菲尼克斯连接器专营    

伺服同步停机是指多轴伺服系统在停止指令触发时，各轴按照预设的同步关系（如位置同步、速度同步、扭矩同步）平稳停止，避免因单轴提前或滞后停机导致的机械冲击、位置偏差或设备损伤。其实现核心是通过同步控制算法和停机逻辑设计，确保各轴在减速过程中保持预设的协同关系，最终同时达到静止状态。以下是具体实现方法和关键要点：

一、核心控制逻辑：同步减速与协同停止

伺服同步停机的本质是 “同步减速” 而非 “瞬间急停”，需通过位置环 / 速度环的协同控制，使各轴在减速阶段保持相对位置或速度比例不变，最终同时归零。常见实现方式有以下 3 类：

1. 基于电子齿轮 / 电子凸轮的同步停机（位置同步场景）

适用于以位置指令为主的同步系统（如印刷机的套印、包装机的膜料与切刀同步），各轴通过 “主从电子齿轮比” 或 “凸轮曲线” 保持位置关联。

• 实现步骤：

• 例：主轴减速时，每移动 1mm，从轴按齿轮比 1:2 同步移动 0.5mm，确保减速过程中位置比例不变。

1. 预设减速曲线：停机指令触发后，主轴（或虚拟主轴）按预设的减速曲线（如 S 型曲线、梯形曲线）降低位置指令频率，从轴根据电子齿轮比（或凸轮表）同步跟随主轴的减速轨迹。

2. 零速锁定：当主轴位置指令停止（速度降至 0）时，从轴通过位置环闭环控制，最终与主轴同时达到目标停止位置（通常为机械零点或工艺断点）。

• 关键参数：减速时间、加速度 / 减速度限制（需匹配机械负载，避免过冲）。

2. 基于速度比例的同步停机（速度同步场景）

适用于以速度指令为主的同步系统（如流水线的多段传送带、造纸机的辊筒同步），各轴速度按固定比例运行（如轴 1 速度 = K× 轴 2 速度）。

• 实现步骤：

1. 同步减速指令：停机时，系统向所有轴发送统一的 “减速使能” 信号，各轴按相同的减速斜率（如每秒降低 100rpm）降低速度，且速度比例保持不变（如轴 1 从 1000rpm 减速，轴 2 同步从 500rpm 减速，比例始终 2:1）。

2. 速度闭环控制：伺服驱动器通过速度环 PID 调节，确保各轴实际速度严格跟随减速指令，避免因负载差异（如传送带打滑）导致的速度偏差。

3. 零速保持：当所有轴实际速度降至 0 后，触发 “零速锁定”（伺服使能保持，电机输出静态扭矩），防止机械部件因重力或惯性移动。

3. 基于扭矩协调的同步停机（负载平衡场景）

适用于多轴驱动同一负载的场景（如大型龙门架的双轴驱动、卷取机的收放卷同步），需通过扭矩分配避免停机时负载偏载。

• 实现步骤：

1. 扭矩前馈补偿：停机减速阶段，主控制器根据负载惯性计算各轴所需的减速扭矩，并按预设比例分配给各轴（如轴 A 承担 60% 扭矩，轴 B 承担 40%），避免单轴过载。

2. 位置偏差修正：通过实时检测两轴的位置差（如龙门架左右轴的位移偏差），动态调整扭矩分配（如轴 A 位置超前时，降低其扭矩，增加轴 B 扭矩），确保停机过程中负载始终保持水平或同心。

3. 抱闸协同动作：若机械系统带电磁抱闸，需在各轴速度降至安全阈值（如＜5rpm）时，同步触发抱闸信号，避免单轴先抱闸导致的负载偏移。

二、硬件与软件支撑

1. 控制器选择：

• 需支持多轴同步控制功能的 PLC 或运动控制器（如西门子 S7-1200/1500+TO 模块、倍福 CX 系列、汇川 AM400），通过专用同步指令（如西门子的 “MC_SyncAxis”、三菱的 “SPD”）实现轴间关联。

• 高端系统可采用EtherCAT、Profinet IRT 等实时总线，确保各轴控制指令的传输延迟＜1ms，避免同步误差累积。

2. 伺服驱动器配置：

• 使能 “同步模式”（如主从模式、电子齿轮模式），并设置一致的减速参数（如减速时间、最大减速度）。

• 启用 “动态跟随补偿” 功能，补偿因机械传动间隙、惯量差异导致的同步偏差。

3. 传感器反馈：

• 关键轴需配置高精度编码器（如 17 位绝对值编码器），实时反馈位置 / 速度信号至控制器，形成闭环同步控制。

• 大型设备可增加外部位置传感器（如光栅尺、磁栅），直接检测负载实际位置，用于修正各轴同步误差。

三、异常处理与安全设计

1. 紧急停机（EMERGENCY STOP）：

• 同步停机需与急停区分：急停优先切断所有轴动力（伺服使能断开），可能导致同步失效；而同步停机是 “受控减速”，需在急停回路中设计逻辑（如仅在非紧急状态下执行同步停机）。

2. 单轴故障的协同处理：

• 若某轴在停机过程中出现故障（如过流、编码器断线），控制器需立即向其他轴发送 “紧急同步停机” 指令，通过预设的 “故障减速曲线” 强制各轴快速但同步停止，避免机械卡滞。

3. 机械缓冲设计：

• 配合伺服控制，在机械端增加缓冲装置（如弹簧、阻尼器），吸收停机瞬间的残余惯性，尤其适用于高惯量负载（如大型辊筒、龙门架）。

四、应用案例

• 案例 1：锂电池叠片机双轴同步停机叠片机的送料轴与压料轴需保持位置同步（送料 1mm，压料同步下压 0.5mm）。停机时，控制器通过电子齿轮比（1:0.5）生成同步减速指令，两轴按 S 型曲线减速，最终同时停在安全位置（压料轴抬起，送料轴复位），避免电芯错位。

• 案例 2：造纸机多辊同步停机造纸机的烘干部 5 个辊筒需保持速度同步（速度比 1:1.02:1.04:…）。停机时，主控制器向所有辊筒驱动器发送 “减速使能 + 目标速度 0” 信号，各辊按相同减速度（50rpm/s）减速，通过速度闭环控制确保比例不变，最终同时停转，避免纸张拉伸或褶皱。

总结

伺服同步停机的核心是 “减速过程同步化”，需根据场景选择位置同步、速度同步或扭矩同步策略，通过高精度控制器、实时总线和闭环反馈实现协同控制。同时，需兼顾异常处理和机械安全，确保停机过程平稳、精准、可靠。