经验的大惯性运动控制系统稳定性调试问题，讨论过程理论联系实际，包含重要的原理性分析。
关键词：机械手台达机电大惯性伺服
1 引言
本文所述机械手是成型机专用的机械手，这种机械手在市场上按照驱动类型主要分为两种类型：一种是有气动元件驱动的只是单纯的作低速点对点的运动控制的低端的机械手；而另一种就是要采用高性能伺服作为驱动元件的作高速精确定位的高性能机械手。在第二种机械手上面采用了台达伺服设计，是本文讨论的对象，如图1所示。伺服在这种机械手上的应用有很多与一般伺服应用场合的不同之处，之前客户使用的是其它伺服技术，研发结果表明台达伺服技术在本项目能够达到更高的性能指标，同时又能降低客户的成本，提高其产品的性价比。

2 工艺要求
这种机械手的工艺原理虽然简单，但是实现难度很大。伺服系统在带动机头作定位运行的过程中运行要平稳滑顺，伺服的运行速度将决定机械手的工作效率是否能够满足客户的应用要求，在高速定位的时伺服电机不能出现过冲，震荡以及整定时间过长。以上的要求全都是在负载惯量比接近70的条件下实现的，大惯量比构成对高精度运动控制技术的挑战。
3 系统设计
项目对象是单轴的机械手基本的硬件配置分为控制部分和驱动部分：
控制器是由单片机开发而成的手持式控制系统，采用模拟量控制伺服驱动器。
驱动系统是台达ASD-A0421LA伺服驱动器+ECMA-C3060402ES伺服电机，就是台达伺服系统的ASD-A系列的驱动器驱动和ASD-B系列电机的配置。
伺服与负载之间的传动结构是采用5：1减速机和T型齿型钢丝PU皮带传动。
3 大惯量比伺服系统调试
首先使用我们台达调试软件估测出负载惯量比为68.6，在这样的惯量情况下要实现伺服的高速响应，必须要提高伺服增益以保证伺服的控制机能，但是在将增益调整到一定的高度以后就必然会出现机械共振，至于通过FFT软件抓取了机械共振点在189 Hz 的频率附近，所以，设定了陷波滤波器的频率为189Hz和衰减率为4db以后,可以将伺服的速度控制增益调高到5000rad/s以上。
但是在这样的增益下，电机运行特性仍然很不好，电机在定位时出现反复震荡，不能快速定位，只能继续拉高速度控制增益，但是在增大速度控制增益的时候，由于电流饱和而使电机又出现了震动，在这样的情况下只能将共振低通滤波和外部干扰抵抗增益降低。这样就把速度控制增益提高到7000rad/s以上。伺服可以快速而准确的定位，不再反复震荡。
图3、图4两条曲线是ASD-A伺服调试软件抓取得实时曲线，在这样的运行情况，伺服的运行并不平稳，伺服的运行情况是，在加速时电机会出现高速加速，伺服以1600rpm速度运行，在运行到中间时伺服会出现一个明显加速过程，伺服的运行速度在1000rpm左右，这样的运行情况是无法满足客户的要求的！
通过观察两条曲线（图3控制器速度命令曲线1和图4电机运行速度曲线1）可以发现，伺服电机几乎是完全按照上位机速度运行命令在运动的，可是，为什么会出现这种加减速过程呢？
通过与项目组工程师沟通和共同研究，发现由于负载惯量过大，造成伺服速度响应不够快，使得速度误差过大，所以伺服在不断的针对速度误差进行积分整定，而该机械手控制器在作位置控制的时候接受伺服编码器信号作积分整定的积分环节时，控制器在采集到伺服编码型号以后对位置误差的积分整定非常缓慢从而造成命令处理速度过慢，而使速度命令出现波动也同时使伺服电机运行不平稳滑顺！
针对这种现象将伺服的速度积分补偿调至0,使伺服驱动器对于速度误差不进行积分整定，而使得电机运行平稳，同时由于上位机作位置控制，使得伺服电机定位并没有明显的影响。

4 结束语
台达ASD-A伺服驱动器运行效果在极限测试时可以完全超过原伺服系统的运行效果，最高速度可以达到2800rpm，定位的整定时间在80ms以内。整个1800mm行程内从启动加速到中间平稳运行到快速定位，整个过程及机头保持高速而又运动平稳，伺服电机运行稳定滑顺。

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