設(shè)備中伺服系統(tǒng)的故障有哪些？該如何解決？

伺服系統(tǒng)是一種高精度、高可靠性的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域。然而，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，伺服系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)一些故障，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

以下是伺服系統(tǒng)常見(jiàn)故障和維修方法：

1. 電機(jī)故障：

電機(jī)故障是伺服系統(tǒng)最常見(jiàn)的故障之一。電機(jī)可能會(huì)出現(xiàn)斷相、短路、轉(zhuǎn)子不平衡等問(wèn)題，導(dǎo)致電機(jī)不能正常工作。在檢修電機(jī)時(shí)，需要先檢查電機(jī)的外觀是否正常，然后使用萬(wàn)用表等工具進(jìn)行電阻、磁阻、絕緣電阻等測(cè)量，找出故障原因后進(jìn)行修復(fù)或更換。

2. 編碼器故障：

編碼器是伺服系統(tǒng)中重要的反饋元件，用于測(cè)量電機(jī)的位置、速度和加速度等參數(shù)。如果編碼器損壞或失效，將導(dǎo)致伺服系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。在維修編碼器時(shí)，需要檢查編碼器的連接和供電情況，使用示波器等工具對(duì)編碼器的信號(hào)進(jìn)行分析，找出問(wèn)題所在后進(jìn)行修復(fù)或更換。

3.控制器故障：

控制器是伺服系統(tǒng)的核心部件，用于控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。如果控制器故障，將導(dǎo)致伺服系統(tǒng)無(wú)法工作。在檢修控制器時(shí)，需要檢查供電情況和連接，使用示波器等工具對(duì)控制器的輸出信號(hào)進(jìn)行分析，找出問(wèn)題所在后進(jìn)行修復(fù)或更換。

3. 電纜故障：

電纜是伺服系統(tǒng)中傳輸電力和信號(hào)的重要組成部分。電纜可能會(huì)出現(xiàn)斷路、短路等故障，導(dǎo)致伺服系統(tǒng)無(wú)法正常工作。在維修電纜時(shí)，需要檢查電纜的連接和外觀情況，使用萬(wàn)用表等工具進(jìn)行電阻和短路測(cè)試，找出故障原因后進(jìn)行修復(fù)或更換。

4. 參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤：

伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行性能。如果參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，將導(dǎo)致伺服系統(tǒng)無(wú)法正常工作。在檢修時(shí)，需要檢查伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置是否正確，并根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。

綜上所述，伺服系統(tǒng)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)各種故障，需要及時(shí)排除。在維修過(guò)程中，需要充分了解伺服系統(tǒng)的工作原理和組成結(jié)構(gòu)，同時(shí)配備專(zhuān)業(yè)的維修工具和設(shè)備，以確保維修效果。

此外，定期進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)和保養(yǎng)也是避免故障的重要手段，如定期檢查電機(jī)的軸承、電纜的接頭、控制器的風(fēng)扇等，及時(shí)清理灰塵和污垢等。

伺服電機(jī)系統(tǒng)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。下面小編為大家分享8個(gè)伺服系統(tǒng)的故障與處理方法，值得借鑒：

1、LED燈是綠的,但是電機(jī)不動(dòng)

(1) 故障原因：一個(gè)或多個(gè)方向的電機(jī)禁止動(dòng)作。

處理方法：檢查+INHIBIT 和 –INHIBIT 端口。

(2) 故障原因：命令信號(hào)不是對(duì)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)地的。

處理方法：將命令信號(hào)地和驅(qū)動(dòng)器信號(hào)地相連。

2、上電后，驅(qū)動(dòng)器的LED燈不亮

故障原因：供電電壓太低，小于最小電壓值要求。

處理方法：檢查并提高供電電壓。

3、當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， LED燈閃爍

(1) 故障原因：HALL相位錯(cuò)誤。

處理方法：檢查電機(jī)相位設(shè)定開(kāi)關(guān)是否正確。

(2) 故障原因：HALL傳感器故障。

處理方法：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)檢測(cè)Hall A, Hall B, Hall C的電壓。電壓值應(yīng)該在5VDC和0之間。

4、LED燈始終保持紅色

故障原因：存在故障。

處理方法：原因: 過(guò)壓、欠壓、短路、過(guò)熱、驅(qū)動(dòng)器禁止、HALL無(wú)效。

5、電機(jī)失速

(1) 故障原因：速度反饋的極性搞錯(cuò)。

處理方法：

a.如果可能，將位置反饋極性開(kāi)關(guān)打到另一位置。(某些驅(qū)動(dòng)器上可以)

b.如使用測(cè)速機(jī)，將驅(qū)動(dòng)器上的TACH +和TACH -對(duì)調(diào)接入。

c.如使用編碼器，將驅(qū)動(dòng)器上的ENC A和ENC B對(duì)調(diào)接入。

d.如在HALL速度模式下，將驅(qū)動(dòng)器上的HALL-1和HALL-3對(duì)調(diào)，再將Motor-A和Motor-B對(duì)調(diào)接好。

(2) 故障原因：編碼器速度反饋時(shí)，編碼器電源失電。

處理方法：檢查連接5V編碼器電源。確保該電源能提供足夠的電流。如使用外部電源，確保該電壓是對(duì)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)地的。

6、電機(jī)在一個(gè)方向上比另一個(gè)方向跑得快

(1)故障原因：無(wú)刷電機(jī)的相位搞錯(cuò)。

處理方法：檢測(cè)或查出正確的相位。

(2)故障原因：在不用于測(cè)試時(shí)，測(cè)試/偏差開(kāi)關(guān)打在測(cè)試位置。

處理方法：將測(cè)試/偏差開(kāi)關(guān)打在偏差位置。

(3)故障原因：偏差電位器位置不正確。

處理方法：重新設(shè)定。

7、伺服電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)電機(jī)偏差計(jì)數(shù)器溢出錯(cuò)誤，如何處理?

(1)故障原因：高速旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生電機(jī)偏差計(jì)數(shù)器溢出錯(cuò)誤;

處理方法：檢查電機(jī)動(dòng)力電纜和編碼器電纜的配線是否正確，電纜是否有破損。

(2)故障原因：輸入較長(zhǎng)指令脈沖時(shí)發(fā)生電機(jī)偏差計(jì)數(shù)器溢出錯(cuò)誤;

處理方法：a.增益設(shè)置太大，重新手動(dòng)調(diào)整增益或使用自動(dòng)調(diào)整增益功能;

b.延長(zhǎng)加減速時(shí)間;

c.負(fù)載過(guò)重，需要重新選定更大容量的電機(jī)或減輕負(fù)載，加裝減速機(jī)等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提高負(fù)荷能力。

(3)故障原因：運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生電機(jī)偏差計(jì)數(shù)器溢出錯(cuò)誤。

處理方法：a.增大偏差計(jì)數(shù)器溢出水平設(shè)定值;

b.減慢旋轉(zhuǎn)速度;

c.延長(zhǎng)加減速時(shí)間;

d.負(fù)載過(guò)重，需要重新選定更大容量的電機(jī)或減輕負(fù)載，加裝減速機(jī)等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提高負(fù)載能力。

8、伺服電機(jī)在有脈沖輸出時(shí)不運(yùn)轉(zhuǎn)，如何處理?

① 監(jiān)視控制器的脈沖輸出當(dāng)前值以及脈沖輸出燈是否閃爍，確認(rèn)指令脈沖已經(jīng)執(zhí)行并已經(jīng)正常輸出脈沖;

② 檢查控制器到驅(qū)動(dòng)器的控制電纜，動(dòng)力電纜，編碼器電纜是否配線錯(cuò)誤，破損或者接觸不良;

③ 檢查帶制動(dòng)器的伺服電機(jī)其制動(dòng)器是否已經(jīng)打開(kāi);

④ 監(jiān)視伺服驅(qū)動(dòng)器的面板確認(rèn)脈沖指令是否輸入;

⑤ Run運(yùn)行指令正常;

⑥ 控制模式務(wù)必選擇位置控制模式;

⑦ 伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)置的輸入脈沖類(lèi)型和指令脈沖的設(shè)置是否一致;

⑧ 確保正轉(zhuǎn)側(cè)驅(qū)動(dòng)禁止，反轉(zhuǎn)側(cè)驅(qū)動(dòng)禁止信號(hào)以及偏差計(jì)數(shù)器復(fù)位信號(hào)沒(méi)有被輸入，脫開(kāi)負(fù)載并且空載運(yùn)行正常，檢查機(jī)械系統(tǒng)。

伺服系統(tǒng)的基本要求和特點(diǎn)

1. 對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求

(1)穩(wěn)定性好：穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過(guò)程后到達(dá)新的或者回復(fù)到原有平衡狀態(tài)。

(2)精度高：伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能跟隨輸入量的精確程度。作為精密加工的數(shù)控機(jī)床，要求的定位精度或輪廓加工精度通常都比較高，允許的偏差一般都在 0.01～0.00lmm之間。

(3)快速響應(yīng)性好：快速響應(yīng)性是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的標(biāo)志之一，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，一方面要求過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短，一般在200ms以?xún)?nèi)，甚至小于幾十毫秒;另一方面，為滿(mǎn)足超調(diào)要求，要求過(guò)渡過(guò)程的前沿陡，即上升率要大。

2. 伺服系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

(1)精確的檢測(cè)裝置：以組成速度和位置閉環(huán)控制。

(2)有多種反饋比較原理與方法:根據(jù)檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)信息反饋的原理不同，伺服系統(tǒng)反饋比較的方法也不相同。目前常用的有脈沖比較、相位比較和幅值比較3種。

(3)高性能的伺服電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)伺服電機(jī))：用于高效和復(fù)雜型面加工的數(shù)控機(jī)床，伺服系統(tǒng)將經(jīng)常處于頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中。要求電機(jī)的輸出力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的比值大，以產(chǎn)生足夠大的加速或制動(dòng)力矩。要求伺服電機(jī)在低速時(shí)有足夠大的輸出力矩且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，以便在與機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分連接中盡量減少中間環(huán)節(jié)。

(4)寬調(diào)速范圍的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即速度伺服系統(tǒng)：從系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)看，數(shù)控機(jī)床的位置閉環(huán)系統(tǒng)可看作是位置調(diào)節(jié)為外環(huán)、速度調(diào)節(jié)為內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，其內(nèi)部的實(shí)際工作過(guò)程是把位置控制輸入轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的速度給定信號(hào)后，再通過(guò)調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際位移。數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)要求調(diào)速性能也比較高，因此要求伺服系統(tǒng)為高性能的寬調(diào)速系統(tǒng)。

四.伺服系統(tǒng)的分類(lèi)

伺服系統(tǒng)按其驅(qū)動(dòng)元件劃分，有步進(jìn)式伺服系統(tǒng)、直流電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)直流電機(jī))伺服系統(tǒng)、交流電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)交流電機(jī))伺服系統(tǒng)。按控制方式劃分，有開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)等，實(shí)際上數(shù)控系統(tǒng)也分成開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)3種類(lèi)型，就是與伺服系統(tǒng)這3種方式相關(guān)。

1. 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)

圖1是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成圖，它主要由驅(qū)動(dòng)電路，執(zhí)行元件和機(jī)床3大部分組成。常用的執(zhí)行元件是步進(jìn)電機(jī)，通常稱(chēng)以步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)為步進(jìn)式伺服系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，如果是大功率驅(qū)動(dòng)時(shí)，用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件。驅(qū)動(dòng)電路的主要任務(wù)是將指令脈沖轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件所需的信號(hào)。

2. 閉環(huán)系統(tǒng)

閉環(huán)系統(tǒng)主要由執(zhí)行元件、檢測(cè)單元、比較環(huán)節(jié)、驅(qū)動(dòng)電路和機(jī)床5部分組成。其構(gòu)成框圖如圖2所示。在閉環(huán)系統(tǒng)中，檢測(cè)元件將機(jī)床移動(dòng)部件的實(shí)際位置檢測(cè)出來(lái)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)反饋給比較環(huán)節(jié)。常見(jiàn)的檢測(cè)元件有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁柵和編碼盤(pán)等。通常把安裝在絲杠上的檢測(cè)元件組成的伺服系統(tǒng)稱(chēng)為半閉環(huán)系統(tǒng);把安裝在工作臺(tái)上的檢測(cè)元件組成的伺服系統(tǒng)稱(chēng)為閉環(huán)系統(tǒng)。由于絲杠和工作臺(tái)之間傳動(dòng)誤差的存在，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度要比閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低一些。

比較環(huán)節(jié)的作用是將指令信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較，兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路，控制執(zhí)行元件帶動(dòng)工作臺(tái)繼續(xù)移動(dòng)，直到跟隨誤差為零。根據(jù)進(jìn)入比較環(huán)節(jié)信號(hào)的形式以及反饋檢測(cè)方式，閉環(huán)(半閉環(huán))系統(tǒng)可分為脈沖比較伺服系統(tǒng)、相位比較伺服系統(tǒng)和幅值比較伺服系統(tǒng)3種。

由于比較環(huán)節(jié)輸出的信號(hào)比較微弱，不足以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，故需對(duì)其進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)電路正是為此而設(shè)置的。

執(zhí)行元件的作用是根據(jù)控制信號(hào)，即來(lái)自比較環(huán)節(jié)的跟隨誤差信號(hào)，將表示位移量的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械位移。常用的執(zhí)行元件有直流寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)等。執(zhí)行元件是伺服系統(tǒng)中必不可少的一部分，驅(qū)動(dòng)電路是隨執(zhí)行元件的不同而不同的。

最近，我校研制開(kāi)發(fā)出了高性能交流伺服(數(shù)控機(jī)床)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，可廣泛應(yīng)用于數(shù)碼雕刻，包裝機(jī)械，模具生產(chǎn)等工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用場(chǎng)合，更適用于高等學(xué)校機(jī)電一體化，電子電器，電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生(研究生)生產(chǎn)實(shí)習(xí)，課程設(shè)計(jì)等課程的實(shí)驗(yàn)研究。

五.伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向

隨著生產(chǎn)力不斷發(fā)展，要求伺服系統(tǒng)向高精度、高速度、大功率方向發(fā)展。

(1)充分利用迅速發(fā)展的電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用數(shù)字式伺服系統(tǒng)，利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制，增強(qiáng)軟件控制功能，排除模擬電路的非線性誤差和調(diào)整誤差以及溫度漂移等因素的影響，這可大大提高伺服系統(tǒng)的性能，并為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制創(chuàng)造條件。

(2)開(kāi)發(fā)高精度、快速檢測(cè)元件。

(3)開(kāi)發(fā)高性能的伺服電機(jī)(執(zhí)行元件)。目前交流伺服電機(jī)的變速比已達(dá)1∶10000，使用日益增多。無(wú)刷電機(jī)因無(wú)電刷和換向片零部件，加速性能要比直流伺服電機(jī)高兩倍，維護(hù)也較方便，常用于高速數(shù)控機(jī)床。