DA200伺服在LED分光机上的应用

1 项目背景

深圳是全国LED的重要生产基地和贸易中心，已有较完整的产业链和配套能力，在激烈的市场竞争中，同行间都在拼价格、拼效率。在这样的背景下，深圳某公司的核心产品SMD-LED全自动分光机，自然就成为了革新对象，分光机的核心系统---伺服系统就成为最先要改进的部分。英威腾凭借在工业自动化领域多年累积的专业经验和知名度，DA200伺服成功入围并在测试中取得良好成效。

在生产效率日益增长的今天，原有40k/h的分光机已不能满足市场需求。客户需要更快的速度及更高的稳定性满足生产需求。深入了解了客户的工艺和需求后，针对转盘惯量大、对刚性要求高的特点，英威腾技术人员通过科学精确的计算，开创性的为该行业定制了专用马达，并选用了DA200系列高性能伺服驱动器以满足并超过客户预期效果。英威腾伺服因其极高的响应速度，丰富的I/O功能、功能强大的调试软件等特点，给客户留下了深刻的印象。

2 项目方案

2.1伺服选型及特点讲解

LED分光机对位置精度及响应时间要求非常苛刻。在整个机台中，关键有两个工位：转盘轴和检测轴。转盘轴要求高刚性、高速度、高响应，其他伺服品牌选送的都是750W轻惯量的马达，刚性提升空间有限。英威腾技术人员通过科学精确的计算，开创性的为该行业定制了专用马达，并选用了DA200系列高性能伺服驱动器配合先进的算法，以满足并超过客户预期效果。通过定制化的大扭矩伺服马达，使得该轴的刚性有了显著的提升，静止时（serve on）用手触摸，没有任何振感，客户对英威腾这个效果非常满意。英威腾选用的DA200系列伺服搭配23Bit（8388608PPR）绝对值编码器，可以满足设备高精度定位控制和稳低速运转时的应用需求。实际调试的结果是指令时间11.875ms，转盘轴伺服定位完成13ms，整定时间不到2ms,滞留脉冲为0个pulse,好过客户要求的整定时间5ms,位置误差2个pulse。

时间就是金钱，这句话在LED行业更能体现效率的重要性。充分利用英威腾DA200伺服优越的响应性能，拉高马达的频宽，使得设备的整体运行达到最佳的状态。

2.3分度盘电机设计：

1）决定加减速时间

加减速时间以定位时间的50%效率最高：

2）电机转速

3）计算负载转矩

因为摩擦负载极小，故忽略：

4）计算电机轴加速转矩（克服惯量）

5）加速转矩

6）必须转矩

*安全系数 S=1

7）额定转矩

其中假定其过程只有加减速阶段，无匀速阶段，公式简化为：

8）负荷与电机惯量比

根据以上数据定制专用电机，在实践应用中也证实与计算数据基本相符。

3 工艺流程

LED分光机主要用于LED产品光色一致性的检测和分光,配有精密的光谱分析仪，具有高智能性,可自动检测出不合格产品并将之吹入废料盒,系统架构是由圆形振动盘与平行振动轨道负责送料,以吸嘴将LED送至转盘,经由测试站量测光电特性之后,系统会根据量测仪器的测试结果,透过分料机构将LED送至所属之落料盒。

图1 工艺流程图

送料机构把料送到固定位→吸料机构把料送到转盘上的工位1→转盘转动一个角度把料送到工位2→检测机构下来工作采集相关数据→转盘再把检测后的料送到工位3→高压气枪把料吹入收集箱（收集箱会根据检测的结果，事先确定好收集管的位置）。

 图2 设备电控配置示意图

图3 设备示意图

分光机产品参数

电性测试参数

光学测试参数

主体技术参数

*客户希望能将最大产能提高到65K/h以上。

4.伺服参数调整

A.使用提高刚性及速度前馈版

1)调整惯量，观察R0.51实际惯量值

2)提高刚性至21左右

3)提高速度增益。速度增益与积分乘积在500~900之间。

4)加前馈，至56%

5)使用滤波器陷波

波形效果图

效果：比较好，但从波形上可以观察13.3ms完成后动作后还有波动，使用高速摄像头观测到14ms完成但还是会有略微的抖动。

B.专家调试-使用速度观测器版

1)先调惯量，把惯量比设定好，可以实时观察R0.51进行调整。

2)然后将速度环增益向上调，调至出现振动了,观察转矩波动可以得到振动频率，使用陷波滤波器抑制。（超过1KHz以上可以把深度加深为0，Q值为1）

3)转矩稳定后，把速度观测器打开。逐步提高速度观测器增益（不振为止）。

4)速度观测器增益提高之后，速度环增益就可以大幅上调了，可以50Hz往上加，直至不振为止。

5)提高了速度增益后，提高位置增益，让最后几个脉冲快速收尾。一般速度增益提高之后位置增益在1.5倍范围内提高。

部分参数

波形效果图（滞留脉冲）

5 项目总结：

使用速度观测器后：

- 增益得到极大提高，响应快，整定时间只有2ms；

- 噪声减小，声音明显变得清脆；

- 负载率变低，电机温度明显下降；

- 每小时最大速度达72K（还可以更高），超过其机械速度上限；

经过两个多月的测试，设备运行情况良好，产品成品率高,设备的工作效率提高了80%（从40K提高至72K）。英威腾DA200伺服以其高精度、高应答、高价值的强大功能，赢得了客户的高度认可。随着LED市场需求的进一步加大，LED制造设备的需求量也会同比增长,英威腾伺服在分光机上的成功应用，为英威腾更多产品进入这个行业奠定坚实基础。

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关于英威腾：

英威腾，成立于2002年，致力于成为全球领先、受人尊敬的工业自动化和能源电力领域的产品与服务提供者，2010年在深交所A股上市，股票代码：002334。英威腾是国家火炬计划重点高新技术企业，目前拥有16家控股子公司，分驻于全国的12大研发中心，申请各类专利800多件，依托于电力电子、电气传动、自动控制、信息技术等关键技术，主要产品涵括高中低压变频器、电梯智能控制系统、伺服系统、PLC、HMI、SVG、UPS、电机和电主轴、光伏逆变器、节能减排在线管理系统、轨道交通牵引系统、新能源汽车电控系统等。英威腾现有员工2500多人，大型生产基地3个，营销网络遍布国内及海外60多个国家和地区。