1 伺服運動系統的組成     所改造的是一臺三坐標銑床 ,采用具有90年代先進水平的美國AVTOCON DELTA 20數控系統,該數控系統最多可控制5個坐標 ,給出了一個坐標的伺服運動控制單元結構框圖,其中旋轉編碼器、測速電機及伺服電機三者同軸安裝。這是一個具有內層電流反饋環、中間電壓反饋環、外層位置反饋環的典型半閉環數控伺服單元。

    2 伺服運動失控故障現象     該數控伺服控制系統，在按設計圖紙連線及設定好數控伺服運動有關參數的基礎上進行聯機調試時,出現了伺服運動失控的現象,表現為;一接通伺服驅動系統的電源后,不管CNC伺服控制系統處在何種初始狀態 ,伺服電機均帶動工作臺以間歇振蕩方式向一方向快速移動,同時數控系統的控制屏幕上出現“伺服控制出錯”提示。     3 故障檢查     為找到、造成上述失控現象的原因,對該數控銑床從軟、硬件兩方面進行了分析及參數調試。

    3.1軟參數調整     從 “軟”件方面來看,可能會由于數控系統的一些參數設置不當而造成“伺服控制出錯”或伺服系統振蕩等問題的出現。該數控系統內部對應于每一坐標均有與伺服運動有關的參數單元,可在現場進行參數修改逐一調試均未緩解問題的現象,因此認為問題可能出在組成伺服環的硬件環節上。     3.2 檢查位五閉環電路     為分離故障源,編碼器與系統伺服單元,點的連線,即取消位置反饋控制環。按照數控原理分析,此時若有一設定 的距離值轉換為脈沖經位置控制器控制后,再經D/A轉換以電壓形式輸出,則伺服驅動器將這個信號放大后 ,就會驅動伺服電機以某一轉速轉動,由于沒有位置反饋環,初始設定的脈沖值不會減少,因此該轉動將不會停止。接通電源后,情況確實如上所述,通過手動按鈕設定正向距離或負向距離值后,伺服電機均能正向轉動或反向轉動轉動速度 隨距離設定值的增大而加快,屏幕上顯示設定的距離值不變,同時顯示已移動的距離,由此說明數控系統工作正常。      連接數控系統與伺服驅動器并組成位置,反饋控制環的一個關鍵器件是裝在測速電機軸上的旋轉編碼器,將旋轉編碼器卸下后,測試結果表明,該旋轉編碼器工作正常,恢復位置控制環電路.但旋轉編碼器并不安裝在測速電機的軸上,開機后未出現伺服運動失控的現象。設定距離值后,伺服電機開始轉動,這時用手按照伺服電機的旋向和速度轉動旋轉編碼器軸模擬旋轉編碼器安裝在測速電機軸上的情況 ,工作臺可在移動給定距離值后停止運動。

     由此斷定;CNC 數控系統的伺服運動參數、PWM月收伺服驅動器的電參數及旋轉編碼器的參數正常。整個半閉環數控系統處于一種平衡、穩定的狀態。而將旋轉編碼器裝上測速電機后出現的伺服運動失控現象,表明問題就是出在旋轉編碼器與系統的連接上,二者連接后,一定有某一因素在起作用,導致數控系統失穩。旋轉編碼器以兩種形式 與數控系統連接,一種是用機械連接的方式將其固定在測速電機的外殼及軸上，另一種就是電脈沖信號的連接。從機械連接方面看,旋轉編碼器與測速電機同軸安裝,二者轉動方向與速度相 同,上述的模擬試驗表明它們之間是 協調的,同步運行不會導致伺服運動失控?從電氣方面來看,上述的模擬試驗也表明,旋轉編碼器接人數控系統后不會造成伺服運動失控,但用一根導線將旋轉編碼器外殼與測速電機的外殼連接后,伺服運動失控的現象立刻出現,斷開連線后,系統又恢復正常。這表明;導致伺服運動失控的因素來自測速電機。一定有一個來自測速電機的干擾信號經旋轉編碼器饋人數控系統位置控制器的脈沖輸人比較端,導致伺服運動失控。       測速電機和伺服電機從外表上看，兩者連接為一體,但兩者之間實際上是絕緣的,接通伺服驅動器后 ,測速電機外殼與伺服電機外殼(地線)間有一約5mV 的高頻干擾信號。

      4 故障排除及原因分析       將測速電機的外殼妥善接地后,這個高頻干擾信號被旁路,安裝好旋轉編碼器后 ,數控系統即能正常工作 ,伺服運動不出錯。從接通伺服驅動器后才有干擾信號這個現象可斷定 ;干擾源來自伺服驅動器,該伺服驅動器采PWM控制方式,其調制頻率為20KHz控制器本身還產生高次諧波 。這個高頻調制信號及產生的高次諧波信號加在伺服電機線圈上后通過空間藕合到與其集成為一體的測速電機外 殼上 形成一高頻干擾源從示波器上觀察,這個高頻干擾信號的正向及負向均有一條邊界模糊的干擾信號帶這個干擾信號從測速電機外殼傳到旋轉編碼器外殼,又通過旋轉編碼器外殼饋人旋轉編碼器的信號線,進人數控伺服單元的位置控制器。      以初始設定距離值零為例,干擾信號進人伺服單元的位置控制器脈沖輸人比較端后,向伺服驅動器發出進給指令 ,本系統中干擾信號,實際產生的是正向進給指令得到進給指令的伺服電機帶動旋轉編碼器正向旋轉,這時旋轉編 碼器的脈沖信號也正常進人位置控制器,這些正向脈沖與距離設定值(脈沖個數)零比較,就使位置比較環輸出一個反向指令,以逼近設定值。但隨之而來的干擾信號又向伺服驅動器發出正向進給指令,導致故障發生,造成伺服運動失控,使數控系統的位置 比較環輸出發生振蕩,伺服電機帶動工作臺以間歇振蕩方式向正方向快速移動,同時數控系統的控制屏幕上出現“伺服控制出錯”提示。       結 論       數控系統在接地設計時,既要考慮到一個導體應采取一點接地方式,又要細致地考慮系統內應接地的每一部件,不遺漏接地點。從上述伺服運動失控問題來看,筆者認為宜從閉環伺服控制的原理著手,分別從伺服控制的“軟”參數和控制環節的硬件電參數兩方面去查找原因 ,并將閉環先改為開環控制進行調試,確定故障的是開環時就存在的,還是引人閉環后才產生的,以找到問題的根源。