Copley驱动器用户指南.docx
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Copley驱动器用户指南
Copley驱动器总结
一、驱动器简介
Xenus提供三种版本的驱动器
版本
支持的反馈类型
标准版本
正交编码器
-S版
模拟正弦/余弦编码器
-R版
无刷解析器
-S和-R版本可以从模拟正弦/余弦编码器和无刷解析器中模拟出正交编码器的输出信号，我们的驱动器是XTL-230-40，输入标准版本，支持正交编码器。
驱动器可以以以下几种方式进行操作：
1.作为一个传统的电机驱动器，接受外部控制器发出的电流，速度和位置信号。
在电流和速度模式下，可以接受正负10V的模拟信号；占空比50%的PWM波，或者PWM/极性输入。
在位置模式下，输入可以是从步进电机控制器发出的位置增量命令（以脉冲方向格式或者递增递减计数格式）或者是从主编码器输出的A/B正交指令。
2.作为CANopen网络的一个网点。
3.作为DeviceNET网络的一个网点。
4.作为一个独立的控制器运行虚拟机上的程序，或者通过RS232串口运行ASCII码格式的指令。
电源：
型号
编码器类型
持续电流
峰值电流
电压
XTL-230-40
正交编码器
20A
40A
100-240V交流电
频率47-63HZ
另外还需要一个独立的+24V电源给内部控制电路供电，这个电源跟主电源隔离开来。
这个设计保证了主电源断开，+24v电源不断开的时候，驱动器能保留位置信息和通信。
CME2
CME2是对驱动器进行配置和调试的软件，通过RS232串口连接电脑和驱动器。
所有的配置驱动器的操作都可以通过这个软件完成。
电机数据存储为.CCM文件，驱动器数据存储为.CCX文件。
二、驱动器操作
供电和接地图
电源
交流电压经过整流滤波输出直流驱动PWM逆变器。
+24V电源经过一个DC/DC变换器，产生控制电路所需的电压和一个+5V电源给HALL电路和编码器供电。
操作模式
控制环的嵌套和模式
驱动器可以使用最多三个嵌套的控制环，电流环、速度环、位置环在三种相关联的模式下控制电机
控制环图解
在位置模式下，驱动器用到了三个环。
如上图所示，位置环驱动速度环，速度环驱动电流环。
在速度模式下，速度环驱动电流环，在电流模式下，电流环直接由外部或内部的电流指令驱动。
环路基本属性
这些环路和一般的伺服控制环路有一些相同的属性
环路属性
描述
命令输入
每个环路给定一个需要达到的值。
例如，速度环接受一个速度指令，它是期望的电动机速度
限制
每个环路上都有限制，以保护电机或者机械系统
反馈
伺服控制环接受反馈。
如位置环把电机的实际位置作为反馈。
增益
这些是伺服环路的数学方程中的常数值，通过这些值可以设置驱动器，提高驱动器的性能。
调整这些值被称为环路整定。
输出
环路产生的控制信号。
这个信号可以被用作命令信号输入到另一控制回路或输入到功率放大器中。
电流模式和电流环
电流环的前端是一个限制模块，限制模块接收一个电流指令，然后输出一个受到限制的电流，这个电流减去实际的电流，得到一个偏差信号，经过P,I调节得到一个指令，这个指令然后施加到驱动器的功率级。
电流环的输入
1.驱动器的模拟输入或者PWM输入
2.CANopen,DeviceNet,orRS-232Serial输入
3.Copley虚拟运动控制程序
4.驱动器内部的函数发生器
偏移
在速度或者位置模式下，电流指令是由速度环产生的。
在某些应用中，会有一个持续的力作用于电机，最典型的是一个竖直的轴，受到一个恒定的重力作用，这个时候需要在电流指令中加一个偏移量。
限制
电流指令受到以下参数限制（可由用户设置）
限制
描述
峰值电流限制
驱动器在短时间内能产生的最大电流，这个值不能超过驱动器的额定峰值电流值（即40A）
持续电流限制
驱动器能产生的最大的持续电流
I2T时间限制
电机以最大电流运行的最大时间，超过此值必须减小电流到持续电流值，否则会产生错误
Ramp
电流指令的变化率
电流环输出
电流环的输出是一个指令，改变驱动器PWM输出级的占空比。
自动整定
CME2提供一个电流环的自动整定功能，能够自动调整P和I的值。
速度模式和速度环
速度环路图
速度环的限制模块接收一个速度指令，经过输入滤波器，输出一个经过限制的速度指令，这个指令减去实际的速度，得到偏差信号，经过Ｐ，Ｉ调节，在经过一个数字滤波器，得到一个电流指令，输入到电流环当中。
输入
速度模式下，速度指令输入可以是：
1．驱动器的模拟输入或者PWM输入
2．CANopen,DeviceNet,orRS-232Serial.
3．Copley虚拟运动控制程序
4．驱动器内部函数发生器
在位置模式下，速度指令是由位置环产生的。
速度环限制
为了保护电机和机械系统，速度指令受到以下几个参数限制
限制
描述
速度限制
设置输入到速度环的最大速度指令值
加速度限制
设置最大加速度
减速度限制
设置最大减速度
FastStopRamp
当硬件禁用的时候指定速度环的减速度（软件禁用的时候，这个参数不使用）如果设置了制动延时，那么电机在制动之前按照这个减速度减速。
这个参数仅用在速度模式当中，在位置模式，轨迹生成器控制电机的受控停止。
*关于Faststopramp参数，有一个例外，如果发生一个non-latchederror,那么驱动器切换到速度模式。
上图显示了几个参数对速度指令的影响。
速度环增益也是两个，P和I
速度环指令和输出滤波器
速度环有两个数字滤波器，输入滤波器减小噪声信号，输出滤波器减少共振。
两个数字滤波器可以配置为：
低通滤波器和用户自定义滤波器。
速度环输出
速度环的输出是电流指令，作为电流环的输入
位置模式和位置环
驱动器从CAN接口、串行总线或者虚拟运动控制程序接受位置指令。
当使用数字或模拟输入时，驱动器的内部轨迹生成器按照限制参数计算一个梯形轨迹出来。
当使用CAN总线，串行总线，或虚拟控制程序的时候，可以生成梯形曲线或者S型曲线。
轨迹生成器接受位置指令，实时更新运动曲线。
轨迹生成器的输出是一个瞬时的位置指令。
同时会产生运动轨迹的速度和加速度，这些信号经过位置环处理，得到一个速度指令，作为速度环的输入。
*如果把最大加速度设置为0的话，就可以把轨迹生成器旁路掉。
轨迹限制
在位置模式，轨迹发生器应用以下几个参数，生成运动轨迹
限制
描述
最大速度
运动轨迹的最大速度
最大加速度
运动轨迹的最大加速度
最大减速度
运动轨迹的最大减速度
位置环输入
输入
描述
轨迹速度
轮廓的瞬时速度值，用来计算速度前馈值
轨迹加速度
轮廓的瞬时加/减速度值，用来计算加速度前馈值
位置限制
轮廓的瞬时指令位置，减去实际的位置值，得到一个偏差
位置环增益
增益
描述
Pp
位置环比例
Vff
速度前馈
Aff
加速度前馈
增益倍数
位置环的输出乘以此值，然后输入到速度环
位置环反馈
单传感器：
位置反馈来自电机上的编码器
双传感器：
位置反馈来自负载上的编码器
*不管哪种情况，速度环的反馈都来自电机上的编码器
位置环输出
位置环的输出是一个速度指令，作为速度环的输入
模拟输入
驱动器可以由模拟电压信号驱动，在不同的模式下，驱动器将信号转换为电流，速度和位置指令。
模拟输入信号通过缩放（scaling）、死区调节（dead）和偏移（offset）三个参数来调节
1.缩放（scaling）
由输入电压产生的命令信号的幅度与输入电压大小成正比，缩放控制输入到命令的比值。
举例来说，在电流模式下，缺省设置是，+10V的电压对应驱动器峰值电流，+5V对应峰值电流的1/2。
举例来说，如果信号源产生的信号是0-10V，但是指令范围只需要+7.5V的输入，那么，如果在电流模式下，可以使+7.5V对应驱动器的峰值电流；在速度模式下，+7.5V对应最大速度。
2.死区
驱动器有一个可编程的死区功能，调整指令的输出。
在死区范围内，不管输入是多少，输出都为0。
如上图，死区设置为100mv,那么在输入为-100mv到100mv之间，输出均为0。
3.偏移量
为了去除控制器和驱动器之间的电压差，为了去除控制器和驱动器之间的电压偏移（电压差），CME2提供一个OFFSET参数和一个测量功能，测量功能在一个周期（大约200MS）内读数10次，然后取平均值，OFFSET参数允许用户输入一个偏移量给输入电压。
OFFSET功能也可以将单级输入电压作为双向操作使用，假如要用0-10V的输入电压实现逆时针1000rpm到顺时针1000rpm的控制，但是现在输入信号是10V时对应2000rpm，那么把OFFSET设置为-5V，这样0V输入变成-5V，对应逆时针1000转每分，10V输入对应5V输入，对应顺时针1000转每分。
模拟输入电压可以在CME2的控制面板和示波器上检测到，检测到的电压是应用了死区和OFFSET之后的。
位置模式中的模拟指令
驱动器的模拟位置指令是一个相对位置指令，当驱动器被启用后，输入电压被测量到，然后电压的任何变化会将轴移动一个相对距离，移动前后的距离变化与电压的变化相对应。
PWM输入
驱动器可以接受PWM输入，在电流模式下，产生一个电流指令，在速度模式下，产生速度指令。
PWM输入有两种格式，一种是50%占空比的PWM波（单线）；另外一种是100%的占空比（双线）
1.50%占空比的PWM波
输入的PWM波频率一定，占空比变化，占空比为50%时，输出为0；占空比增大，输出增大，占空比减小，输出减小。
当然也可以反过来，占空比减小，输出增大；占空比增大，输出减小。
2.100%占空比的PWM波
占空比为0，输出为0；占空比为100%，如果方向为正，则输出为最大值；如果方向为负，则输出为最小值。
数字输入
在位置模式下，驱动器可以通过两个数字输入口接收三种格式的位置指令。
三种格式为：
脉冲和方向，增减计数，正交指令。
在位置模式下，驱动器的轨迹发生器确保运动是平滑的，及时没有设置加速度和减速度。
当使用模拟或者数字输入的时候，把最大加速度设置为0可以禁用轨迹发生器。
脉冲和方向格式
一个数字输入口接受一系列脉冲，另一个数字输入口接受高电平或低电平作为方向指令。
驱动器可以设置为在上升沿触发或者在下降沿触发。
增减计数格式
在增减计数格式里面，一个输入作为正方向脉冲，另一个输入作为负方向脉冲。
正交格式
两个输入提供速度和方向指令
限位开关
数字输入口2-12都可以作为限位开关的输入
模式
限位开关被激活时
电流
驱动器禁止正向（或反向）的运动，另外一个方向的运动没有限制
驱动器状态指示灯变绿，快速闪烁
CME2的控制面板上显示警告，限制指示灯变红
速度
位置
驱动器不再响应位置指令，除非驱动器被禁用再重新启用或者错误被清除
驱动器状态指示灯变绿，快速闪烁
CME2的控制面板上显示警告，限制指示灯变红
默认操作：
如果重新启用驱动器后，限位开关还处于激活状态，驱动器只允许另外一个方向的运动
位置保持：
如果“当限位开关被激活时，保持位置”选项被选中，那么驱动器禁止任何方向的运动
注意：
如果驱动器切换到了电流或速度模式，该功能无效
*除了上面的反应之外，还有一些自定义的设置，当限位开关激活时，可以设置驱动器的某一个或几个数字输出口置高或者置低。
制动操作
通过硬件或软件禁用驱动器会启动以下事件（电流模式下，这些事件不发生）
●电机开始减速，位置模式下采用AbortDecelerationrate（终止减速率）减速，速度模式下，采用FastStopRamp（快停减速）减速。
同时，制动／停止延时计数开始。
电机在制动之前就开始减速
●当电机减速到制动激活速度或者延时时间结束，制动激活，PWM延时制动响应时间计时开始。
在电流模式下，驱动器一收到禁用信号，驱动器输出立马关闭，制动输出马上激活。
状态指示灯
驱动器的状态指示灯是一个双色的LED，在驱动器的前面板上，CAN接口的状态指示灯是一个双色的LED
驱动器状态指示灯
指示灯
含义
不亮
没接+24V电源
呈绿色
驱动器启用，可操作
呈绿色缓慢闪烁
驱动器禁用，没有错误和警告
呈绿色快速闪烁
一个限位开关被激活。
呈红色
非锁定错误（Anon-latchedfaulthasoccurred.）
呈红色闪烁
锁定错误（Alatchedfaulthasoccurred.）
驱动器的输入输出
驱动器有12个数字输入，有11个在“控制”连接器J7上，IN5在“反馈”连接器J8上。
驱动器上用到了两种滤波器，通用滤波器和高速滤波器，某些功能，比如脉冲/方向、pulseup/pulsedown和正交功能都连接到了具有高速滤波器的输入接口，具有通用滤波器的输入接口被用作通用个能，限位开关和电机温度传感器。
驱动器有四个可编程的数字输出，其中的三个是通用输出口（OUT1-OUT3），OUT4是专为制动输出设计的，但是也可以通过编程作为其他的功能使用。
布线
1.电源（J1）
引脚
信号
1
交流电源L1
2
L2
3
接地
4
L3
*如果输入单相电，则由L1，L2输入。
2.电机（J2）
引脚
信号
1
接地
2
接电机W
3
接电机V
4
接电机U
*如果接直流电机，则由3和4输入
3.RegenResistor（J3）（可选的，可接可不接）
引脚
信号
1
Regen+
2
不接
3
Regen-
4
不接
5
接地
4.串口通讯（J5）
引脚
信号
1
不接
2
RXD，从计算接接收数据
3
电源地
4
电源地
5
TXD，向计算机发送数据
6
不接
5.控制（J7）
引脚
信号
1
接地
2
模拟输入（-）
3
模拟输入（+）
4
IN1（使能）
5
IN2
6
IN3
7
IN4
8
IN11
9
IN12
10
IN6
11
IN7
12
IN8
13
IN9
14
IN10
15
输入输出的信号地
16
OUT1
17
OUT2
18
OUT3
19
+5V的信号地
20
+5V输出
21
多模式端口X
22
多模式端口X
23
多模式端口B
24
多模式端口B
25
多模式端口A
26
多模式端口A
6.反馈（J8）
引脚
信号
1
接地
2
+5V,给编码器和霍尔电路供电
3
DigitalhallU
4
+5V
5
信号地
6
DigitalhallV
7
编码器/X输入
8
编码器X输入
9
DigitalHallW
10
电机过温开关
11
编码器/B输入
12
编码器B输入
13
编码器/A输入
14
编码器A输入
15
信号地和+5V接地
CME2的使用
软件界面
第一步：
双击图标，进入下图界面，如果没有显示该界面，则点击“tools—communicationWizard—选择串口”
第二步：
选择串口，点击next。
进入“CommunicationsWizardSelectPorts
screen”界面
第三步：
从可用的串口列表中选择用于连接驱动器的串口
第四步：
点击“next”打开“CommunicationsWizardConfigureSerial
Portsscreen.”界面
第五步：
配置所选的串口选择一个串口，配置波特率，再选择另外一个串口，配置波特率
第六步：
点击“finish”完成配置。
启动CME2和选择驱动器
第一步：
确认CME2安装和串行口配置
第二步：
双击打开“CME2”，如果有多个串口，CopleyNeighborhoodroot会被选中
第三步：
选择需要的驱动器
第四步：
选中驱动器之后，界面与下图类似，如果基本设置没有打开的话，会打开“基本设置”截面
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