伺服系统的干扰问题如何处理？交流伺服电机振动故障解决方案！
在伺服应用中经常遇到干扰问题，造成不可预知的误动作或者报警，使得伺服不能按照指定的方式正常运行，甚至烧毁驱动器，而且产生问题的原因排除起来也比较困难。经过查阅相关资料，和工作中处理干扰问题的一些经验，结合近来在氩弧焊机中所遇到的干扰问题，探讨一下如何处理干扰。
氩弧焊机产生的干扰源
氩弧焊机采用高频引弧。引弧时，让钨极末端与焊接表面之间保持一定的小间隙，然后，接通高频振荡器脉冲引弧电路，使间隙击穿放电而引燃电弧，高压电击穿后再由大电流导通稳弧。钨极氩弧焊机采用高频引弧时，由于焊机利用频率达几十万赫兹，电压高达数千伏的高频高压击穿空气间隙形成电弧，因此高频引弧是一个很强的谐波干扰源。弧焊逆变电源对电网来说，本质上是一个大的整流电源，由于电力电子器件在换流过程中产生前后沿很陡的脉冲，从而引发了严重的谐波干扰。逆变电源的输入电流是一种尖角波，使电网中含有大量高次谐波。电压谐波和电流谐波之间存在严重相移，导致焊机的功率因数很低。
处理干扰的措施
在本案例中，氩弧焊机电源与伺服驱动器供电电源分别供给。氩弧焊机电源用隔离变压器隔离，伺服电源线外套一个扼流圈后送入有源功率滤波器，经过滤波后，再送至开关电源。伺服驱动器的动力电源和控制电源用2个开关电源分别供电，且在接入驱动器前分别套一个扼流圈。驱动器电源与控制（编码器）电源均连接了屏蔽线，并确保单端可靠接地。如附图为系统接线图。
应用现场的干扰源
来自空间的辐射干扰
空间辐射电磁场主要是由电力网络、雷电、无线电广播和雷达等产生的，通常称为辐射干扰。其影响主要通过两条路径：一是直接对伺服内部的辐射，由电路感应产生干扰;
二是对伺服通信网络的辐射，由通信线路感应产生干扰。此种干扰发生几率比较少，一般通过设置屏蔽电缆进行保护。
来自系统外引线的干扰
这种干扰主要通过电源和信号线产生，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较为严重，主要有下面三类：
第一类是来自电源的干扰。实践证明，因电源引入的干扰造成伺服控制系统故障的情况很多，一般通过加稳压器等设备解决。
第二类是来自信号线引入的干扰。此干扰主要有两种信息途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视;
二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这种干扰往往非常严重。由信号引入的干扰会引起电路板元件工作异常，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。控制系统因信号引入干扰造成内部元器件损坏，由此引起系统故障的情况也很多。此种干扰经常发生于信号距离长的应用案例上，常采用加中继隔离的方法，来屏蔽掉感应电压，解决干扰问题。
第三类是来自接地系统混乱的干扰。众所周知接的是提高电子设备抗干扰的有效手段之一，正确的接地既能抑制设备向外发出干扰;
但是错误的接地反而会引入严重的干扰信号，使系统无法正常工作。一般说来，控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等，如果接地系统混乱，对伺服系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层两端a、b都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层。当发生异常状态如雷电击时，地线电流将更大。此外，屏蔽层、接地线和大地可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内会出现感应电流，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生地地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响伺服电路的正常工作。解决此类干扰的关键就在于分清接地方式，为系统提供良好的接地性能。
来自系统内部的干扰
主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射、模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于控制器制造厂家对系统内部进行电磁兼容设计的内容，一般在成熟的系统中很少发生。
对于干扰的处理措施
加装滤波器和电抗器
滤波是一种抑制传导干扰的方法。在电源输入端接上滤波器，可以抑制来自电网的噪声对电路本身的侵害，也可以抑制由电路产生并向电网反馈的干扰。电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。它不仅可抑制传输线上的传导干扰，同时对传输线上的辐射发射也具有显著的抑制效果。
所有电源滤波器都必须接地，因为滤波器的共模旁路电容必须在接地时才起作用。一般的接地方法是除了将滤波器与金属外壳相接之外，还要用较粗的导线将滤波器外壳与设备的接地点相连。接地阻抗越低滤波效果越好。滤波器尽量安装在靠近电源入口处。滤波器的输入及输出端要尽量远离，避免干扰信号从输入端直接耦合到输出端。
安装隔离变压器
隔离变压器初级电压是电网电压，这个电压是针对于大地的电压，而隔离变压器次级电压和大地不相连的。如果线圈比例为1:1的话，两边电流相同，进行电气隔离；可以消除部分谐波，有效的降低零地电压。
外接屏蔽线
屏蔽是解决幅射干扰问题的重要且有效的手段，目的是切断电磁波的传播途径。大部分幅射干扰问题都可以通过电磁屏蔽来解决，用电磁屏蔽的方法解决电磁干扰问题不会影响电路的正常工作。
结语
控制系统的抗干扰能力关系到整个系统的可靠运行，而系统的可靠性则直接影响到企业的生产效率以及设备的安全和经济运行。随着工业设备自动化程度越来越高，控制技术问题也越来越不容忽视，有效地防止干扰可以提高系统的可靠性，让设备更加稳定的运行。
交流伺服电机振动故障的分析与解决方案
一、交流伺服系统概述
交流伺服系统包括：伺服驱动器、伺服电机和一个反馈传感器（一般伺服电机自带光电编码器）。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行；驱动器从外部接收参数信息，然后将一定电流输送给电机，通过电机转换成扭矩带动负载，负载根据自己的特性进行动作或加减速，传感器测量负载的位置，使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较，然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致，当负载突然变化引起速度变化时，编码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器，驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化，并重新返回到设定的速度。
交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统，负载波动和速度矫正之间的时间滞后响应是非常快的。
二、交流伺服电机振动故障分析
以下对交流伺服电机振动故障的分析主要从机械方面和电气方面进行。
1.机械方面
（1）电机两端和丝杠轴承座上的轴承磨损后间隙过大，或者轴承缺少润滑脂后轴承滚动体和保持架磨损严重造成负载过重。轴承磨损后间隙过大会造成电机转子中心和丝杠中心存在同轴度误差，使机械系统产生抖动。轴承滚动体和保持架磨损严重会造成摩擦力增加导致“堵转”，“堵转”在不至于导致“过载报警”的情况下，由于负载过重，会增加伺服系统的响应时间产生振动；
（2）电机转子不平衡，电机转子的动平衡制造时有缺陷或使用后变差，就会产生形如“振动电机”一样的振动源；
（3）转轴弯曲，转轴弯曲的情况类似于转子不平衡，除了会产生振动源也会产生电机转子中心和丝杠中心的同轴度误差，使机械传动系统产生抖动；
（4）联轴器制造缺陷或使用后磨损会造成联轴器两部分的同轴度误差，特别是使用铸造的刚性联轴器，由于本身的制造精度差，更容易产生同轴度误差导致振动；
（5）导轨的平行度在制造时较差会导致伺服系统无法到达指定位置到无法停留在指定位置，这时伺服电机会不停的在努力寻找位置和系统反馈间徘徊，使电机连续的振动；
（6）丝杠与导轨平面的平行度误差，丝杠在安装过程中与导轨所在平面有平行度误差也会使电机由于负载不均匀产生振动；
（7）丝杠弯曲，丝杠弯曲后丝杠除了受到轴向推力外还会受到变化的径向力，弯曲大时径向力大，弯曲小时径向力小，同样这种不应该存在的径向力也会使机械传动系统产生振动。
2.电气方面
导致交流伺服电机电气方面的原因主要是伺服驱动器的参数调整上。
（1）负载惯量，负载惯量的设置一般与负载的大小有关，过大的负载惯量参数会使系统产生振动，一般的交流伺服电机可以自动测量系统的负载惯量；
（2）速度比例增益，设置值越大，增益越高，系统刚度越大，参数值根据具体的伺服驱动器型号和负载情况确定，一般情况下，负载惯量越大，设定值越大，在系统不产生振动的情况下，设定值尽量较大，但是增益越大，偏差越小，越容易产生振动；
（3）速度积分常数，一般情况下负载惯量越大，设定值越大，系统不产生振动的情况下，设定值尽量较小，但是降低积分增益会使机床响应迟缓，刚性变差；
（4）位置比例增益，设置值越大，增益越高，刚度越大，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后量越小，数值太大可能会引起电机振动；
（5）加速度反馈增益，电机不转时，很小的偏移会被速度环的比例增益放大，速度反馈产生相应的转矩，使电机来回抖动。
三、交流伺服电机振动故障根据现场判断解决
知道了那些方面会导致交流伺服电机产生振动故障，实际维修中如何将故障范围进一步缩小进而锁定故障原因是个难点，需要结合具体的现场信息来综合判断。
（1）故障发生在新设备开机调试后，发生在这个时段内的故障最复杂，可能是由于机械制造方面的原因，也有可能是参数调整不正确的原因，需要一步步的排除，排除的原则是先排除简单的原因，后排除复杂的，如果是数控系统装有两台以上相同的驱动器和交流伺服电机，其中一台电机产生振动，可以采用最简单的“对换法”将两台交流伺服电机的伺服驱动器对换，利用此法可以快速判断问题是否出在伺服驱动器参数设置上；
（2）故障发生在设备运行使用很长时间以后，这种情况基本可以排除伺服驱动器参数设置问题，因为如果参数设置不当，早就应该反映出问题了；
（3）故障发生在刚刚开机后，如果刚刚开机交流伺服电机就产生振动，这种情况下可以确定是在数控系统自动寻在机床原点时发生了机械卡阻导致电机不能到达指定位置或到达指定位置后产生反复，这种情况下一般是机械故障；
（4）故障发生在机床正在加工工件时，这样的情况首先考虑是由于加工时负载增加而导致的振动，围绕负载增加检查原因；
（5）故障连续规律发生或断续无规律发生，故障连续发生时说明导致电机振动的故障原因一直存在，而断续无规律发生时说明导致电机振动的故障原因有时会发生变化，这种情况如果负载没有很大的变化基本可以排除伺服驱动器参数设置的原因。
四、结语
导致交流伺服电机的振动故障是多方面复杂的原因，从实际操作中总结发现机械故障或机械故障导致的电机故障原因比例较大，在排除这类故障时需要掌握交流伺服系统的工作原理，了解哪些原因容易引起电机振动故障，同时结合现场情况综合判断，才能彻底解决交流伺服电机的振动故障。
