全自动端子压着机上交流伺服电机的应用研究

[摘要]：全自动端子压着机是用于剥皮、切断、端子压着等线束加工的一种机电一体化机械设备，具有运行平稳、加工精度及效率高等优点。文章主要研究全自动压着机上交流伺服机的具体应用，并通过伺服驱动器软件与伺服电机回原点控制方式的优化以提升全自动端子压着机的运行稳定性。

[关键词]：全自动端子压着机 交流伺服电机 应用

一、交流伺服电机简介

过去，对调速性能要求较高的场合主要使用调速系统为直流电动机，但是直流电动机具有转子惯量大、转向器与电刷易磨损等缺点。与直流电动机相比，交流伺服电机转子惯量较小、输出功率高出20%～70%、速度响应性能较优、运行平稳且精度高，同时交流伺服电机采用变换控制系统，可通过驱动器直接将信号反馈到电机编码器中，采样效率与质量较高，内部由速度环与位置环构成，因此不易出现过冲或者丢步等问题，具有稳定可靠的控制性能。

（一）交流伺服系统

交流伺服系统主要由电源、传感器件、集成上位机、伺服电动机、驱动控制电路触摸屏、数据总线、驱动控制电路等组成。伺服电动机为整个系统的执行元件，主要作用是将电能转化为机械能；交流伺服中传感器件的种类较多，常见的有测速发电机、旋转变压器、磁性编码器、光电编码器、霍尔元件、自整角机等。

以MR-J2S交流伺服电机为例，其系统组成及其性能具有多种优点：①配套编码器为绝对位置编码器，分辨率大131072脉冲/转，CPU性能极高，因此能够极大地提高交流伺服机的响应性；②具备了RS-422与RS-232串行的通信功能，在装置伺服设置软件后就可在个人计算机上进行状态显示、试运行、增益调整以及参数设置等多种操作；③具有较强的适应性，电机各类型编码器均能够支持BAS模式，另加电池到伺服放大器上之后可组成绝对位置系统，适应不同的控制需求；④具备机械性能分析、自动调节等多种功能，能够实现增益搜索、抑制机械振动等功能，不仅操作方便，还能够自动寻找最佳的增益值。

（二）电机控制系统

交流伺服电机分有异步型与同步型两类，前者的控制系统较为简单；后者结构较为复杂，由电机驱动、电源管理、人机交互、伺服电机、信号处理控制、信号调理采集以及通讯等几大模块组成。电机驱动采取IGBT，可通过对IGBT的关断与导通进行改变以进行电机运作的控制。

以前端加工的流程为例：①将线束切断后需将倒退搬送夹一段距离并旋转12°到达剥皮台位置，然后根据预先设置好的剥皮长度进行搬送夹前进操作；②在线束上切入剥皮刀，然后倒退搬送夹开始剥皮；③将搬送夹旋转20°至剥皮检出装置，进行芯线检测，确认检出后继续将搬送夹送至压着台；④完成压着操作后将搬送夹退回起点然后开起，最后经送线滚轴按设定长度给出电线。前端加工流程的机械控制。

二、全自动端子压着机上交流伺服电机的应用

（一）参数设置

MR-J2S需设置的参数主要包括脉冲方式、加速时间、电子齿轮等，利用FX2N-1PG控制伺服电机，这一过程需注意脉冲方式的设置应同FX2N-1PG所应用的脉冲方式相一致，以免造成错误。

伺服电机的位置控制主要选择FX2N-1PG作定位模块，每组1PG均能够利用伺服电机上的驱动放大器定量提供的脉冲完成一根独立轴的准确定位。MR-J2S伺服放大器中选用的可编程逻辑控制器（PLC）槿毡救菱公司最新研发制造的FX3U小型控制器，主要功能有：①输出输入扩展设备可与FX2N系列输出输入扩展设备相连接；②PLC设备可直接连线的输出输入点可达256点；③可进行RUN/STOP的远程操作，极大促进了程序调试的便利；④内置RAM内存为64K步；⑤定位控制指令较丰富，能够同时进行3根独立轴的准确定位。

三、交流伺服电机的优化

（一）软件优化设计

交流伺服电机是由其驱动放大器所接受的脉冲数量决定电气的位置，在确定滚珠丝杆与编码器给量后，可对电子齿轮进行相应的参数设置，这样一来，每接收到一个脉冲伺服电机就会就移动0.01°或者0.01 mm。

设置电机位置参数为100倍，首次定位至剥皮台的位置参数则应对应设为12°，如果要在启动单速定位前回到原点，则应将以原点为轴点旋转8°的位置作起始位置。可通过在FX2N-1PG中设置BFM25*以利用单速定位与绝对坐标想配合的方式进行伺服电机位置的控制，从而有效地防止累积误差。然后可继续写入20°的定位数据，再完成20°定位后继续写入53°定位数据，以此循环。定位完成的标志位为M288，再完成每次定位之后都会自动连上，M258为启动单速定位，每次完成定位后会有一段时间的延时然后再进入下一次的单速定位，但程序进行到最后时可采取调转指令跳转会第一次设置的定位执行处，达到程序循环的效果。

（二）回原点优化设计

传统交流伺服电机的回原点是由两个位置开关或者一个较长的DOG开关完成伺服电机由高速运行减速到临界速度v的，伺服电机以临界速度停车后可以在每次完成定位后调回同一个位置，保证精确回原点。但是传统控制方式需要电机爬行较长的一段距离才能回原，因此可以对伺服电机回原控制方式进行一定的优化设计，在确保精确回原的前提下提升回原的效率。可在FX2N-1PG系统定位模块中将DOGG开关设为两个目标参数，DOG开关调整为ON的时候伺服电机便开始减速，然后调至OFF时立即停车。其原理是发出回原点指令之后，伺服电机以高速v1回到原点，接受到近原点信号时DOG开关自动调为ON并开始减速，达到指定停车点时调为OFF则伺服电机会立即停止，无需经过爬行。这样不仅能够确保交流伺服电机回原点的高效性与精确性，还具有极高的稳定性，相较于传统回原点具有明显的优势。

四、结束语

交流伺服电机具有稳定性高、振动小、精度高等多种优点，随着工业控制技术、电子技术以及电力技术的发展，交流伺服电机也得到了良好地发展，并逐渐替代直流电动机成为现代数控机床的主要交流伺服驱动方式。在全自动端子压着机线束加工中应用交流伺服电机能够有效地提高加工的效率与精度，工业使用性极强。

参考文献：

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