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的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統(tǒng)的一部分， 主要應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進行控制，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)代運動控制的重要組成部分，被廣泛應用于工業(yè)機器人及數(shù)控加工中心等自動化設備中。尤其是應用于控制交流永磁同步電機的伺服驅(qū)動器已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點。當前交流伺服驅(qū)動器設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。因此應用該測速法的傳統(tǒng)速度環(huán)設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)比較復雜的控制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化。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行整流，得到相應的直流電。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。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）主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。

隨著伺服系統(tǒng)的大規(guī)模應用，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)動器在當今比較重要的技術(shù)課題，越來越多工控技術(shù)服務商對伺服驅(qū)動器進行了技術(shù)深層次研究。

伺服驅(qū)動器是現(xiàn)代運動控制的重要組成部分，被廣泛應用于工業(yè)機器人及數(shù)控加工中心等自動化設備中。尤其是應用于控制交流永磁同步電機的伺服驅(qū)動器已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點。當前交流伺服驅(qū)動器設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，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特性，即要求跟蹤指令信號的響應要快，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

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)控機床的進給驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應能力和很強的抗干擾的能力。

對電機的要求

1、從最低速到最高速電機都能平穩(wěn)運轉(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、電機應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、為了滿足快速響應的要求，電機應有較小的轉(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、電機應能承受頻繁啟、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，但是電機不動

(1) 故障原因：一個或多個方向的電機禁止動作。

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、當電機轉(zhuǎn)動時， LED燈閃爍

(1) 故障原因：HALL相位錯誤。

處理方法： 檢查電機相位設定開關(guān)是否正確。

(2) 故障原因：HALL傳感器故障。

處理方法： 當電機轉(zhuǎn)動時檢測Hall A, Hall B, Hall C的電壓。電壓值應該在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，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、電機在一個方向上比另一個方向跑得快

(1) 故障原因：無刷電機的相位搞錯。

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

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

處理方法： 檢查電機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)生電機偏差計數(shù)器溢出錯誤

處理方法：

a、增益設置太大，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、負載過重，需要重新選定更大容量的電機或減輕負載，加裝減速機等傳動機構(gòu)提高負荷能力。

(3)故障原因：運行過程中發(fā)生電機偏差計數(shù)器溢出錯誤。

處理方法：

a.增大偏差計數(shù)器溢出水平設定值;

b.減慢旋轉(zhuǎn)速度;

c.延長加減速時間;

d.負載過重，需要重新選定更大容量的電機或減輕負載，加裝減速機等傳動機構(gòu)提高負載能力。

9、伺服電機在有脈沖輸出時不運轉(zhuǎn)，如何處理?

① 監(jiān)視控制器的脈沖輸出當前值以及脈沖輸出燈是否閃爍，確認指令脈沖已經(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)動器的面板確認脈沖指令是否輸入;

⑤ Run運行指令正常;

⑥ 控制模式務必選擇位置控制模式;

⑦ 伺服驅(qū)動器設置的輸入脈沖類型和指令脈沖的設置是否一致;

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)器復位信號沒有被輸入，脫開負載并且空載運行正常，檢查機械系統(tǒng)。