全数字式交流伺服电机驱动器高精度.docx

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全数字式交流伺服电机驱动器高精度

※多功能直流伺服驱动器使用手册※

STDS2420

STDS3620

STDS4820

济南三腾电子科技有限公司

目录

一．概述3

1．型号说明3

2．适用范围3

3．使用条件3

1．主要功能4

2．工作模式配置表4

3．技术参数5

三．端口说明7

1．接口定义7

2．接口说明8

3．接线图10

4．串口连接11

5．安装尺寸（单位：

mm）12

四．操作说明13

1．初始化设置13

1.1驱动器出厂时的默认参数如下：

13

1.2参数设置：

14

2．速度控制模式14

2.1数字指令（RS232、CAN）速度控制模式（SMOD0）14

2.2差分模拟信号速度控制模式（SMOD1）14

2.3PWM速度控制模式（SMOD2）15

2.4CLK脉冲速度控制模式（SMOD3）15

2.5单端模拟电压速度控制模式（SMOD5）16

3．位置控制模式17

3.1数字指令（RS232、CAN）位置控制模式（SMOD256）17

3.2CLK脉冲位置控制模式（SMOD259）17

4.转矩控制模式18

4.1数字指令（RS232、CAN）转矩控制模式（SMOD512）18

4.2差分模拟电压转矩控制模式（SMOD513）18

4.3PWM转矩控制模式（SMOD514）19

4.4单端模拟电压转矩控制模式（SMOD517）19

5放大器控制模式20

5.1数字指令（RS232、CAN）放大器控制模式（SMOD768）20

5.2差分模拟电压放大器控制模式（SMOD769）20

5.3PWM放大器控制模式（SMOD770）21

5.4单端模拟电压放大器控制模式（SMOD773）21

五．故障保护与复位23

1．安全级别23

2．故障保护依据23

3．故障信息列表24

六．PID调试25

1．速度环PID调试25

2．位置PID调试26

3．力矩环PID调试29

七．参数设置与常见问题30

1．参数设置30

2．参数保存30

3．ENA/DIS指令和外部使能信号EN的关系30

4．关于SBS急停指令30

5．关于读取速度指令GV30

6．关于ESA指令30

7．关于设置反馈方式SSFT指令30

一．概述

1．型号说明

STDS2420-E

ST---------公司代码

D-----------直流电压输入

S-----------直流伺服电机驱动器

24----------电源电压范围+12～48V

20---------最大连续输出电流20A

E----------工业级

2．适用范围

●适合驱动永磁直流伺服电机，空心杯永磁直流伺服电机，力矩电机（200mH电感量以下的电机建议加电感）；

●最大连续电流20A，最大峰值电流40A；

●直流电源24V/36V（12V～48V）；48V/36V（24V～65V）

●功率960瓦内，过载能力达1920瓦；

●放大器模式，转矩模式，速度模式，位置模式；

3．使用条件

（1）电源：

●电源输入范围：

24V/36V（12V～48V）；48V/36V（24V～65V）；

●能提供连续电流2倍的瞬间电流过载能力；

●电压要保证不大于5％的稳定度。

（2）反馈元件：

●增量式编码器；

●测速机。

（3）使用环境：

●温度：

STDS2420：

－10～70℃（以驱动器壳体表面温度为准）；

STDS2420-E：

－40～85℃（以驱动器壳体表面温度为准）；

●湿度：

85%RH以下；

●无防水要求；

●无腐蚀性气体。

二．功能技术指标

1．主要功能

●工作模式：

放大器模式、转矩模式、速度模式、位置模式；

●反馈元件：

增量式编码器，测速机；

●控制端口：

RS232、CAN，CLK/DIR，PWM，±10V模拟电压，单端模拟电压（电位器）；

●外部制动控制；

●外部启停控制；

●外部限位功能；

●软件限位功能；

●预留2个数字输入接口，1个OC输出接口；

●开机自动寻找零位；

●可以通过CAN总线组网控制；

●内部驱动电路和控制电路隔离；

●外部输入指令和控制电路隔离；

●通过CAN2.0实现PC控制、参数调整、在线调测；

●通过RS232实现PC控制、参数调整、在线调测；

●驱动器内部温度监测；

●过流、过载保护；

●过压、欠压保护；

●温度保护；

●堵转、飞转保护；

●动态跟踪误差超限保护；

2．工作模式配置表

工作模式

控制指令

反馈元件

放大器模式

RS232

CAN

--

PWM

模拟电压

转矩模式

RS232

CAN

--

PWM

模拟电压

速度模式

RS232

CAN

测速机

增量式编码器

CLK+DIR

PWM

模拟电压

位置模式

RS232，

CAN

增量式编码器

CLK+DIR

3．技术参数

参数

标号

参数值

单位

电源电压

U

24V/36V（12V～48V）

48V/36V（24V～65V）

VDC

最大连续电流

Ic

20

A

最大峰值电流

Imax

40

A

PWM开关频率

fPWM

12.5

kHz

静态电流

Iel

115/12V，60/24V，45/36V

mA

输出编码器电源

+5VOUT

5

VDC

ICC

100

mA

外部控制电源

OPT+

5

V

数字输入

（共阳接法）

CLK,…，IN2

截止（高电平）：

小于1mA

导通（低电平）：

3~7mA

mA

数字输出

集电极开路

最大电压为30V，电流5mA

有故障

有故障输出低电平

模拟端输入阻抗

差分输入

25.5

KΩ

单端输入

20

模拟信号电压

差分输入

-10V~10V

V

单端输入

0~5V

V

PWM控制

频段

100~500

Hz

占空比范围

0%≤占空比≤100%

占空比＝50%

0

RPM

占空比＜50%

电机反转

CCW

占空比＞50%

电机正转

CW

步进脉冲最高频率

fmax

200

KHz

通讯端口

RS232

9600（19200）

bps

CAN2.0B

500（1000,250,125,100,50,20）

bps

编码器输入

信号属性

OC，TTL，5V差分，5V线驱动

fmax

200

KHz

可控速度范围

1~30000

Rpm

欠压保护

Vu

10.5

V

过压保护

Vo

54

V

保护温度

STDS2420

小于-10℃或大于70℃

℃

STDS2420-E

小于-40℃或大于85℃

工作温度

STDS2420

-10~+70

℃

STDS2420-E

-40~+85

储存温度

STDS2420

-40~+85

℃

STDS2420-E

-55~+125

三．端口说明

1．接口定义

1

VDD

驱动器电源

电源

2

VSS

驱动器电源地

3

MOT+

电机绕组正端

电机

4

MOT-

电机绕组负端

2

1

GND

TX

RS232地

RS232接收端

RS232

4

3

GND

RX

RS232地

RS232发送端

2

1

GND

CAN-H

CAN总线地

CAN总线H

CAN1

4

3

GND

CAN-L

CAN总线地

CAN总线L

2

1

RES1

CAN-H

内部120Ω电阻

CAN总线H

CAN2

4

3

RES2

CAN-L

内部120Ω电阻

CAN总线L

2

1

AIN+

+5V

差分模拟输入+

+5V输出

模拟控制

4

3

AIN-

POT

差分模拟输入-

单端模拟输入

6

5

0V

0V

模拟地

模拟地

2

1

LEFT

OPT+

左限位

外部控制电源

数字控制

4

3

RIGHT

EN

右限位

使能

6

5

IN1

CLK/PWM

IO输入信号1

步进脉冲/脉宽

8

7

IN2

DIR

IO输入信号2

方向控制

10

9

OUT1

BRAKE

IO输出信号1

急停信号

12

11

FAULT

OPT-

故障输出

外部控制电源地

2

1

Z+

+5VOUT

编码器Z+

编码器电源

反馈输入

4

3

Z-

A+

编码器Z-

编码器A+

6

5

GND

A-

编码器电源地

编码器A-

8

7

TA+

B+

测速机反馈+

编码器B+

10

9

TA-

B-

测速机反馈-

编码器B-

2．接口说明

（1）TX，RX，GND，GND：

RS232接口，实现指令控制，以及参数设置、运行状态调测等；

（2）CAN-H，CAN-L，GND，GND：

CAN1接口，实现指令控制，以及参数设置、运行状态调测等；

（3）CAN-H，CAN-L，RES1，RES2：

CAN2接口

∙CAN2接口的CAN-H，CAN-L同CAN1接口是同一组信号；

∙RES1，RES2分别是驱动器内部提供的120Ω终端电阻的两端。

组网时，用户可以选择网络中的任意一个驱动器，把CAN-H和CAN-L分别和RES1、RES2短接，即可保证总线上具备120欧姆阻抗。

（4）AIN+，AIN-，+5V，POT，0V，0V：

模拟输入接口。

∙AIN+，AIN-：

±10V模拟信号输入端，可以实现速度、转矩和放大器模式控制；

∙POT，0V：

0~5V单端模拟信号的输入端。

∙+5V，POT，0V：

可以组成电位器控制接口，+5V电源为驱动器内部输出；

（5）OPT+，OPT-，ENA，CLK/PWM，DIR，BRAKE，LEFT，RIGHT，IN1，IN2，OUT1，FAULT：

外部控制信号输入接口。

接口电路如下：

●EN信号为外部使能控制，在任何模式下都有效。

EN高电平时，驱动器加载电机。

当EN低电平时，驱动器释放电机，电机处于无力矩状态。

此信号在悬空时为高电平状态，这时驱动器向电机加载。

●CLK/PWM是步进脉冲、PWM信号共用端口，通过RS232串口或CAN接口设置信号属性。

用户根据需要，可以选择下列其中一种控制组合：

PWM脉宽信号，可以实现速度、转矩和放大器模式控制；

CLK、DIR脉冲信号，可以实现速度和位置模式控制；

CLK步进脉冲信号，上升沿有效。

●DIR是方向信号，高电平控制电机正转，低电平控制电机反转。

悬空时为高电平状态。

此信号只在步进脉冲信号输入时有效。

●BRAKE是急停信号，当置为低电平时，驱动器将迅速制动电机并保持使能状态。

置为高电平时，取消急停状态。

●LEFT和RIGHT是限位信号，下降沿触发限位功能。

检测到限位信号后，驱动器将迅速制动电机并保持使能状态，这时电机只能向未限位的方向旋转。

●IN1，IN2为预留输入接口。

●OUT1为预留输出接口。

●FAULT是驱动器输出的出错信号，集电极开路，用户最高可以上拉到30V。

当系统产生保护时，输出低电平；正常状态时，输出高电平。

输入电流小于5mA。

（6）+5VOUT，GND，A+，A-，B+，B-，Z+，Z-，TA+，TA-：

反馈输入接口

●+5Vout是驱动器提供的编码器电源，最大输出电流100mA。

●A+，A-，B+，B-，Z+，Z-为编码器信号接口（当输入单端信号时，只接正端）。

●TA+，TA-测速机信号接口。

3．接线图

（1）当反馈元件为光电编码器时，接线图如下：

（2）当反馈元件为测速机的典型接线图：

4．串口连接

公司提供专用电缆，DB9插头符合标注定义，可同计算机串口相连。

线缆标识定义：

驱动器标号

颜色

DB9引脚号

TX

红

2

RX

蓝

3

GND

黄（或绿）

5

5．安装尺寸（单位：

mm）

四．操作说明

1．初始化设置

1.1驱动器出厂时的默认参数如下：

指令参数

说明

ENA

内部使能有效

SMOD0

速控模式，信号源数字指令

SR

正电压输入电机正转

BAUD9600

RS-232串口波特率9600bps

CAN

波特率500bps

SPC40000

最大峰值电流40A

SCC20000

最大连续电流20A

A50

加速度50

P100

比例系数100

I20

积分系数20

D0

微分系数0

MK2000

速度前馈系数2000

MP80

位置比例系数80

MI0

位置积分系数0

MD0

位置微分系数0

Ip100

电流比例系数100

Ii10

电流积分系数10

Id0

电流微分系数0

SSP5000

最高速度5000RPM

SMV0

PWM速控模式的最小速度0RPM

SMAV200

死区电压200mV

SPE0

禁用软件位置限制

SPH2000000000

设置位置范围上限

SPL-2000000000

设置位置范围下限

SPHE0

禁用硬件位置限制

STW1

步宽1

ENC2000

编码器分辨率2000（500线）

SPT5

设置延迟保护时间5ms

SER255

设置步进脉冲位置模式最大位置跟踪误差（-255~+255）

SSFT0

反馈元件增量式编码器

1.2参数设置：

用户需要根据所选的电机、测速机、编码器及负载情况重新设置参数并存储。

设置方法如下：

●通过本公司提供的《伺服运控管理系统》软件进行设置，在相应栏目输入参数，分别点击“设置”和“保存至EEPROM”两个按钮，即可存储；

●根据通讯协议，用户通过数字指令（RS232或CAN）分别进行设置，最后通过指令“ESA”保存至EEPROM。

●注意：

参数设置后，驱动器只是暂存参数，必须保存至EEPROM，才能永久生效。

2．速度控制模式

2.1数字指令（RS232、CAN）速度控制模式（SMOD0）

（1）指令：

V＋参数

如：

V1000启动速控模式，电机开始以设定的速度运动。

（2）相关指令：

A（加速度）

2.2差分模拟信号速度控制模式（SMOD1）

（1）AIN+，AIN-输入电压范围：

-10V~+10V；输入电压VIN=（AIN+）–（AIN-）；

（2）相关指令：

SSP（最大速度），SMAV（死区电压），SL，SR

∙最大速度：

SSP＋参数

例如，SSP5000。

电机允许速度范围：

-5000~5000RPM。

∙死区电压：

SMAV＋参数

例如：

SMAV200。

当输入信号电压范围在–200mV到200mV时，电机速度为零；模拟电压控制速度的特性曲线如图：

注：

如果死区电压值设置过低，在该端口悬空时，驱动器可能会控制电机以一个很低的速度旋转。

电机转速和输入电压的关系：

V=SSP×VIN÷10V

∙转向：

SL、SR

通过两条指令可以设置电机运转方向。

当设置SR时，输入正电压时，电机正转；设置SL时，输入正电压时，电机反转；此指令仅在模拟信号输入控制时有效，其余模式无效

特别提示：

此功能可以方便用户在只提供0～＋10V的电压下，实现电机的双向运转。

2.3PWM速度控制模式（SMOD2）

（1）PWM信号规范：

频率范围：

100-500Hz；

占空比范围：

0%≤占空比≤100%。

（2）工作原理

当占空比＝50%，V=0；占空比＜50%，电机反转；占空比＞50%，电机正转。

计算公式：

V=SSPx（占空比x100–50）÷50

（3）相关指令：

SMV（最小速度）

为了保证PWM占空比＝50%时，电机速度绝对为零，可用SMV指令设置最小速度

2.4CLK脉冲速度控制模式（SMOD3）

（1）脉冲输入频率范围：

0~200KHz

（2）相关指令：

∙设置最大速度：

SSP＋参数

∙设置最大加速度：

A＋参数

∙设置步宽：

STW＋参数

∙读取步宽值：

GSTW

∙设置脉冲输入最高频率SSK+参数

∙读取脉冲输入最高频率GSK

（3）工作原理

当采用编码器作为反馈元件时，电机转速与输入脉冲的频率成正比：

∙转速与脉冲频率之间的关系如下：

转速＝脉冲频率x步宽（STW）x60÷编码器分辨率（4倍线数）

当采用测速机作为反馈元件时：

∙转速与脉冲频率之间的关系如下：

转速＝最高转速x（脉冲频率÷脉冲输入最高频率SSK）

（4）通过DIR信号控制方向。

2.5单端模拟电压速度控制模式（SMOD5）

（1）POT，0V：

输入电压范围0~+5V；

（2）相关指令：

SSP（最大速度），SMAV（死区电压），SL、SR

∙最大速度：

＋参数

例如，SSP5000意即：

电机允许速度范围：

-5000~5000RPM。

∙死区电压：

SMAV＋参数

例如：

SMAV200。

当输入信号电压范围在2.5V±199mV时，电机速度为零；模拟电压控制速度的特性曲线如图：

当输入模拟信号电压为VIN伏时：

当VIN=2.5V时，V=0；当VIN>2.5V时，电机正转；当VIN<2.5V时，电机反转。

电机运行速度计算公式为：

V=SSPx（VIN-2.5V）÷2.5V；

注：

如果死区电压值设置过低，在该端口悬空时，驱动器可能会控制电机以一个很低的速度旋转。

∙转向：

SL、SR

通过两条指令可以设置电机运转方向。

当设置SR时，输入正信号时，电机正转；设置SL时，输入正信号时，电机反转；此指令仅在模拟信号输入控制时有效，其余模式无效。

3．位置控制模式

3.1数字指令（RS232、CAN）位置控制模式（SMOD256）

（1）启动条件：

电机停止运动时，才能启动位置控制模式

（2）相关指令：

∙设置绝对位置：

PO+参数

把当前位置设置为参数对应的绝对位置。

如：

PO0，则当前位置被设置为绝对零点。

∙设置最大速度：

SSP＋参数

∙设置最大加速度：

A＋参数

∙以绝对位置参量设置目标位置：

M＋参数

如：

M2000，从当前位置运动到绝对位置2000；M-2000，从当前位置运动到绝对位置-2000。

∙以相对位置参量设置目标位置：

MR＋参数

如：

MR2000，从当前位置正向运动2000个单位；MR-2000，从当前位置负向运动2000个单位。

3.2CLK脉冲位置控制模式（SMOD259）

（1）脉冲输入频率范围：

0~200KHz

（2）相关指令：

∙设置最大速度：

SSP＋参数

∙设置最大跟踪误差：

SER＋参数

∙设置最大加速度：

A＋参数

∙设置步宽：

STW＋参数

∙读取步宽值：

GSTW

（3）工作原理

脉冲输入端每接收一个脉冲，电机运转一个步宽；

位置与及转速的计算公式如下：

位置（圈数）＝脉冲个数X步宽（STW）÷编码器分辨率（4倍线数）

转速（RPM）＝脉冲频率x步宽（STW）x60÷编码器分辨率（4倍线数）

（4）通过DIR信号控制方向。

4.转矩控制模式

4.1数字指令（RS232、CAN）转矩控制模式（SMOD512）

（1）相关指令：

∙设置最大连续电流：

SCC+参数

∙设置输出目标电流：

EC+参数

例如：

EC5000输出5000mA电流，驱动器向电机施加正向电流。

4.2差分模拟电压转矩控制模式（SMOD513）

（1）AIN+，AIN-输入电压范围：

-10V~+10V；输入电压VIN=（AIN+）–（AIN-）；

（2）相关指令：

∙设置最大连续电流：

SCC+参数

∙死区电压：

SMAV＋参数

例如：

SMAV200。

当输入信号电压范围在–199mV到199mV时，输出电流为零。

模拟电压控制输出电流的特性曲线如图：

输出电流计算公式为：

Iout=SCCxVIN÷10V；

∙转向：

SL、SR

通过两条指令可以设置电机运转方向。

当设置SR时，输入正信号时，电机输出正向电流；设置SL时，输入正信号时，电机输出反向电流；此指令仅在模拟信号输入控制时有效，其余模式无效。

特别提示：

此功能可以方便用户在只提供0～＋10V的电压下，实现电流的双向控制。

4.3PWM转矩控制模式（SMOD514）

（1）PWM信号规范：

频率范围：

100-500Hz；

占空比范围：

0%≤占空比≤100%。

（2）相关指令：

∙设置最大连续电流：

SCC+参数

（3）工作原理：

占空比＝50%，Iout=0；占空比＜50%，输出反向电流；占空比＞50%，输出正向电流。

计算公式：

Iout=SCCx（占空比x100–50）/50

注意；为了保证PWM占空比＝50%时，转矩输出为零，驱动器将0.195％设置为死区，即在

（50％-0.195％）<占空比<（50％+0.195％）时，输出电流为零。

4.4单端模拟电压转矩控制模式（SMOD517）

（1）POT引脚输入电压范围：

0~+5V；

（2）相关指令：

∙设置最大连续电流：

SCC+参数

例如：

SCC20000，设置最大连续电流20A。

∙死区电压：

SMAV＋参数

例如：

SMAV200。

当输入信号电压范围在2.5V±200mV时，输出电流为零；模拟电压控制输出电流的特性曲线如图：

当输入模拟信号电压为VIN伏时：

当VIN=2.5V时，Iout=0；当VIN>2.5V时，电机正转；当VIN<2.5V时，电机反转。

输出电流计算公式为：

Iout=SCCx（VIN-2.5V）÷2.5V；

∙转向：

SL、SR

通过两条指令可以设置电机运转方向。

当设置SR时，输入正信号时，电机输出正向电流；设置SL时，输入正信号时，电机输出反向电流；此指令仅在模拟信号输入控制时有效，其余模式无效。

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5放大器控制模式

5.1数字指令（RS232、CAN）放大器控制模式（SMOD768）

相关命令：

AM+参数

如：

AM20，则驱动器输出电压：

Vout＝电源电压x20÷100；

AM-20，则驱动器输出电压：

Vout＝电源电压x（-20）÷100；

5.2差分模拟电压放大器控制模式（SMOD76