伺服电机和伺服驱动器的使用介绍
一、伺服电机• 伺服驱动器的控制原理
伺服电机和伺服驱动器是一个有机的整体，伺服电动机的运行性能是电动机及其驱动器二者配合所反映的综合效果。
1、永磁式同步伺服电动机的基本结构
图1为一台8极的永磁式同步伺服电动机结构截面图，其定子为硅钢片叠成的铁芯和三相绕组，转子是由高矫顽力稀土磁性材料（例如钕铁錋）制成的磁极。为了检测转子磁极的位置，在电动机非负载端的端盖外面还安装上光电编码器。驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
图1 永磁式同步伺服电动机的结构
图2 所示为一个两极的永磁式同步电机工作示意图，当定子绕组通上交流电源后，就产生一旋转磁场，在图中以一对旋转磁极N、S表示。当定子磁场以同步速n1逆时针方向旋转时，根据异性相吸的原理，定子旋转磁极就吸引转子磁极，带动转子一起旋转，转子的旋转速度与定子磁场的旋转速度（同步转速n1）相等。当电机转子上的负载转矩增大时，定、转子磁极轴线间的夹角θ就相应增大，导致穿过各定子绕组平面法线方向的磁通量减少，定子绕组感应电动势随之减小，而使定子电流增大，直到恢复电源电压与定子绕组感应电动势的平衡。这时电磁转矩也相应增大，最后达到新的稳定状态，定、转子磁极轴线间的夹角θ称为功率角。虽然夹角θ会随负载的变化而改变，但只要负载不超过某一极限，转子就始终跟着定子旋转磁场以同步转速n1转动，即转子的转速为：
（1-1）
图 2 永磁同步电动机的工作原理
电磁转矩与定子电流大小的关系并不是一个线性关系。事实上，只有定子旋转磁极对转子磁极的切向吸力才能产生带动转子旋转的电磁力矩。因此，可把定子电流所产生的磁势分解为两个方向的分量，沿着转子磁极方向的为直轴（或称d轴）分量，与转子磁极方向正交的为交轴（或称q轴）分量。显然，只有q轴分量才能产生电磁转矩。
由此可见，不能简单地通过调节定子电流来控制电磁转矩，而是要根据定、转子磁极轴线间的夹角θ确定定子电流磁势的q轴和d轴分量的方向和幅值，进而分别对q
轴分量和d轴分量加以控制，才能实现电磁转矩的控制。这种按励磁磁场方向对定子电流磁势定向再行控制的方法称为“磁场定向”的矢量控制。
2、位置控制模式下的伺服系统是一个三闭环控制系统，两个内环分别是电流环和速度环。
图 3
• 稳态误差接近为零；
• 动态：在偏差信号作用下驱动电机加速或减速。
二、松下MINAS A5系列AC伺服电机•驱动器的接线和参数设置简介
AC 伺服电机和驱动器MINAS A5 系列对原来的A4 系列进行了性能升级，设定和调整极其简单；所配套的电机，采用 20 位增量式编码器，且实现了低齿槽转矩化；提高了在低刚性机器上的稳定性，及可在高刚性机器上进行高速高精度运转，可应对各种机器的使用。
1、驱动器和伺服电机型号的定义
·驱动器
图 4
·伺服电机
图 5
2、驱动器接口和控制接线
图 6
⑴ 主电路接线：连接器XA包括主电源输入端子和控制电源输入端子，可独立；连接器XB的电机连接端子连接到伺服电机，固定接线，不可反接。（U相 红色、V相 白色、W相 黑色）；X6 接口编码器反馈信号
⑵ X4端口：I/O 控制信号端口。YL-335B接线如图7所示。
图 7
X4端口是一个50针端口，各引出端子功能与运行模式有关。YL-335B采用位置模式，并根据设备工作要求，只使用部分端子。此外，伺服ON输入（29脚）、伺服警报输出负端（36脚，ALM-端）均在接线插头内部连接到 COM- 端（0V）。从接线插头引出的信号
只有：
• 脉冲信号输入端（OPC1、PULS2、OPC2、SING2）
• 正方向驱动禁止输入（9脚，POT），负方向驱动禁止输入（（8脚，NOT）
注意：采用S7-200系列PLC时，PLC脉冲输出端的连接与三菱FX系列PLC不同，图8(a)是FX1N脉冲输出端与驱动器的连接原理，图(b) 则是西门子S7-226脉冲输出端与驱动器的连接原理。
图 8
3、参数设置
⑴ 操作面板使用
图 9
⑵ 参数设置
A5的参数分为7类，即：分类0（基本设定）；分类1（增益调整）；分类2（振动抑制功能）；分类3（速度、转矩控制、全闭环控制）…YL-335B实际上主要使用基本设定。
A5伺服参数设置表格
Pr0.08=0，Pr0.09=0
Pr0.08=0，Pr0.09≠0
编码器分辨率为10000（2500p/rх4） 设置说明：
① 控制模式：Pr0.01 =0 位置控制
② 指令脉冲旋转方向和指令脉冲输入方式：Pr0.06，Pr0.07。
位置指令（脉冲列）对应3 形态的输入：(a)2 相脉冲;(b)正向脉冲／负相脉冲（CW 和CCW）;(c)脉冲列+ 符号。
• Pr0.07 规定了确定指令脉冲旋转方向的方式：两相正交脉冲（0或2）、CW和CCW （=1） 或指令脉冲+指令方向（=3）。用PLC的高速脉冲输出驱动时，应选择 Pr0.07=3。
• 当Pr0.06=0，Pr0.07=3，则指令方向信号SING为高电平（有电流输入）时，正向旋转。例如，当PLC编程使用定位控制指令驱动伺服系统时，需选择 Pr0.06=0• 当Pr0.06=1，Pr0.07=3，则指令方向信号SING为低电平（无电流输入）时，正向旋转。例如，在S7-226编程使用脉冲输出指令驱动伺服系统时，需选择 Pr0.06=1
③ 位置控制模式下电子齿轮的概念和电子齿轮参数
位置控制模式下，等效的单闭环系统方框图
图 10
带积分器的闭环控制系统稳态误差为零，即输入的指令脉冲数乘以电子齿轮比，将与编码器反馈的脉冲数相等。电子齿轮是一个分/倍频器，用以按需要改变指令脉冲数，使之与编码器反馈脉冲数匹配。
YL-335B中，同步轮齿数=12，齿距=5mm, 每转60 mm，为便于编程计算，希望脉冲当量为0.01 mm，即伺服电机转一圈，需要PLC发出6000个脉冲。故设定 Pr0.08=6000。
④ 保护参数：Pr5.04--行程限位禁止输入无效设置，
设定Pr5.04=2，则当左或右限位动作，则会发生Err38 行程限位禁止输入信号错误报警。
二、使用PLC的脉冲输出功能驱动伺服电机
1、三菱FX1N的定位控制指令
定位控制指令包括原点回归（ZRN）、相对位置控制 (DRVI) 、绝对位置控制 (DRVA)和可变速脉冲输出指令（PLSV）。
⑴ 原点回归DZRN：①高速返回到近点，②到达近点以爬行速度返回，近点信号（DOG）由ON变为OFF（下降沿）停止。当前值寄存器（D8041，D8040）清零。执行完
