伺服驅(qū)動器常見故障及處理方法

伺服驅(qū)動器（servo drives）又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分， 主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。 一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機(jī)進(jìn)行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位，目前是傳動技術(shù)的高端產(chǎn)品。

基本介紹

伺服驅(qū)動器是現(xiàn)代運(yùn)動控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人及數(shù)控加工中心等自動化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于控制交流永磁同步電機(jī)的伺服驅(qū)動器已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動器設(shè)計中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設(shè)計合理與否，對于整個伺服控制系統(tǒng)，特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用 。

在伺服驅(qū)動器速度閉環(huán)中，電機(jī)轉(zhuǎn)子實時速度測量精度對于改善速度環(huán)的轉(zhuǎn)速控制動靜態(tài)特性至關(guān)重要。為尋求測量精度與系統(tǒng)成本的平衡，一般采用增量式光電編碼器作為測速傳感器，與其對應(yīng)的常用測速方法為M/T測速法。M/T測速法雖然具有一定的測量精度和較寬的測量范圍，但這種方法有其固有的缺陷，主要包括：

1）測速周期內(nèi)必須檢測到至少一個完整的碼盤脈沖，限制了最低可測轉(zhuǎn)速；

2）用于測速的2個控制系統(tǒng)定時器開關(guān)難以嚴(yán)格保持同步，在速度變化較大的測量場合中無法保證測速精度。因此應(yīng)用該測速法的傳統(tǒng)速度環(huán)設(shè)計方案難以提高伺服驅(qū)動器速度跟隨與控制性能

工作原理

目前主流的伺服驅(qū)動器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，

可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計的驅(qū)動電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護(hù)電路,在主回路中還加入軟啟動電路,以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。功率驅(qū)動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元（AC-DC）主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐贰?/p>

隨著伺服系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用，伺服驅(qū)動器使用、伺服驅(qū)動器調(diào)試、伺服驅(qū)動器維修都是伺服驅(qū)動器在當(dāng)今比較重要的技術(shù)課題，越來越多工控技術(shù)服務(wù)商對伺服驅(qū)動器進(jìn)行了技術(shù)深層次研究。

伺服驅(qū)動器是現(xiàn)代運(yùn)動控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人及數(shù)控加工中心等自動化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于控制交流永磁同步電機(jī)的伺服驅(qū)動器已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動器設(shè)計中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設(shè)計合理與否，對于整個伺服控制系統(tǒng)，特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用。

基本要求

伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求

1、調(diào)速范圍寬

2、定位精度高

3、有足夠的傳動剛性和高的速度穩(wěn)定性

4、快速響應(yīng)，無超調(diào)

為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，因為數(shù)控系統(tǒng)在啟動、制動時，要求加、減加速度足夠大，縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。

5、低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強(qiáng)

一般來說，伺服驅(qū)動器具有數(shù)分鐘甚至半小時內(nèi)1.5倍以上的過載能力，在短時間內(nèi)可以過載4～6倍而不損壞。

6、可靠性高

要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。

對電機(jī)的要求

1、從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。

2、電機(jī)應(yīng)具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4～6倍而不損壞。

3、為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。

4、電機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟、制動和反轉(zhuǎn)。

伺服驅(qū)動器常見故障及處理方法

1、LED燈是綠的，但是電機(jī)不動

(1) 故障原因：一個或多個方向的電機(jī)禁止動作。

處理方法： 檢查+INHIBIT 和 –INHIBIT 端口。

(2) 故障原因：命令信號不是對驅(qū)動器信號地的。

處理方法： 將命令信號地和驅(qū)動器信號地相連。

2、上電后，驅(qū)動器的LED燈不亮

故障原因：供電電壓太低，小于最小電壓值要求。

處理方法： 檢查并提高供電電壓。

3、當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時， LED燈閃爍

(1) 故障原因：HALL相位錯誤。

處理方法： 檢查電機(jī)相位設(shè)定開關(guān)是否正確。

(2) 故障原因：HALL傳感器故障。

處理方法： 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時檢測Hall A, Hall B, Hall C的電壓。電壓值應(yīng)該在5VDC和0之間。

4、LED燈始終保持紅色

故障原因：存在故障。

處理方法： 原因: 過壓、欠壓、短路、過熱、驅(qū)動器禁止、HALL無效。

5、電機(jī)失速

(1) 故障原因：速度反饋的極性搞錯。

處理方法：

a、如果可能，將位置反饋極性開關(guān)打到另一位置。(某些驅(qū)動器上可以)

b、如使用測速機(jī)，將驅(qū)動器上的TACH+和TACH-對調(diào)接入。

c、如使用編碼器，將驅(qū)動器上的ENC A和ENC B對調(diào)接入。

d、如在HALL速度模式下，將驅(qū)動器上的HALL-1和HALL-3對調(diào)，再將Motor-A和Motor-B對調(diào)接好。

(2) 故障原因：編碼器速度反饋時，編碼器電源失電。

處理方法： 檢查連接5V編碼器電源。確保該電源能提供足夠的電流。如使用外部電源，確保該電壓是對驅(qū)動器信號地的。

6、電機(jī)在一個方向上比另一個方向跑得快

(1) 故障原因：無刷電機(jī)的相位搞錯。

處理方法： 檢測或查出正確的相位。

(2) 故障原因：在不用于測試時，測試/偏差開關(guān)打在測試位置。

處理方法： 將測試/偏差開關(guān)打在偏差位置。

(3) 故障原因：偏差電位器位置不正確。

處理方法： 重新設(shè)定。

7、示波器檢查驅(qū)動器的電流監(jiān)控輸出端時，發(fā)現(xiàn)它全為噪聲，無法讀出

故障原因：電流監(jiān)控輸出端沒有與交流電源相隔離(變壓器)。

處理方法： 可以用直流電壓表檢測觀察。

8、伺服電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時出現(xiàn)電機(jī)偏差計數(shù)器溢出錯誤，如何處理?

(1)故障原因：高速旋轉(zhuǎn)時發(fā)生電機(jī)偏差計數(shù)器溢出錯誤;

處理方法： 檢查電機(jī)動力電纜和編碼器電纜的配線是否正確，電纜是否有破損。

(2)故障原因：輸入較長指令脈沖時發(fā)生電機(jī)偏差計數(shù)器溢出錯誤

處理方法：

a、增益設(shè)置太大，重新手動調(diào)整增益或使用自動調(diào)整增益功能;

b、延長加減速時間;

c、負(fù)載過重，需要重新選定更大容量的電機(jī)或減輕負(fù)載，加裝減速機(jī)等傳動機(jī)構(gòu)提高負(fù)荷能力。

(3)故障原因：運(yùn)行過程中發(fā)生電機(jī)偏差計數(shù)器溢出錯誤。

處理方法：

a.增大偏差計數(shù)器溢出水平設(shè)定值;

b.減慢旋轉(zhuǎn)速度;

c.延長加減速時間;

d.負(fù)載過重，需要重新選定更大容量的電機(jī)或減輕負(fù)載，加裝減速機(jī)等傳動機(jī)構(gòu)提高負(fù)載能力。

9、伺服電機(jī)在有脈沖輸出時不運(yùn)轉(zhuǎn)，如何處理?

① 監(jiān)視控制器的脈沖輸出當(dāng)前值以及脈沖輸出燈是否閃爍，確認(rèn)指令脈沖已經(jīng)執(zhí)行并已經(jīng)正常輸出脈沖;

② 檢查控制器到驅(qū)動器的控制電纜，動力電纜，編碼器電纜是否配線錯誤，破損或者接觸不良;

③ 檢查帶制動器的伺服電機(jī)其制動器是否已經(jīng)打開;

④ 監(jiān)視伺服驅(qū)動器的面板確認(rèn)脈沖指令是否輸入;

⑤ Run運(yùn)行指令正常;

⑥ 控制模式務(wù)必選擇位置控制模式;

⑦ 伺服驅(qū)動器設(shè)置的輸入脈沖類型和指令脈沖的設(shè)置是否一致;

⑧ 確保正轉(zhuǎn)側(cè)驅(qū)動禁止，反轉(zhuǎn)側(cè)驅(qū)動禁止信號以及偏差計數(shù)器復(fù)位信號沒有被輸入，脫開負(fù)載并且空載運(yùn)行正常，檢查機(jī)械系統(tǒng)。