伺服系統(tǒng)的干擾問題如何處理,？交流伺服電機(jī)振動(dòng)故障解決方案,！
在伺服應(yīng)用中經(jīng)常遇到干擾問題,，造成不可預(yù)知的誤動(dòng)作或者報(bào)警,，使得伺服不能按照指定的方式正常運(yùn)行,，甚至燒毀驅(qū)動(dòng)器，而且產(chǎn)生問題的原因排除起來(lái)也比較困難,。經(jīng)過查閱相關(guān)資料,，和工作中處理干擾問題的一些經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合近來(lái)在氬弧焊機(jī)中所遇到的干擾問題,，探討一下如何處理干擾,。
氬弧焊機(jī)產(chǎn)生的干擾源
氬弧焊機(jī)采用高頻引弧,。引弧時(shí)，讓鎢極末端與焊接表面之間保持一定的小間隙,，然后,，接通高頻振蕩器脈沖引弧電路，使間隙擊穿放電而引燃電弧,，高壓電擊穿后再由大電流導(dǎo)通穩(wěn)弧,。鎢極氬弧焊機(jī)采用高頻引弧時(shí)，由于焊機(jī)利用頻率達(dá)幾十萬(wàn)赫茲,，電壓高達(dá)數(shù)千伏的高頻高壓擊穿空氣間隙形成電弧,，因此高頻引弧是一個(gè)很強(qiáng)的諧波干擾源?；『改孀冸娫磳?duì)電網(wǎng)來(lái)說,，本質(zhì)上是一個(gè)大的整流電源，由于電力電子器件在換流過程中產(chǎn)生前后沿很陡的脈沖,，從而引發(fā)了嚴(yán)重的諧波干擾,。逆變電源的輸入電流是一種尖角波，使電網(wǎng)中含有大量高次諧波,。電壓諧波和電流諧波之間存在嚴(yán)重相移,，導(dǎo)致焊機(jī)的功率因數(shù)很低。
處理干擾的措施
在本案例中,，氬弧焊機(jī)電源與伺服驅(qū)動(dòng)器供電電源分別供給,。氬弧焊機(jī)電源用隔離變壓器隔離，伺服電源線外套一個(gè)扼流圈后送入有源功率濾波器,，經(jīng)過濾波后,，再送至開關(guān)電源。伺服驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力電源和控制電源用2個(gè)開關(guān)電源分別供電,，且在接入驅(qū)動(dòng)器前分別套一個(gè)扼流圈,。驅(qū)動(dòng)器電源與控制（編碼器）電源均連接了屏蔽線，并確保單端可靠接地,。如附圖為系統(tǒng)接線圖,。
應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的干擾源
來(lái)自空間的輻射干擾
空間輻射電磁場(chǎng)主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、雷電,、無(wú)線電廣播和雷達(dá)等產(chǎn)生的,，通常稱為輻射干擾。其影響主要通過兩條路徑：一是直接對(duì)伺服內(nèi)部的輻射,，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾;
二是對(duì)伺服通信網(wǎng)絡(luò)的輻射,，由通信線路感應(yīng)產(chǎn)生干擾,。此種干擾發(fā)生幾率比較少，一般通過設(shè)置屏蔽電纜進(jìn)行保護(hù),。
來(lái)自系統(tǒng)外引線的干擾
這種干擾主要通過電源和信號(hào)線產(chǎn)生,，通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國(guó)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較為嚴(yán)重,，主要有下面三類：
第一類是來(lái)自電源的干擾,。實(shí)踐證明，因電源引入的干擾造成伺服控制系統(tǒng)故障的情況很多,，一般通過加穩(wěn)壓器等設(shè)備解決,。
第二類是來(lái)自信號(hào)線引入的干擾。此干擾主要有兩種信息途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾,，這往往被忽視;
二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾,，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，這種干擾往往非常嚴(yán)重,。由信號(hào)引入的干擾會(huì)引起電路板元件工作異常,，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng),，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾,，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化,、誤動(dòng)和死機(jī),。控制系統(tǒng)因信號(hào)引入干擾造成內(nèi)部元器件損壞,，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多,。此種干擾經(jīng)常發(fā)生于信號(hào)距離長(zhǎng)的應(yīng)用案例上，常采用加中繼隔離的方法,，來(lái)屏蔽掉感應(yīng)電壓,，解決干擾問題。
第三類是來(lái)自接地系統(tǒng)混亂的干擾,。眾所周知接的是提高電子設(shè)備抗干擾的有效手段之一,，正確的接地既能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;
但是錯(cuò)誤的接地反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使系統(tǒng)無(wú)法正常工作,。一般說來(lái),，控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地,、交流地和保護(hù)地等,，如果接地系統(tǒng)混亂，對(duì)伺服系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差,，引起地環(huán)路電流,，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層兩端a,、b都接地,，就存在地電位差,，有電流流過屏蔽層,。當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷電擊時(shí)，地線電流將更大,。此外,，屏蔽層、接地線和大地可能構(gòu)成閉合環(huán)路,，在變化磁場(chǎng)的作用下,，屏蔽層內(nèi)會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，干擾信號(hào)回路,。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂,，所產(chǎn)生地地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響伺服電路的正常工作,。解決此類干擾的關(guān)鍵就在于分清接地方式,，為系統(tǒng)提供良好的接地性能。
來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部的干擾
主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生,，如邏輯電路相互輻射,、模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于控制器制造廠家對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的內(nèi)容,，一般在成熟的系統(tǒng)中很少發(fā)生,。
對(duì)于干擾的處理措施
加裝濾波器和電抗器
濾波是一種抑制傳導(dǎo)干擾的方法。在電源輸入端接上濾波器,，可以抑制來(lái)自電網(wǎng)的噪聲對(duì)電路本身的侵害,，也可以抑制由電路產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾。電源濾波器作為抑制電源線傳導(dǎo)干擾的重要單元,，在設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)中具有極其重要的作用,。它不僅可抑制傳輸線上的傳導(dǎo)干擾，同時(shí)對(duì)傳輸線上的輻射發(fā)射也具有顯著的抑制效果,。
所有電源濾波器都必須接地,，因?yàn)闉V波器的共模旁路電容必須在接地時(shí)才起作用。一般的接地方法是除了將濾波器與金屬外殼相接之外,，還要用較粗的導(dǎo)線將濾波器外殼與設(shè)備的接地點(diǎn)相連,。接地阻抗越低濾波效果越好。濾波器盡量安裝在靠近電源入口處,。濾波器的輸入及輸出端要盡量遠(yuǎn)離,，避免干擾信號(hào)從輸入端直接耦合到輸出端,。
安裝隔離變壓器
隔離變壓器初級(jí)電壓是電網(wǎng)電壓，這個(gè)電壓是針對(duì)于大地的電壓,，而隔離變壓器次級(jí)電壓和大地不相連的,。如果線圈比例為1:1的話，兩邊電流相同,，進(jìn)行電氣隔離,；可以消除部分諧波，有效的降低零地電壓,。
外接屏蔽線
屏蔽是解決幅射干擾問題的重要且有效的手段,，目的是切斷電磁波的傳播途徑。大部分幅射干擾問題都可以通過電磁屏蔽來(lái)解決,，用電磁屏蔽的方法解決電磁干擾問題不會(huì)影響電路的正常工作,。
結(jié)語(yǔ)
控制系統(tǒng)的抗干擾能力關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，而系統(tǒng)的可靠性則直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)效率以及設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,。隨著工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化程度越來(lái)越高,，控制技術(shù)問題也越來(lái)越不容忽視，有效地防止干擾可以提高系統(tǒng)的可靠性,，讓設(shè)備更加穩(wěn)定的運(yùn)行,。
交流伺服電機(jī)振動(dòng)故障的分析與解決方案
一、交流伺服系統(tǒng)概述
交流伺服系統(tǒng)包括：伺服驅(qū)動(dòng)器,、伺服電機(jī)和一個(gè)反饋傳感器（一般伺服電機(jī)自帶光電編碼器）,。所有這些部件都在一個(gè)控制閉環(huán)系統(tǒng)中運(yùn)行；驅(qū)動(dòng)器從外部接收參數(shù)信息,，然后將一定電流輸送給電機(jī),，通過電機(jī)轉(zhuǎn)換成扭矩帶動(dòng)負(fù)載，負(fù)載根據(jù)自己的特性進(jìn)行動(dòng)作或加減速,，傳感器測(cè)量負(fù)載的位置,，使驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)設(shè)定信息值和實(shí)際位置值進(jìn)行比較，然后通過改變電機(jī)電流使實(shí)際位置值和設(shè)定信息值保持一致,，當(dāng)負(fù)載突然變化引起速度變化時(shí),，編碼器獲知這種速度變化后會(huì)馬上反應(yīng)給伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器又通過改變提供給伺服電機(jī)的電流值來(lái)滿足負(fù)載的變化,，并重新返回到設(shè)定的速度,。
交流伺服系統(tǒng)是一個(gè)響應(yīng)非常高的全閉環(huán)系統(tǒng)，負(fù)載波動(dòng)和速度矯正之間的時(shí)間滯后響應(yīng)是非?？斓?。
二、交流伺服電機(jī)振動(dòng)故障分析
以下對(duì)交流伺服電機(jī)振動(dòng)故障的分析主要從機(jī)械方面和電氣方面進(jìn)行。
1.機(jī)械方面
（1）電機(jī)兩端和絲杠軸承座上的軸承磨損后間隙過大,，或者軸承缺少潤(rùn)滑脂后軸承滾動(dòng)體和保持架磨損嚴(yán)重造成負(fù)載過重,。軸承磨損后間隙過大會(huì)造成電機(jī)轉(zhuǎn)子中心和絲杠中心存在同軸度誤差，使機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生抖動(dòng),。軸承滾動(dòng)體和保持架磨損嚴(yán)重會(huì)造成摩擦力增加導(dǎo)致“堵轉(zhuǎn)”,，“堵轉(zhuǎn)”在不至于導(dǎo)致“過載報(bào)警”的情況下，由于負(fù)載過重,，會(huì)增加伺服系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生振動(dòng),；
（2）電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡，電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡制造時(shí)有缺陷或使用后變差,，就會(huì)產(chǎn)生形如“振動(dòng)電機(jī)”一樣的振動(dòng)源,；
（3）轉(zhuǎn)軸彎曲，轉(zhuǎn)軸彎曲的情況類似于轉(zhuǎn)子不平衡,，除了會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)源也會(huì)產(chǎn)生電機(jī)轉(zhuǎn)子中心和絲杠中心的同軸度誤差，使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生抖動(dòng),；
（4）聯(lián)軸器制造缺陷或使用后磨損會(huì)造成聯(lián)軸器兩部分的同軸度誤差,，特別是使用鑄造的剛性聯(lián)軸器，由于本身的制造精度差,，更容易產(chǎn)生同軸度誤差導(dǎo)致振動(dòng),；
（5）導(dǎo)軌的平行度在制造時(shí)較差會(huì)導(dǎo)致伺服系統(tǒng)無(wú)法到達(dá)指定位置到無(wú)法停留在指定位置，這時(shí)伺服電機(jī)會(huì)不停的在努力尋找位置和系統(tǒng)反饋間徘徊,，使電機(jī)連續(xù)的振動(dòng),；
（6）絲杠與導(dǎo)軌平面的平行度誤差，絲杠在安裝過程中與導(dǎo)軌所在平面有平行度誤差也會(huì)使電機(jī)由于負(fù)載不均勻產(chǎn)生振動(dòng),；
（7）絲杠彎曲,，絲杠彎曲后絲杠除了受到軸向推力外還會(huì)受到變化的徑向力，彎曲大時(shí)徑向力大,，彎曲小時(shí)徑向力小,，同樣這種不應(yīng)該存在的徑向力也會(huì)使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)。
2.電氣方面
導(dǎo)致交流伺服電機(jī)電氣方面的原因主要是伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)調(diào)整上,。
（1）負(fù)載慣量,，負(fù)載慣量的設(shè)置一般與負(fù)載的大小有關(guān)，過大的負(fù)載慣量參數(shù)會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng),，一般的交流伺服電機(jī)可以自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的負(fù)載慣量,；
（2）速度比例增益，設(shè)置值越大,，增益越高,，系統(tǒng)剛度越大，參數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)器型號(hào)和負(fù)載情況確定，一般情況下,，負(fù)載慣量越大,，設(shè)定值越大，在系統(tǒng)不產(chǎn)生振動(dòng)的情況下,，設(shè)定值盡量較大,，但是增益越大，偏差越小,，越容易產(chǎn)生振動(dòng),；
（3）速度積分常數(shù)，一般情況下負(fù)載慣量越大,，設(shè)定值越大,，系統(tǒng)不產(chǎn)生振動(dòng)的情況下，設(shè)定值盡量較小,，但是降低積分增益會(huì)使機(jī)床響應(yīng)遲緩,，剛性變差；
（4）位置比例增益,，設(shè)置值越大,，增益越高，剛度越大,，相同頻率指令脈沖條件下,，位置滯后量越小，數(shù)值太大可能會(huì)引起電機(jī)振動(dòng),；
（5）加速度反饋增益,，電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，很小的偏移會(huì)被速度環(huán)的比例增益放大,，速度反饋產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩,，使電機(jī)來(lái)回抖動(dòng)。
三,、交流伺服電機(jī)振動(dòng)故障根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)判斷解決
知道了那些方面會(huì)導(dǎo)致交流伺服電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)故障,，實(shí)際維修中如何將故障范圍進(jìn)一步縮小進(jìn)而鎖定故障原因是個(gè)難點(diǎn)，需要結(jié)合具體的現(xiàn)場(chǎng)信息來(lái)綜合判斷,。
（1）故障發(fā)生在新設(shè)備開機(jī)調(diào)試后,，發(fā)生在這個(gè)時(shí)段內(nèi)的故障最復(fù)雜，可能是由于機(jī)械制造方面的原因,，也有可能是參數(shù)調(diào)整不正確的原因,，需要一步步的排除，排除的原則是先排除簡(jiǎn)單的原因,，后排除復(fù)雜的,，如果是數(shù)控系統(tǒng)裝有兩臺(tái)以上相同的驅(qū)動(dòng)器和交流伺服電機(jī),，其中一臺(tái)電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)，可以采用最簡(jiǎn)單的“對(duì)換法”將兩臺(tái)交流伺服電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)換,，利用此法可以快速判斷問題是否出在伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置上,；
（2）故障發(fā)生在設(shè)備運(yùn)行使用很長(zhǎng)時(shí)間以后，這種情況基本可以排除伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置問題,，因?yàn)槿绻麉?shù)設(shè)置不當(dāng),，早就應(yīng)該反映出問題了；
（3）故障發(fā)生在剛剛開機(jī)后,，如果剛剛開機(jī)交流伺服電機(jī)就產(chǎn)生振動(dòng),，這種情況下可以確定是在數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)尋在機(jī)床原點(diǎn)時(shí)發(fā)生了機(jī)械卡阻導(dǎo)致電機(jī)不能到達(dá)指定位置或到達(dá)指定位置后產(chǎn)生反復(fù)，這種情況下一般是機(jī)械故障,；
（4）故障發(fā)生在機(jī)床正在加工工件時(shí),，這樣的情況首先考慮是由于加工時(shí)負(fù)載增加而導(dǎo)致的振動(dòng)，圍繞負(fù)載增加檢查原因,；
（5）故障連續(xù)規(guī)律發(fā)生或斷續(xù)無(wú)規(guī)律發(fā)生,，故障連續(xù)發(fā)生時(shí)說明導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)的故障原因一直存在，而斷續(xù)無(wú)規(guī)律發(fā)生時(shí)說明導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)的故障原因有時(shí)會(huì)發(fā)生變化,，這種情況如果負(fù)載沒有很大的變化基本可以排除伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置的原因,。
四、結(jié)語(yǔ)
導(dǎo)致交流伺服電機(jī)的振動(dòng)故障是多方面復(fù)雜的原因,，從實(shí)際操作中總結(jié)發(fā)現(xiàn)機(jī)械故障或機(jī)械故障導(dǎo)致的電機(jī)故障原因比例較大，在排除這類故障時(shí)需要掌握交流伺服系統(tǒng)的工作原理,，了解哪些原因容易引起電機(jī)振動(dòng)故障,，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況綜合判斷，才能徹底解決交流伺服電機(jī)的振動(dòng)故障,。
