伺服控制器原理及应用

一、概述 二、BGC-6811型伺服控制器 三、ZETA型伺服控制器概述 伺服控制器是用来控制伺服马达或伺服执行器的一种器件，一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服执行器进行控制，实现高精度的传动系统定位。从结构上看，伺服电机的伺服控制器和变频器差不多，但对元器件的要求精度和可靠性更高。目前主流的伺服控制器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。特点 伺服控制器功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。 伺服控制器也是伺服系统的核心，它的精度决定了伺服控制系统的整体精度。电机伺服控制原理 功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。　　 因此，伺服控制器具有控制器具有量程可调范围宽、响应及时、跟踪准确、工作稳定等突出优点，在精密控制系统中发挥着重要作用，下面我以TRT所用到的BGC-6811和ZETA两种伺服控制器进行介绍。BGC-6811型伺服控制器 BGCD-6811型伺服控制器主要适用于TRT压差发电阀门控制、轴流压缩机静叶角度控制以及其它相关的电液执行机构的伺服控制。该控制器采用大规模集成电路作为核心技术，使时漂和温漂性能有很大改善，同时具有使用方便、灵活，可靠性高等特点。控制器使用了完全集成的混合信号系统级MCU芯片的显示控制，可通过控制器前面板的液晶显示板显示其工作参数及工作状态，使调试和纠错工作更加简便。控制器接收指令信号及反馈信号经过运算及功率放大后送出控制信号控制伺服阀，同时提供指令信号丢失、反馈信号丢失报警功能及4～20mA阀位指示信号。 本控制器为三通道伺服控制器，内含三套相互关联、又可独立工作的控制器，可同时控制三个电液伺服系统。 DGC-6811伺服控制器前面板共六块，每二块组成一个控制器通道，其中左侧的为显示器面板，右侧为控制板面板。显示器面板下方有一个黑色开关，是该通道控制器的电源开关，打开相应的开关其对应的通道即可进入工作状态，显示器面板上方的方形透明窗口即为液晶显示板，为用户提供工作参数显示。控制板面板上装有本地控制旋钮、本地/远程切换开关和控制器参数调节电位器。理解 控制器内部采用插拔结构，每个通道由一块母线板和插在它上面的2块功能板组成，从左往右依次位：通道一的数字板、控制板，通道二的数字板、控制板，通道三的数字板、控制板，其中每个通道的数字板隐藏在显示器面板后，控制板可在外面看到。它们的功能如下： 控制板（CONTROL）：控制器的核心，是实现伺服控制的关键部件，它的工作点一旦调好后，用户切勿再动，否则，可能会使系统失控。 数字板：提供报警信号及系统主要工作参数显示。原理图掌握工作原理 实际工作中，传感器ZE用来测量实际位置（或速度等）信号，并将其转换成对应的电信号送至BGCD-6811伺服控制器作为反馈信号。同时控制器还接收调节器FIC的4～20mADC指令信号。BGCD-6811伺服控制器在内部对这两个信号加以比较。所得差值反映了指令预期位置与实际位置之间的差距，差值经过运算处理和放大后，最终产生一个可以驱动电液伺服阀SV的电流信号。在伺服阀的控制下，动力油作用于伺服油缸SM，带动阀门达到预期阀位，从而实现伺服调节的目的。同时，伺服控制器还送出一路电流信号（4～20mA）到控制室指示实际位置。掌握控制功能 BGCD-6811型伺服控制器可以驱动MOOG阀、BD阀等伺服阀，配合不同变送器和伺服执行机构，可适用于各种现场控制系统，尤其适用于TRT压差发电控制及轴流风机静叶角度控制。控制器具有量程可调范围宽、响应及时、跟踪准确、工作稳定等突出优点。本地控制功能 在主控板的面板上有一只本地控制旋钮及本地/远程切换开关，当开关切到远程时，控制器处于自动状态，接收来自控制室或流量调节器的控制信号。当开关切到本地时，控制器处于本地控制状态，可以通过调节旋钮来改变控制信号的大小，粗略地实现本地控制。掌握报警功能 指令信号丢失报警功能 在控制器后面板，有提供报警输出的端子，触点容量为24VDC、0.3A。当指令控制信号低于3.5mA时，控制器产生报警输出，触点闭合。 反馈信号丢失报警功能 在控制器后面板，有提供反馈信号丢失报警输出的端子，触点容量为24VDC、0.3A。当反馈信号低于3.5mA时，控制器产生报警输出，触点闭合。理解显示功能 控制器前面板上有一长方形液晶显示屏，可以提供多项实时参数显示。 显示屏的第一行即为本地控制信号显示。它显示本地控制信号值，其显示范围为0%～100%。 显示屏第二行是指令输入信号的大小，从左起第一项是指令信号的大小，以mA为单位；第二项是其百分数，从零到百分之百，即4mA对应0%、20mA对应100%。 显示屏第三行是位移传感器反馈信号大小（即实际阀位值），从左起第一项是变送器输出信号的大小，以mA为单位，当使用电压输出型传感器时，单位为V；第二项是其百分数，从零到百分之百。 显示屏第四行第一项是控制器输出的伺服阀电流的大小，以mA为单位；第二项是偏差，即指令信号和反馈信号的差值，单位是V。理解 通道一参数，本地控制信号为50%，指令信号输入为16mA，百分之七十五，反馈信号输入为8mA，百分之二十五，伺服阀电流为16mA，偏差为5V。理解掌握系统调节方法 控制器在使用前只需对实际位置和位置指示电流两项进行调整，先调整实际位置，调好后再调整位置指示电流。调整前控制器应先通电预热半小时左右。 调试前须先确定系统工作是否正常，系统正常工作时油缸在任意位置都能停住。变送器安装是否正确，即零位或静叶角度最小时变送器输出为4mA左右，全开位或静叶角度最大时变送器输出为20mA左右。油管路的连接是否正确，当油缸的A、B腔接反时，伺服系统不能正确工作，此时可重新连接油缸的A、B腔，也可通过改变跳线开关J6的跳线方向来实现相同的目的。理解位置的调节 1．正作用控制方式调节： A．将指令信号设为4mA,调节控制板（CONTROL）面板上标着“变送器”字样的框中的电位器“零点”，油缸会随之运动，不断调节电位器使实际位置到达零位。 B．将指令信号设为20mA,调节控制板（CONTROL）面板上标着“变送器”字样的框中的电位器“行程”，油缸会随之运动，不断调节电位器使实际位置到达满行程位。 C．重复A、B二步几次，直到指令信号为4mA时,实际位置到达零位；指令信号为20mA时,实际位置到达满行程位。理解 2．反作用控制方式调节： A．将指令信号设为20mA,调节控制板（CONTROL）面板上标着“变送器”字样的框中的电位器“零点”，油缸会随之运动，不断调节电位器使实际位置到达零位。 B．将指令信号设为4mA,调节控制板（CONTROL）面板上标着“变送器”字样的框中的电位器“行程”，油缸会随之运动，不断调节电位器使实际位置到达满行程位。 C．重复A、B二步几次，直到指令信号为20mA时,实际位置到达零位；指令信号为4mA时,实际位置到达满行程位。位置指示电流的调整 A．调节指令信号为4mA，等实际位置到达零位后，调整控制板（CONTROL）面板上标着“位置信号输出”字样的框中的电位器“零点”，将位置指示电流调整为4mA。 B．调节指令信号为20mA，等实际位置到达满行程位后，调整控制板（CONTROL）面板上标着“位置信号输出”字样的框中的电位器“量程”，将位置指示电流调整为20mA。 C．重复A、B二步几次，直到指令信号为4mA时,指示电流为4mA；指令信号为20mA时,指示电流为20mA。理解增益和零点的调整 系统增益在出厂时的设定能满足大部分的使用要求，用户也可根据实际的使用情况进行设定。其调节方法为：顺时针增大，逆时针减小。 闭环系统工作时各个环节所产生的误差都会累积到控制器，此时可通过调节控制板（CONTROL）面板上标有“调零”的电位器进行补偿。 如显示窗口的对比度不合适，用户可将显示器面板摘下，调节数字板上的电位器“RW”直到满意为止。理解ZETA系列伺服控制器 ZETA系列伺服控制器是专为陕鼓3H-TRT系统配备的高精度智能型伺服控制器。该控制器不仅具备高精度位置控制、零点与量程调整、正反作用切换和信号丢失记忆功能，保证静叶和旁通阀在信号丢失的情况下不发生误动作。ZETA伺服控制器控制精度高、分辨率高、漂移小、抗干扰能力强，现场调试十分方便。其设计充分考虑了行业用户的特点，具有很强的专业针对性。工作原理 如下图所示，控制器一方面接收来自主控室位置指令信号，另一方面接收来自位移传感器测量的实际位置反馈信号。伺服控制器在内部对这两个信号进行转换、比较，并经过一定的高级运算，产生一个可以驱动电液伺服阀SV的电流信号。在伺服阀的控制下，动力油作用于伺服油缸SM，带动静叶角度或阀门达到预期位置，从而实现静叶或阀门位置调节的目的。同时，伺服控制器还送出一路电流信号到控制室指示静叶角度或阀门的位置。掌握主要功能 1、控制功能ZETA系列伺服控制器是3H-TRT系统的重要组成部分。该控制器可以驱动MOOG阀等多种伺服阀，配合不同位置传感和伺服执行机构，构成高精度的位置伺服控制系统，确保高炉顶压的高精度稳定性。控制器具有控制精度高、量程可调范围宽、分辨率高、漂移小、工作稳定、抗干扰能力强、现场调试十分方便等突出优点。 2、参数调整功能 控制器上可以十分方便的设置传感器位置反馈信号和位置指示信号的零点和量程。对静叶和旁通阀的位置传感器及伺服执行机构的正反作用、安装方式等具有很强的适应性，可以方便的切换正反作用控制方式。即可适用于角位移传器也可适用于线位移传感器。信号丢失报警与记忆功能 当控制指令或位置反馈指令低于最小值的90%时，控制器产生报警，有源触点输出24V高电平，当控制指令或位置反馈大于最小值90%时，报警消失，有源触点输出0V低电平。 在控制器产生指令或位置反馈信号丢失报警的同时，会将指令信号或反馈信号锁定在丢失前的最后一次正常测量值，从而避免由于指令或位置反馈信号丢失而使控制器产生误动作，导致高炉顶压剧烈波动，严重影响TRT机组安全。理解通信功能 控制器集成有RS-485接口，可以与TRT主控系统及其它控制器组成通信网络。TRT主控系统可以通过通信网络读取控制器内部历史数据，对控制器内部故障进行诊断。使用者还可以通过通信网络对控制器参数进行远程设定。理解调试 伺服控制器调试前必须做好以下两项准备工作： 1．将静叶置手动状态，使用电磁阀关闭静叶，现场观测静叶应该向关小的方向动作。静叶关到最小时，位置传感器的反馈电流应为4mA左右（不要求是准确的4mA）。 2．将静叶置手动状态，使用电磁阀开启静叶，现场观测静叶应该向开大的方向动作。静叶开到最大时，位置传感器的反馈电流应为20mA左右（不要求是准确的20mA）。掌握开始调试： 1．将静叶置手动状态，使用电磁阀完全关闭静叶，按手操器F1键，此时手操器屏幕上有“确定传感器新零点”字样，按回车键确认。 2．将静叶置手动状态，使用电磁阀完全开启静叶，按手操器F2键，此时手操器屏幕上有“确定传感器新量程”字样，按回车键确认。 3．同时按下手操器shift和F1键即F5键，此时手操器屏幕上有“设定K值”字样。设置K值为1.0000。此时将静叶置自动状态，使用伺服阀控制静叶，在静叶开度设置框中打入不同数字，现场观测静叶应该可以动作。如果静叶不动作，请将K值设定为-1.0000。K值只能为1.0000或-1.0000。更改K值先同时按shift和F1，再按回车键，此时K值的末位数字闪烁，按下shift不放同时按上下键可以将光标左右移动。单按上下键可以改变光标所在位的数字。掌握 4．将静叶置自动状态，使用伺服阀控制静叶，在静叶开度设置框中打入0.0，现场观测静叶应该关到最小。此时按下F3键，此时手操器屏幕上有“确定指示电流新零点”字样，按回车键，更改此值为6400.0，按回车键确认。通过增加或减小指示电流零点的值使电脑中显示静叶开度为0.0~0.5%。 5．将静叶置自动状态，使用伺服阀控制静叶，在静叶开度设置框中打入100.0，现场观测静叶应该开到最大。此时按下F4键，此时手操器屏幕上有“确定指示电流新量程”字样，按回车键，更改此值为32000.0，按回车键确认。通过增加或减小指示电流量程的值使电脑中显示静叶开度为99.5~100.0%。 6．至此伺服控制器调节完毕，可以在静叶开度设置框中打入不同的值观测静叶动作和反馈值是否正常。掌握小结通过对BGC和ZETA两款伺服控制器的学习我们可以了解到电液类伺服控制系统的原理与构成，并通过学习掌握伺服控制器的调试方法，伺服控制器的应用中还有很多值得我们继续学习和研究的东西，还需在日后的工作中不断深入的学习。