伺服系統(tǒng)的干擾問題如何處理？交流伺服電機振動故障解決方案！
在伺服應(yīng)用中經(jīng)常遇到干擾問題，造成不可預(yù)知的誤動作或者報警，使得伺服不能按照指定的方式正常運行，甚至燒毀驅(qū)動器，而且產(chǎn)生問題的原因排除起來也比較困難。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，結(jié)合近來在氬弧焊機中所遇到的干擾問題，探討一下如何處理干擾。
氬弧焊機產(chǎn)生的干擾源
氬弧焊機采用高頻引弧。引弧時，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。鎢極氬弧焊機采用高頻引弧時，由于焊機利用頻率達幾十萬赫茲，電壓高達數(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很強的諧波干擾源?；『改孀冸娫磳﹄娋W(wǎng)來說，本質(zhì)上是一個大的整流電源，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)致焊機的功率因數(shù)很低。
處理干擾的措施
在本案例中，氬弧焊機電源與伺服驅(qū)動器供電電源分別供給。氬弧焊機電源用隔離變壓器隔離，伺服電源線外套一個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)動器的動力電源和控制電源用2個開關(guān)電源分別供電，且在接入驅(qū)動器前分別套一個扼流圈。驅(qū)動器電源與控制（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)場的干擾源
來自空間的輻射干擾
空間輻射電磁場主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、雷電、無線電廣播和雷達等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾。其影響主要通過兩條路徑：一是直接對伺服內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾;
二是對伺服通信網(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)置屏蔽電纜進行保護。
來自系統(tǒng)外引線的干擾
這種干擾主要通過電源和信號線產(chǎn)生，通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較為嚴(yán)重，主要有下面三類：
第一類是來自電源的干擾。實踐證明，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。
第二類是來自信號線引入的干擾。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;
二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾，這種干擾往往非常嚴(yán)重。由信號引入的干擾會引起電路板元件工作異常，嚴(yán)重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機?？刂葡到y(tǒng)因信號引入干擾造成內(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)生于信號距離長的應(yīng)用案例上，常采用加中繼隔離的方法，來屏蔽掉感應(yīng)電壓，解決干擾問題。
第三類是來自接地系統(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;
但是錯誤的接地反而會引入嚴(yán)重的干擾信號，使系統(tǒng)無法正常工作。一般說來，控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等，如果接地系統(tǒng)混亂，對伺服系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，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，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，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)會出現(xiàn)感應(yīng)電流，干擾信號回路。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系統(tǒng)內(nèi)部進行電磁兼容設(shè)計的內(nèi)容，一般在成熟的系統(tǒng)中很少發(fā)生。
對于干擾的處理措施
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，可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對電路本身的侵害，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，同時對傳輸線上的輻射發(fā)射也具有顯著的抑制效果。
所有電源濾波器都必須接地，因為濾波器的共模旁路電容必須在接地時才起作用。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離，避免干擾信號從輸入端直接耦合到輸出端。
安裝隔離變壓器
隔離變壓器初級電壓是電網(wǎng)電壓，這個電壓是針對于大地的電壓，而隔離變壓器次級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解決，用電磁屏蔽的方法解決電磁干擾問題不會影響電路的正常工作。
結(jié)語
控制系統(tǒng)的抗干擾能力關(guān)系到整個系統(tǒng)的可靠運行，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)濟運行。隨著工業(yè)設(shè)備自動化程度越來越高，控制技術(shù)問題也越來越不容忽視，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)定的運行。
交流伺服電機振動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)動器、伺服電機和一個反饋傳感器（一般伺服電機自帶光電編碼器）。所有這些部件都在一個控制閉環(huán)系統(tǒng)中運行；驅(qū)動器從外部接收參數(shù)信息，然后將一定電流輸送給電機，通過電機轉(zhuǎn)換成扭矩帶動負(fù)載，負(fù)載根據(jù)自己的特性進行動作或加減速，傳感器測量負(fù)載的位置，使驅(qū)動裝置對設(shè)定信息值和實際位置值進行比較，然后通過改變電機電流使實際位置值和設(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，編碼器獲知這種速度變化后會馬上反應(yīng)給伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器又通過改變提供給伺服電機的電流值來滿足負(fù)載的變化，并重新返回到設(shè)定的速度。
交流伺服系統(tǒng)是一個響應(yīng)非常高的全閉環(huán)系統(tǒng)，負(fù)載波動和速度矯正之間的時間滯后響應(yīng)是非?？斓?。
二、交流伺服電機振動故障分析
以下對交流伺服電機振動故障的分析主要從機械方面和電氣方面進行。
1.機械方面
（1）電機兩端和絲杠軸承座上的軸承磨損后間隙過大，或者軸承缺少潤滑脂后軸承滾動體和保持架磨損嚴(yán)重造成負(fù)載過重。軸承磨損后間隙過大會造成電機轉(zhuǎn)子中心和絲杠中心存在同軸度誤差，使機械系統(tǒng)產(chǎn)生抖動。軸承滾動體和保持架磨損嚴(yán)重會造成摩擦力增加導(dǎo)致“堵轉(zhuǎn)”，“堵轉(zhuǎn)”在不至于導(dǎo)致“過載報警”的情況下，由于負(fù)載過重，會增加伺服系統(tǒng)的響應(yīng)時間產(chǎn)生振動；
（2）電機轉(zhuǎn)子不平衡，電機轉(zhuǎn)子的動平衡制造時有缺陷或使用后變差，就會產(chǎn)生形如“振動電機”一樣的振動源；
（3）轉(zhuǎn)軸彎曲，轉(zhuǎn)軸彎曲的情況類似于轉(zhuǎn)子不平衡，除了會產(chǎn)生振動源也會產(chǎn)生電機轉(zhuǎn)子中心和絲杠中心的同軸度誤差，使機械傳動系統(tǒng)產(chǎn)生抖動；
（4）聯(lián)軸器制造缺陷或使用后磨損會造成聯(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；
（5）導(dǎo)軌的平行度在制造時較差會導(dǎo)致伺服系統(tǒng)無法到達指定位置到無法停留在指定位置，這時伺服電機會不停的在努力尋找位置和系統(tǒng)反饋間徘徊，使電機連續(xù)的振動；
（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使電機由于負(fù)載不均勻產(chǎn)生振動；
（7）絲杠彎曲，絲杠彎曲后絲杠除了受到軸向推力外還會受到變化的徑向力，彎曲大時徑向力大，彎曲小時徑向力小，同樣這種不應(yīng)該存在的徑向力也會使機械傳動系統(tǒng)產(chǎn)生振動。
2.電氣方面
導(dǎo)致交流伺服電機電氣方面的原因主要是伺服驅(qū)動器的參數(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)會使系統(tǒng)產(chǎn)生振動，一般的交流伺服電機可以自動測量系統(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)動器型號和負(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；
（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)生振動的情況下，設(shè)定值盡量較小，但是降低積分增益會使機床響應(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)值太大可能會引起電機振動；
（5）加速度反饋增益，電機不轉(zhuǎn)時，很小的偏移會被速度環(huán)的比例增益放大，速度反饋產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，使電機來回抖動。
三、交流伺服電機振動故障根據(jù)現(xiàn)場判斷解決
知道了那些方面會導(dǎo)致交流伺服電機產(chǎn)生振動故障，實際維修中如何將故障范圍進一步縮小進而鎖定故障原因是個難點，需要結(jié)合具體的現(xiàn)場信息來綜合判斷。
（1）故障發(fā)生在新設(shè)備開機調(diào)試后，發(fā)生在這個時段內(nèi)的故障最復(fù)雜，可能是由于機械制造方面的原因，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單的原因，后排除復(fù)雜的，如果是數(shù)控系統(tǒng)裝有兩臺以上相同的驅(qū)動器和交流伺服電機，其中一臺電機產(chǎn)生振動，可以采用最簡單的“對換法”將兩臺交流伺服電機的伺服驅(qū)動器對換，利用此法可以快速判斷問題是否出在伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置上；
（2）故障發(fā)生在設(shè)備運行使用很長時間以后，這種情況基本可以排除伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置問題，因為如果參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，早就應(yīng)該反映出問題了；
（3）故障發(fā)生在剛剛開機后，如果剛剛開機交流伺服電機就產(chǎn)生振動，這種情況下可以確定是在數(shù)控系統(tǒng)自動尋在機床原點時發(fā)生了機械卡阻導(dǎo)致電機不能到達指定位置或到達指定位置后產(chǎn)生反復(fù)，這種情況下一般是機械故障；
（4）故障發(fā)生在機床正在加工工件時，這樣的情況首先考慮是由于加工時負(fù)載增加而導(dǎo)致的振動，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)無規(guī)律發(fā)生，故障連續(xù)發(fā)生時說明導(dǎo)致電機振動的故障原因一直存在，而斷續(xù)無規(guī)律發(fā)生時說明導(dǎo)致電機振動的故障原因有時會發(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)動器參數(shù)設(shè)置的原因。
四、結(jié)語
導(dǎo)致交流伺服電機的振動故障是多方面復(fù)雜的原因，從實際操作中總結(jié)發(fā)現(xiàn)機械故障或機械故障導(dǎo)致的電機故障原因比例較大，在排除這類故障時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振動故障，同時結(jié)合現(xiàn)場情況綜合判斷，才能徹底解決交流伺服電機的振動故障。
