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)動控制系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動化生產(chǎn)線等領(lǐng)域。然而，在長期使用過程中，伺服系統(tǒng)也會出現(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)最常見的故障之一。電機(jī)可能會出現(xiàn)斷相、短路、轉(zhuǎn)子不平衡等問題，導(dǎo)致電機(jī)不能正常工作。在檢修電機(jī)時，需要先檢查電機(jī)的外觀是否正常，然后使用萬用表等工具進(jìn)行電阻、磁阻、絕緣電阻等測量，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)無法正常運(yùn)行。在維修編碼器時，需要檢查編碼器的連接和供電情況，使用示波器等工具對編碼器的信號進(jìn)行分析，找出問題所在后進(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。如果控制器故障，將導(dǎo)致伺服系統(tǒng)無法工作。在檢修控制器時，需要檢查供電情況和連接，使用示波器等工具對控制器的輸出信號進(jìn)行分析，找出問題所在后進(jìn)行修復(fù)或更換。

3. 電纜故障：

電纜是伺服系統(tǒng)中傳輸電力和信號的重要組成部分。電纜可能會出現(xiàn)斷路、短路等故障，導(dǎo)致伺服系統(tǒng)無法正常工作。在維修電纜時，需要檢查電纜的連接和外觀情況，使用萬用表等工具進(jìn)行電阻和短路測試，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)置錯誤，將導(dǎo)致伺服系統(tǒng)無法正常工作。在檢修時，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)在長期使用過程中可能會出現(xiàn)各種故障，需要及時排除。在維修過程中，需要充分了解伺服系統(tǒng)的工作原理和組成結(jié)構(gòu)，同時配備專業(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，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(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

(1) 故障原因：一個或多個方向的電機(jī)禁止動作。

處理方法：檢查+INHIBIT 和 –INHIBIT 端口。

(2) 故障原因：命令信號不是對驅(qū)動器信號地的。

處理方法：將命令信號地和驅(qū)動器信號地相連。

2、上電后，驅(qū)動器的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)動時， LED燈閃爍

(1) 故障原因：HALL相位錯誤。

處理方法：檢查電機(jī)相位設(shè)定開關(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)動時檢測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: 過壓、欠壓、短路、過熱、驅(qū)動器禁止、HALL無效。

5、電機(jī)失速

(1) 故障原因：速度反饋的極性搞錯。

處理方法：

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

b.如使用測速機(jī)，將驅(qū)動器上的TACH +和TACH -對調(diào)接入。

c.如使用編碼器，將驅(qū)動器上的ENC A和ENC B對調(diào)接入。

d.如在HALL速度模式下，將驅(qū)動器上的HALL-1和HALL-3對調(diào)，再將Motor-A和Motor-B對調(diào)接好。

(2) 故障原因：編碼器速度反饋時，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，確保該電壓是對驅(qū)動器信號地的。

6、電機(jī)在一個方向上比另一個方向跑得快

(1)故障原因：無刷電機(jī)的相位搞錯。

處理方法：檢測或查出正確的相位。

(2)故障原因：在不用于測試時，測試/偏差開關(guān)打在測試位置。

處理方法：將測試/偏差開關(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)時出現(xiàn)電機(jī)偏差計(jì)數(shù)器溢出錯誤，如何處理?

(1)故障原因：高速旋轉(zhuǎn)時發(fā)生電機(jī)偏差計(jì)數(shù)器溢出錯誤;

處理方法：檢查電機(jī)動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：輸入較長指令脈沖時發(fā)生電機(jī)偏差計(jì)數(shù)器溢出錯誤;

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

b.延長加減速時間;

c.負(fù)載過重，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)等傳動機(jī)構(gòu)提高負(fù)荷能力。

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

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.延長加減速時間;

d.負(fù)載過重，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)等傳動機(jī)構(gòu)提高負(fù)載能力。

8、伺服電機(jī)在有脈沖輸出時不運(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)動器的控制電纜，動力電纜，編碼器電纜是否配線錯誤，破損或者接觸不良;

③ 檢查帶制動器的伺服電機(jī)其制動器是否已經(jīng)打開;

④ 監(jiān)視伺服驅(qū)動器的面板確認(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)動器設(shè)置的輸入脈沖類型和指令脈沖的設(shè)置是否一致;

⑧ 確保正轉(zhuǎn)側(cè)驅(qū)動禁止，反轉(zhuǎn)側(cè)驅(qū)動禁止信號以及偏差計(jì)數(shù)器復(fù)位信號沒有被輸入，脫開負(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)動態(tài)品質(zhì)的標(biāo)志之一，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，一方面要求過渡過程時間短，一般在200ms以內(nèi)，甚至小于幾十毫秒;另一方面，為滿足超調(diào)要求，要求過渡過程的前沿陡，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)高性能的伺服電動機(jī)(簡稱伺服電機(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)常處于頻繁的啟動和制動過程中。要求電機(jī)的輸出力矩與轉(zhuǎn)動慣量的比值大，以產(chǎn)生足夠大的加速或制動力矩。要求伺服電機(jī)在低速時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)自動控制系統(tǒng)，其內(nèi)部的實(shí)際工作過程是把位置控制輸入轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的速度給定信號后，再通過調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動伺服電機(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

伺服系統(tǒng)按其驅(qū)動元件劃分，有步進(jìn)式伺服系統(tǒng)、直流電動機(jī)(簡稱直流電機(jī))伺服系統(tǒng)、交流電動機(jī)(簡稱交流電機(jī))伺服系統(tǒng)。按控制方式劃分，有開環(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)也分成開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)3種類型，就是與伺服系統(tǒng)這3種方式相關(guān)。

1. 開環(huán)系統(tǒng)

圖1是開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成圖，它主要由驅(qū)動電路，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)，通常稱以步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件的開環(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)動時，用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件。驅(qū)動電路的主要任務(wù)是將指令脈沖轉(zhuǎn)化為驅(qū)動執(zhí)行元件所需的信號。

2. 閉環(huán)系統(tǒng)

閉環(huán)系統(tǒng)主要由執(zhí)行元件、檢測單元、比較環(huán)節(jié)、驅(qū)動電路和機(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，檢測元件將機(jī)床移動部件的實(shí)際位置檢測出來并轉(zhuǎn)換成電信號反饋給比較環(huán)節(jié)。常見的檢測元件有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁柵和編碼盤等。通常把安裝在絲杠上的檢測元件組成的伺服系統(tǒng)稱為半閉環(huán)系統(tǒng);把安裝在工作臺上的檢測元件組成的伺服系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)。由于絲杠和工作臺之間傳動誤差的存在，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和反饋信號進(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)動電路，控制執(zhí)行元件帶動工作臺繼續(xù)移動，直到跟隨誤差為零。根據(jù)進(jìn)入比較環(huán)節(jié)信號的形式以及反饋檢測方式，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)輸出的信號比較微弱，不足以驅(qū)動執(zhí)行元件，故需對其進(jìn)行放大，驅(qū)動電路正是為此而設(shè)置的。

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

最近，我校研制開發(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)用場合，更適用于高等學(xué)校機(jī)電一體化，電子電器，電氣自動化專業(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)開發(fā)高精度、快速檢測元件。

(3)開發(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。無刷電機(jī)因無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。