伺服讲义

三菱伺服系統教育訓練講義課程名稱：三菱泛用AC伺服系統基本及應用伺服的定義『伺服』(servo)字義來自奴隸(servant)一詞，在控制系統上係指對控制命令的精確追隨能力(null tracking capability)；通常應用於伺服機構的(servo mechanism)速度、加速度及位置控制之閉迴路系統。

指令部控制部主迴路部伺服馬達Encoder可動部伺服驅動器設定馬達的種類TYPE構造優點缺點SM型伺服馬達(同期型)1. 迴轉子：永久磁鐵2. 固定子：線圈1. 免維護2. 優良的耐環境性3. 大扭力4. 停電時發電制動可能5. 小型‧輕量6. 高功率比率1. 伺服驅動器較複雜(與DC馬達相比)2. 馬達與驅動器必須1對1對應3. 磁石可能會減磁IM型伺服馬達(感應型)迴轉子、固定子皆為線圈1. 免維護2. 優良的耐環境性3. 高速‧大扭力4. 大容量時效率佳1. 伺服驅動器較複雜(與DC馬達相比)2. 停電時制動不可4. 馬達與驅動器必須1對1對應DC伺服馬達 1. 迴轉子：線圈2. 固定子：永久磁鐵3. 整流子、碳刷1. 伺服驅動器構成簡單2. 停電時發電制動可能3. 小容量價低4. 高功率比率1. 整流子須定期維護2. 有碳粉產生(碳刷)，不適合無塵室等場所3. 整流碳刷的關係，高速大扭力使用不可4. 磁石可能會減磁定位方式比較分類速度控制方式位置控制方式方式Limit switch方式脈波計數方式脈波指令方式硬體構成INV+感應馬達+Brake+減速用開關+停止用開關PLC(DA模組、高速Counter)+INV+感應馬達+EncoderPLC(定位模組)+伺服驅動器+伺服馬達(含Encoder)停止精度約±0.5～5.0mm約±0.5～5.0mm約±0.0001～0.05mm控制模式種類模式位置控制模式速度控制模式扭力控制模式指令脈波類比電壓(0～±10V)類比電壓(0～±8V)應用例1. 滾輪送料2. 製袋機3. X-Y Table…等1. 輸送帶2. 定速機械…等1. 卷取機械2. 沖壓機械…等三菱泛用伺服分類1.MR-C系列：30W～400W2.MR-J系列：50W～3.5KW3.MR-J2系列：50W～3.5KW4.MR-J2-Super系列：50W～7KW5.MR-H-N系列：50W～55KW(30KW ～55KW為440V)◆A-type：泛用標準界面(MR-J2-A、MR-J2S-A 、MR-HAN)◆B-type：SSC-NET(BUS-LINK) (MR-J2-B、MR-J2S-B 、MR-HBN)◆C-type：1軸控制內藏(MR-J2-C、MR-HACN)形名構成✹伺服驅動器M R -J 2 S - 1 0A 1無:三相AC200V 、單相AC230V ，1:單相AC100V(預定販賣)A:標準脈波列、類比I/F ，B:SSCNET10、20、40、60、70、100、200、350、(500、700)伺服驅動器系列名✹伺服馬達H C -K F S 0 53軸端加工K:槽鍵D:D 型軸減速機:G1、G2電磁剎車B:附電磁剎車額定旋轉速度r/min 1:1000 2:2000 3:3000額定輸出05:50W~70:7KW馬達系列MFS 、KFS 、SFS 、RFS 、UFS<檢出器解析度17bit>伺服馬達系列名✹於既有之型名追加Super 之S ✹減速機與既有品相同✹外形尺寸及安裝具互換性馬達容量區分✹對應之伺服驅動器(MR-J2-SUPER系列)HC-系列旋轉速度r/min額定/最高容量(W)305010050075085010002000300035007000用途小容量低慣性KFS新規開發超低慣性MFS中容量中慣性SFS低慣性RFS扁平型扁平型UFS3000/45003000/45001000/15002000/30003000/30003000/45002000/30003000/4500皮帶驅動裝置ROBOT嵌入機插件機運輸裝置繞線機X-Y TABLE食品機械高頻度定位裝置食品機械ROBOT縫紉機✹KFS馬達慣性為MFS馬達之3~5倍，可構築更安定的系統使用方便三菱泛用伺服組成馬達HC-KFS43HC-SFS102驅動器MR-J2S-40A MR-J2S-100A 接頭MR-J2CN1MR-J2CN1CN1端子台MR-TB20T+MR-J2TBL2T MR-TB20T+ MR-J2TBL2T接頭MR-J2CNM MR-J2CNSCN2連接線MR-JCCBL□T MR-JHSCBL□T電源接頭MR-PWCNK1MR-PWCNS1(MR-PWCNS2)回生電阻內藏內藏伺服馬達系列HC-KFS 系列（小容量‧低慣性）伺服馬達型名 HC-KFS 053(BG)13(BG)23(BG)43(BG)73(BG)預定發售 型名規格伺服驅動器型名 MR-J2S-10A 10A 20A 40A 70A 電源設備容量(kVA)（注2）0.30.30.50.9 1.3額定輸出容量(W)50100200400750連續特性額定轉矩(N ．m{kgf ．cm})0.16{1.62}0.32{3.25}0.64{6.5} 1.3{13.0}—最大轉矩(N ．m{kgf ．cm})0.48{4.86}0.95{9.74}1.9{19.5}3.8{39.0}—額定旋轉速度(r/min)3000最大旋轉速度(r/min)4500瞬時容許旋轉速度(r/min)5175連續額定轉矩時的功率比率(kW/s) 4.7812.19.6524.2—額定電流(A)0.83 1.1 2.3—最大電流(A)2.53.4 6.9—沒有選配（注4）（注4）（注4）220—MR-RB032(30W)（注4）（注4）（注4）660—回生剎車頻度（回／分）（注3）MR-RB12(100W)——（注4）2200—J(×10-4 kg ．m 2)0.053(0.056)0.084(0.087)0.42(0.47)0.67(0.72)—慣性矩( )為附B GD 2(kgf ．Cm 2)0.21(0.22)0.34(0.35) 1.68(1.88) 2.68(2.88)—建議負載慣性矩比伺服馬達慣性矩15倍以下（注5）速度．位置檢出器編碼器、伺服馬達1轉的分解能：131072 P/rev裝 備 品編碼器、油封構 造全閉自冷（保護方式IP55）（注6）周圍?度0～40℃（避免結凍），保存：-15～70℃（避免結凍）周圍濕度80%RH 以下（避免結露），保存：90%RH 以下（避免結露）周圍氣體屋?（避免陽光直接照射）、沒有腐蝕性氣體、易燃氣體、油霧、塵埃等環 境標高／振動海?1000m 以下／X,Y ：49m/s 2{5G}伺服馬達︿注1﹀質 量 (kg) ( )為附B ?0.40(0.75)0.53(0.89)0.99(1.6)1.45(2.1)3.0(4.0)伺服馬達規格說明驅動器規格說明伺服驅動器形名MR-J2S-10A20A40A60A70A100A200A350A500A預定販賣700A預定販賣10A120A140A1電壓．頻率(注1)三相AC200～230V／50,60Hz或單相AC230V／50，60Hz（注2）三相AC200～230V／50,60Hz（注2）單相AC100～120V／50,60Hz容許電壓變動三相AC170～253V／50,60Hz或單相AC207～253V／50，60Hz三相AC170～253V／50,60Hz單相AC85～127V／50,60Hz電源容許頻率變動±5%以內控制方式正弦波PWM控制．電流控制方式動態剎車器內藏（注3）速度頻率響應550Hz以上保護機能過電流切斷、回生過電壓切斷、過負載切斷（電子線圈）、伺服馬達過熱保護、檢出器異常保護、回生異常保護、不足電壓．瞬時停電保護、過速度保護、誤差過大保護最大輸入脈波頻率500kpps（差動輸入方式時），200kpps（開集極方式時）定位回饋脈波伺服馬達旋轉1轉分解能：131072 P/rev指令脈波倍率電子齒輪A/B倍A＝1～65535或131072，B＝1～65535 1/50＜A/B ＜500定位完了幅設定0～±10000pulse（指令脈波單位）誤差過大±10回轉伺服驅動器位置控制規格轉矩限制參數設定或依外部類比輸入設定(DC 0～+10V/最大轉矩)產品特長✹基本性能提升(發揮機械性能之極限)✷應答頻率、編碼器解析度提升✹使用方便、安裝時間縮短✷高性能即時自動調諧✷伺服馬達種類齊全✷共振濾波器、適應制振控制✹整體支援含有機械系✷模式適應控制✷機械分析機能、機械仿真機能✷增益搜尋機能✹耐環境、規格、與既有品可互換✷耐振動提升✷海外規格、馬達保護構造✷伺服馬達ID✷外形尺寸、安裝、各信號的互換性編碼器之高解析度化✹從小容量到中容量之機種，均採用絕對編碼方式: 17bit(131072p/rev)✹含高解析度編碼器之馬達尺寸與既有品相同✹同業狀況標準準標準J2-Super J2II MINAS-A容量全容量-750W1KW--750W750W以上-750W750W以上編碼器(bit)INC/ABSINC/ABSINC/ABSINCABSINCABSINCABSINCINC/ABS1213141516171819201KW以上1000010000高性能高性能即時自動調諧✹無論條件多麼嚴格的狀態下，均能正確推定出負荷慣性<在極嚴格場合下，負荷慣性瞬時推定之比較>例:HC-MFS13、螺桿螺距6mm 、負荷慣性瞬時比5.6倍之場合、垂直軸不平衡負荷20%、磨擦轉矩約15%、加減速轉矩額定之1.4% HC-MF13:推定值:實際之負荷慣性瞬時比3020100慣性倍率時間[sec]51015既有自動調諧啟動HC-MFS13:推定值:實際之負荷慣性瞬時比302010慣性倍率時間[sec]51015高性能即時自動調諧啟動新共振濾波器✹在機械系剛性低的地方，轉矩傳動部份會有軸共振情形發生。

✹可使用共振濾波器來抑制軸共振，最多可使用2個。

轉矩傳動機構負荷機械頻率(Hz)共振濾波器於共振點使用共振濾波器使用方便通信介面擴充性✹RS-232C之場合✹RS-422之場合(最大至32軸)RS-232C/RS422轉換模組由J2至J2-Super 之變更內容總結驅動器的演算處理高速化應答頻率250Hz→550Hz使用更加方便自動調諧機能提升共振濾波器及適應制振控制增益搜尋、機械分析及仿真機能顯示LED 4位→5位擴充性SSCNET對應、RS232C、RS422 高解析度編碼器的標準化13bit(8192)，14bit(16384)→17bit(131072) 耐環境性提升馬達保護小容量等級IP44→IP55耐振動性小容量2G→5G使用更加方便高慣性馬達HC-KFS系列FX-10GM SV DRIVE簡稱信號名稱I/O區分RD準備完了OCOM數位I/F用電源輸入電源INP定位完了OP15R DC15V電源輸出電源OP Z相脈波(開集極)OLG控制公用點電源PP正轉脈波列ISG數位I/F用公用點電源NP逆轉脈波列ICR清除IPP-SG間為開集極式正轉脈波列輸入NP-SG間為開集極式逆轉脈波列輸入SV DRIVE簡稱信號名稱I/O區分EMG外部非常停止ISON伺服ON IRES重置IPC比例控制ITL轉矩限制ILSP正轉行程極限ILSN逆轉行程極限ITLA類比轉矩限制類比輸入SV DRIVE簡稱信號名稱I/O區分EMG外部非常停止ISON伺服ON IRES重置IPC比例控制ITL轉矩限制ILSP正轉行程極限ILSN逆轉行程極限ITLA類比轉矩限制類比輸入腳位說明-位置控制-A1SD75P-(1)SV DRIVE簡稱信號名稱I/O區分PG正轉脈波列OPP正轉脈波列ONG逆轉脈波列ONP逆轉脈波列OPG-PP間為差動式正轉脈波列輸入NG-NP間為差動式逆轉脈波列輸入簡稱信號名稱I/O區分SP1速度選擇1ISP2速度選擇2IST1正轉啟動IST2逆轉啟動IVC類比速度指令類比輸入簡稱信號名稱I/O區分SA速度到達O¨ªµA¨ì¥Ü®Å³´¯æ¦ë¤µ¬e¨ì¥Ü¸d¯í¦^õX­ß¨i®Öºn C pulseÅã¥Ü¦ø¨A©¨´F»Ë¥X¹´¨µ¦^õX­ß¨i®Öºn -99999¡ã99999¦ø¨A©¨´FªÛÂà¯t©×r r/minÅã¥Ü¦ø¨A©¨´F¨µªÛÂà¯t©×-5400¡ã5400¶~¬t­ß¨i E pulseÅã¥Ü¶~¬t«p·Æ¹´¨µ¶~¬t­ß¨i·Æ-99999¡ã99999©ü¥O­ß¨i®Öºn P pulse Åã¥Ü¦ë³m©ü¥Oºé¤J­ß¨i·Æ®Öºn¡Aª©«·¤W´q¤l¹¦¸ü¤ñ¤§©e¨µ«È-99999¡ã99999©ü¥O­ß¨i»W®v n kpps Åã¥Ü¦ë³m©ü¥O­ß¨i»W®v«È¡Aª©«·¤W´q¤l¹¦¸ü¤ñ¤§©e¨µ«È-800¡ã800Ãþ¤ñ¯t©×©ü¥O («¨î)´q»£F VÅã¥ÜÃþ¤ñ¯t©×©ü¥O(«¨î)´q»£«È-10.00¡ã+10.00Ãþ¤ñÂà­x©ü¥O («¨î)´q»£U VÅã¥ÜÃþ¤ñÂà­x©ü¥O(«¨î)´q»£«È-10.00¡ã+10.00¦^¤É«t³ü®v L%Åã¥Ü¦^¥Í´q¤O´ï§î¬e¯\¦^¥Í´q¤O¤§¤ñ0¡ã100¨ªµA ¨ì¥Ü®Å³´¯æ¦ë¤µ¬e ¨ì¥Ü¸d ¯í´ê¬Ä«t ³ü®vJ %Åã¥Ü¯s Äí´ê¬Ä«t ³üÂà­x 0¡ã300¬p «È«t ³ü®vb %Åã¥Ü¥[°î¯t ¬É¨µ¯Ì¤j ±o ¥ÍÂà­x 0¡ã400»þ¬É±o ¥ÍÂà­x T %Åã¥Ü»þ¬É±o ¥Í¨µÂà­x 0¡ã4001©j Âव¦ë³mlow Cy1pulse ªÛÂà1©é¤µ¨µ¦ë³m ¥H »Ë¥X ¹´¨µ­ß¨i ¯æ¦ëÅã¥Ü0¡ã99999100pulse ABS «p ·Æ¹´LS rev ¨Ì±°´ï¦ë³m »Ë¥X ¨t ®Îªq «ëÂI (0)©_¨µ®¹©Ê²q ¡A ¥H ±°´ï¦ë³m »Ë¥X ¹´¨µ«p ·Æ¹´¨Ó¨ì¥Ü-32768¡ã32768«t ³üµD §Ê­x ¤ñdc «ºÅã¥Ü¦ø¨A ©¨´F ²b ¨µµD §Ê¤O ­x ¤ñ¨µª»°ú«È0.0¡ã300.0¥»¸u ´q »£Pn V Åã¥Ü¥D ©j ³ôP-N ²¡¨µ´q »£«È0¡ã4501©j Âव¦ë³mhighCy2ªÛÂà2©é¤µ¨µ¦ë³m ¥H »Ë¥X ¹´¨µ­ß¨i ¯æ¦ëÅã¥Ü0¡ã13107名稱表示內容準備尚未完成初始準備中，或發生異警時次序準備完成初始準備完成後，作伺服ON而成為可運轉狀態外部I/O 信號表示顯示外部I/O信號的ON-OFF狀態上方為輸入信號，下方為輸出信號燈亮：ON燈熄：OFF強制輸出信號數位輸出信號可以強制加以ON/OFF JOG運轉無脈波輸入亦能使伺服馬達作JOG運轉定位運轉無脈波輸入亦能使伺服馬達作定位運轉，需使用SETUP S/W才能作動無馬達運轉不連接伺服馬達，對外部輸入信號作回應，可正常輸出信號及狀態表示測試運轉模式機構分析運轉透過伺服系統對伺服馬達自動加振，可解析機械系的共振頻率VC自動Offset可作VC或VLA再0V時的電壓自動零補正名稱表示內容沒有發生異警現在異警發生異警33(過電壓)發生異警時會閃爍前第1次發生異警50(過負荷)前第2次發生異警33(過電壓)前第3次發生異警10(電壓不足)異警履歷前第4次發生異警31(過速度)前第5次沒有發生異警前第6次沒有發生異警沒有發生異警37(參數錯誤)參數錯誤參數NO.1的數據內容異常分類NO.略稱名稱控制模式單位0*STY 控制模式．回生電阻選擇P ．S ．T -1*OP1機能選擇1P ．S ．T -2ATU 自動調諧P ．S -3CMX 電子齒輪(指令脈波頻率分子)P -4CDV 電子齒輪(指令脈波頻率分母)P -5INP 定位到達範圍P pulse 6PG1位置控制增益1P rad/s 7PST 位置指令加減速常數(平滑化)P ms 內部速度指令1S 8SC1內部速度限制1T r/min 內部速度指令2S 9SC2內部速度限制2T r/min 內部速度指令3S 10SC3內部速度限制3T r/min 11STA 速度加速常數S ．T ms 12STB 速度減速常數S ．T ms 13STC S 形加減速常數S ．T ms 基本參數14TQC 轉矩指令常數Tms分類NO.略稱名稱控制模式單位15*SNO 局番設定P ．S ．T 局16*BPS 通信Baud rate 選擇．異警履歷清除P ．S ．T -17MOD 類比監控輸出P ．S ．T -18*DMD 狀態表示選擇P ．S ．T -基本參數19*BLK 禁止寫入參數P ．S ．T -20*OP2機能選擇2P ．S ．T -21*OP3機能選擇3(指令脈波選擇)P -22*OP4機能選擇4P ．S ．T-23FFC 前饋增益P %24ZSP零速度P ．S ．Tr/min 類比速度指令最大旋轉速度S 25VCM 類比速度限制最大旋轉速度T (r/min)26TLC 類比轉矩指令最大輸出T %27*ENR 檢出器輸出脈波數P ．S ．T pulse 28TL1內部轉矩限制1P ．S ．T%類比速度指令OffsetS 擴張參數 129VCO 類比限制指令OffsetTmV分類NO.略稱名稱控制模式單位類比轉矩指令OffsetT 30TLO 類比轉矩限制OffsetS mV 31MO1類比監控1 Offset P ．S ．T mV 32MO2類比監控2 Offset P ．S ．T mV 33MBR 電磁剎車次序輸出P ．S ．T ms 34GD2對伺服馬達的負荷慣性矩比P ．S ．T×0.1倍35PG2位置控制增益2P rad/s 36VG1速度控制增益1P ．S rad/s 37VG2速度控制增益2P ．S rad/s 38VIC 速度積分補償P ．S ms 39VDC 速度微分補償P ．S -41*DIA 輸入信號自動ON 選擇P ．S ．T -42*DI1輸入信號選擇1P ．S ．T -43*DI2輸入信號選擇2(CN1B-5Pin)P ．S ．T -44*DI3輸入信號選擇3(CN1B-14Pin)P ．S ．T -擴張參數145*DI4輸入信號選擇4(CN1B-8Pin)P ．S ．T-分類NO.略稱名稱控制模式單位46*DI5輸入信號選擇5(CN1B-7Pin)P ．S ．T -47*DI6輸入信號選擇6(CN1B-8Pin)P ．S ．T -48*DI7輸入信號選擇7(CN1B-9Pin)P ．S ．T -擴張參數149*DO1輸出信號選擇1P ．S ．T -51*OP6機能選擇6P ．S ．T -53*OP8機能選擇8P ．S ．T -54*OP9機能選擇9P ．S ．T -55*OPA 機能選擇A P -56SIC Serial 通信暫停選擇P ．S ．T s 58NH1機械共振抑制濾波器1P ．S ．T -59NH2機械共振抑制濾波器2P ．S ．T -60LPF Low-Pass 濾波器．適應制振控制P ．S ．T -61GD2B 對伺服馬達的負載慣性矩比P ．S ×0.1倍62PG2B 位置控制增益2變更比率P %擴張參數263VG2B 速度控制增益2變更比率P ．S%分類NO.略稱名稱控制模式單位64VICB速度積分補償增益2變更比率P．S%65*CDP增益切換選擇P．S-66CDS增益切換條件P．S-67CDT增益切換常數P．S ms 69CMX1指令脈波倍率分子2P-70CMX2指令脈波倍率分子3P-71CMX3指令脈波倍率分子4P-內部速度指令4S72SC4內部速度限制4Tr/min內部速度指令5S73SC5內部速度限制5Tr/min內部速度指令6S74SC6內部速度限制6Tr/min內部速度指令7S 75SC7內部速度限制7T r/min擴張參數276TL2內部轉矩限制2P．S．T%驅動系介紹功用：1.改變精度2.改變速度◆精度公式Δl=(ΔS/Pt)×(CMX/CDV)Δl：(mm/pulse)每一脈波移動量ΔS：(mm/Rev)馬達一迴轉的移動量Pt ：(pulse/Rev)回饋脈波數CMX ：電子齒輪比分子CDV ：電子齒輪比分母f0：(pulse/sec)指令脈波頻率pps N：rpmV0 ：(mm/min)直線運動線速度◆速度公式f0×(CMX/CDV) =Pt×N/60或f0=V0/60×Δl或N=V0/ ΔS要點：1.1/50<CMX/CDV<5002.速度、精度、電子齒輪比三者成正比練習現有一機構，使用時規皮帶傳動，齒距=10(mm)，齒數為20齒，減速比n=1/2，伺服馬達為HC-KFS43，要求1pulse移動量為1條，試求出電子齒輪比?Gain調整功能Pr.2的設定負荷慣性矩比的推定自動設定的參數使用者可調整的參數自動調諧模式1010□常時推定PG1(Pr.6),GD2(Pr.34)PG2(Pr.35),VG1(Pr.36)VG2(Pr.37),VIC(Pr.38)Pr.2的應答性設定自動調諧模式2020□PG1(Pr.6),PG2(Pr.35)VG1(Pr.36),VG2(Pr.37)VIC(Pr.38)GD2(Pr.34)Pr.2的應答性設定手動模式1030□PG2(Pr.35)VG1(Pr.36)PG1(Pr.6),GD2(Pr.34) VG2(Pr.37),VIC(Pr.38)手動模式2040□Pr.34值固定PG1(Pr.6),GD2(Pr.34)PG2(Pr.35),VG1(Pr.36)VG2(Pr.37),VIC(Pr.38)補間模式000□常時推定GD2(Pr.34),PG2(Pr.35)VG2(Pr.37),VIC(Pr.38)PG1(Pr.6) VG1(Pr.36)START2軸以上補間補間模式自動調諧模式1YesNoOK?自動調諧模式2OK?No手動模式1OK?NoNo手動模式2ENDYesYesYesOK?NoYes機械的特性應答性設定機械剛性機械共振頻率推測對應機械推測115Hz 220Hz 325Hz430Hz535Hz 645Hz 755Hz 870Hz985Hz A 105Hz B 130Hz C 160Hz D 200Hz E 240Hz F低↑中↓高300Hz大型搬送一般工作機械搬送機高精度工作機插件機機械手臂速度迴路響應頻率(Hz)=VG2/(1+馬達對負載慣性矩比)×2πVIC(ms)≧2000～3000/(VG2/(1+GD2×0.1)) PG1≦VG2/(1+馬達對負載慣性矩比)1/3。