一、引言

　　近年來，交流伺服驅動系統的應用越來越廣泛。交流伺服系統的性能日漸提高，價格日趨合理。與步進驅動系統相比，伺服驅動系統自帶編碼器，可以反饋位置信號，精度更高，不存在丟步的現象;伺服驅動為恒轉矩控制，步進驅動為恒功率控制，隨著轉速升高，步進電機輸出的扭力迅速衰減，伺服驅動不存在上述情況，在0到額的轉速之間，都可以輸出額定扭矩，因此伺服驅動可以應用于高速場合。

二、應用環境

　　惠州某工廠生產數字彈簧機設備，采用步進驅動系統，加工速度最大為150個工件/分鐘。為了提高加工速度，與深圳市研控自動化科技有限公司合作，采用研控公司的交流伺服驅動系統改造現有設備。試驗機型為兩軸電腦壓簧機，改造后參數如表1所示：

　　改造前，加工速度只有150工件/分鐘，改造后的加工速度達到了500工件/分鐘，速度提高330%以上，而由改造帶來的總成本的增加不足1%，極大的提高了產品的性價比。

三、伺服驅動系統選型

　　原設備使用的是研控YKA2811MA細分步進驅動器和YK110HB115-06A步進電機。步進電機參數如表2所示：

　　要替代現有電機，首先替換后電機的轉矩要達到現有電機的水平。由上表中數據可知，步進電機的保持轉矩為21N.m，但是不必選擇額定轉矩為21N.m的交流伺服電機替代步進電機。步進電機的保持轉矩是電機轉速為0時的轉矩，是步進電機能夠達到的最大轉矩，隨著轉速的升高，步進電機輸出的扭矩將衰減，步進電機矩頻曲線如圖2所示。而交流伺服電機的特性是在0到額定轉速之間，電機的扭矩恒定不變。設備的實際負載小于6N.m。

　　其次，選型速度。設備由共有兩軸——切刀軸和送線軸。切刀軸通過凸輪帶動切刀，每轉一周，加工一個工件，切刀軸轉速在500r/min左右;送線軸每轉送線長度為144mm，要達到150m/min的送線速度，要求送線軸電機轉速為1042r/min。

　　另外，慣量選型。負載慣量與電機慣量的比值稱為慣量比。慣量比的大小影響系統的起停性能。設備工作狀態為頻繁起停，每加工一個工件就有一個啟動停止過程。當加工速度達到最大值時，電機每分鐘起停500次。為了獲得良好的起停性能，慣量比應選擇小一些，本次選擇在3：1左右。

　　根據以上規則，選擇驅動器型號YKPSDD_10A5D，電機參數如表3所示。由于司伺服電機帶有光電編碼器，所以電機長度有所增加。編碼器精度為2500線，驅動器內部經過4倍頻，使得伺服的脈沖當量為0.036°，是步進電機的50倍。

　　單純從力矩的角度上講，原步進電機轉速達到1200r/min時，轉矩仍在6N.m左右，滿足驅動的要求，但是步進電機的加速能力不行。當加工速度為500工件/分鐘時，電機啟動停止的時間非常短暫，沒有足夠的時間給步進電機加速到1000r/min，出現丟步的現象，而伺服電機卻可以成功的完成加速。

四、參數調節

　　按說明書正確接線。為了測試連線是否存在故障，首先進入測試模式運行。研控伺服提供兩種測試模式，可以分別測試位置控制模式和速度控制模式。經過測試，確認機械連接和電氣連接正常。下一步將連接上位機運行。上位機完成對兩軸的運動狀態的計算，將運動狀態以脈沖的形式傳輸到伺服驅動器，由伺服驅動器驅動伺服電機執行上位機的運算結果。彈簧機的控制系統框圖如圖3所示：

　　以100工件/分鐘的速度運行，運行正常。繼續增加加工速度，當加工速度達到370工件/分鐘時，出現倒線的現象，即轉子位置超過了停止位置，然后向后退回，這是由于驅動器剛性不夠，需要調節參數，改善性能。對系統性能影響較大的幾個參數為位置比例增益、速度積分時間常數、位置比例增益、位置前饋增益。

　　（1） [速度比例增益]（參數PA-5）的設定值，在不發生振蕩的條件下，盡量設定得較大。設定值越大，剛性越強，但是設定過大，可能會產生振蕩。一般情況下，負載慣量越大，[速度比例增益]的設定值應越大。

　　（2） [速度積分時間常數]（參數PA-6）的設定值，根據給定的條件，盡量設置得較大。[速度積分時間常數]設定的太大時，響應速度將會提高，但是容易產生振蕩。所以在不發生振蕩的條件下，盡量設置的較大。[速度積分時間常數]設定的太大時，在負載變動的時候，速度將變動較大。一般情況下，負載慣量越大，[速度積分時間常數]的設定值應越小。

　　（3） [位置比例增益]（參數PA-9）的設定值，在穩定范圍內，盡量設置得較大。[位置比例增益]設置得太大時，位置指令的跟蹤特性好，滯后誤差小，但是在停止定位時，容易產生振蕩。

　　（4） 如果要求位置跟蹤特性特別高時，可以增加[位置前饋增益]設定值。但如果太大，會引起超調。

　　根據以上調節規律，將速度比例增益從52增大到80，問題解決，一直到500工件/分鐘的加工速度，沒有出現倒線的現象。

五、結論

　　得益于研控交流伺服驅動器針對不同場合預置了不同參數，整個參數調試的過程簡化了很多。彈簧機的送線軸工作在頻繁啟停的狀態，對交流伺服來說，這是一種嚴苛的工作環境。研控伺服在彈簧機上的成功應用，充分證明了研控產品的優良品質。