步進(jìn)或伺服運(yùn)動(dòng)控制偏位現(xiàn)象的原因及解決辦法

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(dòng)器信號(hào)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(shí)地線處理不妥當(dāng)?shù)仍斐伞?/p>

眾多應(yīng)用案例中，提煉整理出最常見的偏位原因及對(duì)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

問題一：做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，往前越偏越多（少）

可能的原因1：脈沖當(dāng)量不對(duì)

問題分析：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(dòng)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(huì)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。

解決方法：出機(jī)前用機(jī)器畫一個(gè)盡可能大幅面的正方形，然后用尺去量實(shí)際尺寸，對(duì)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(huì)得到一個(gè)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(shí)序沖突

問題分析：驅(qū)動(dòng)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(shí)序要求。而部分PLC或運(yùn)動(dòng)控制卡編程時(shí)沒滿足這種要求（或者其自身的規(guī)則不符合驅(qū)動(dòng)器的要求），導(dǎo)致脈沖和方向時(shí)序并不能滿足要求而偏位。

解決方法：控制卡（PLC）軟件工程師將方向信號(hào)提前。或者驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用技術(shù)人員更改脈沖沿計(jì)數(shù)方式。

問題二：運(yùn)動(dòng)過程中電機(jī)在固定點(diǎn)抖動(dòng)，過該點(diǎn)后能正常運(yùn)行，但少走一段距離

可能的原因：機(jī)械裝配問題

原因分析：機(jī)械結(jié)構(gòu)在某個(gè)點(diǎn)阻力較大。由于機(jī)械安裝的平行度、垂直度或設(shè)計(jì)不合理的原因?qū)е略O(shè)備在某個(gè)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。

解決方法：

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。

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(dòng)器設(shè)置更大輸出電流或者在驅(qū)動(dòng)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)。

問題3：電機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)來回均沒走到位且偏移量固定

可能的原因：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(huì)存在一定量的空程。

解決方法：如運(yùn)動(dòng)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。

問題4：切繪軌跡不重合

可能的原因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(dòng)，切割時(shí)走插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，兩者軌跡不重合是因?yàn)?，類似設(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(dòng)時(shí)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(dòng)器剛性以解決該問題。

可能的原因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(gè)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(huì)整體分離。

解決方法：修改刀和噴頭位置補(bǔ)償參數(shù)。

問題5：畫圓成橢圓

可能的原因：XY軸平臺(tái)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(shí)會(huì)導(dǎo)致該問題。

解決方法：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

問題：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

可能的原因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(dòng)控制卡發(fā)出的窄脈沖或者機(jī)械結(jié)構(gòu)松動(dòng)引起。

解決方法：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(shí)間進(jìn)而確定干擾源，移除或者使脈沖信號(hào)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(dòng)，則可以考慮采用以下措施來解決問題：

① 驅(qū)動(dòng)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(hào)套磁環(huán)

⑤ 驅(qū)動(dòng)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(shí)候應(yīng)避免信號(hào)線靠近這些干擾源，信號(hào)線與高壓供電線宜分不同線槽布線。

可能的原因2：脈沖串出現(xiàn)窄脈沖

原因分析：客戶運(yùn)動(dòng)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(dòng)器識(shí)別不了，導(dǎo)致偏位。

解決方法：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

可能的原因3：機(jī)械結(jié)構(gòu)松動(dòng)

原因分析：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?zèng)_擊場合運(yùn)行一段時(shí)間可能出現(xiàn)松動(dòng)，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。

解決方法：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。

可能的原因4：濾波電容過大

原因分析：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(dòng)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(huì)因?yàn)榉邓p過大而導(dǎo)致部分有效信號(hào)無法被驅(qū)動(dòng)器正確檢測到，最終導(dǎo)致偏位。

解決方法：加濾波電容時(shí)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。

可能的原因5：PLC或者運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)控制卡可能會(huì)因?yàn)槊}沖頻率不夠高導(dǎo)致偏位。

解決方法：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(dòng)器細(xì)分，以保證電機(jī)轉(zhuǎn)。

審核編輯：郭婷