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伺服電機的三種控製方式和三個控製環

作者:伺服與運動控製來源:伺服與運動控製 瀏覽次數: 日期:2018-06-14 10:13:54

伺服電機速度控製和轉矩控製都是用模擬量來控製,位置控製是通過發脈衝來控製。具體采用什麽控製方式要根據客戶的要求以及滿足何種運動功能來選擇。

接下來,給大家介紹伺服電機的三種控製方式。

如果您對電機的速度、位置都沒有要求,隻要輸出一個恒轉矩,當然是用轉矩模式。

如果對位置和速度有一定的精度要求,而對實時轉矩不是很關心,用速度或位置模式比較好。

如果上位控製器有比較好的閉環控製功能,用速度控製效果會好一點。

如果本身要求不是很高,或者基本沒有實時性的要求,用位置控製方式對上位控製器沒有很高的要求。

就伺服驅動器的響應速度來看:轉矩模式運算量最小,驅動器對控製信號的響應最快;位置模式運算量最大,驅動器對控製信號的響應最慢。

對運動中的動態性能有比較高的要求時,需要實時對電機進行調整。如果控製器本身的運算速度很慢(比如PLC,或低端運動控製器),就用位置方式控製。

如果控製器運算速度比較快,可以用速度方式,把位置環從驅動器移到控製器上,減少驅動器的工作量,提高效率;如果有更好的上位控製器,還可以用轉矩方式控製,把速度環也從驅動器上移開,這一般隻是高端專用控製器才能這麽做。一般說驅動器控製的好壞,有個比較直觀的比較方式,叫響應帶寬。當轉矩控製或速度控製時,通過脈衝發生器給它一個方波信號,使電機不斷的正轉、反轉,不斷的調高頻率,示波器上顯示的是個掃頻信號,當包絡線的頂點到達最高值的70.7%時,表示已經失步,此時頻率的高低,就能說明控製的好壞了,一般電流環能做到1000HZ以上,而速度環隻能做到幾十赫茲。

 

 

1 轉矩控製

轉矩控製方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小,具體表現為例如10V對應5Nm的話,當外部模擬量設定為5V時電機軸輸出為2.5Nm:如果電機軸負載低於2.5Nm時電機正轉,外部負載等於2.5Nm時電機不轉,大於2.5Nm時電機反轉(通常在有重力負載情況下產生)。可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小,也可通過通訊方式改變對應的地址的數值來實現。應用主要在對材質的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中,例如饒線裝置或拉光纖設備,轉矩的設定要根據纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。

 

 

2. 位置控製

位置控製模式一般是通過外部輸入的脈衝的頻率來確定轉動速度的大小,通過脈衝的個數來確定轉動的角度,也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由於位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控製,所以一般應用於定位裝置。應用領域如數控機床、印刷機械等等。

 

 

3 .速度模式

通過模擬量的輸入或脈衝的頻率都可以進行轉動速度的控製,在有上位控製裝置的外環PID控製時速度模式也可以進行定位,但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環檢測位置信號,此時的電機軸端的編碼器隻檢測電機轉速,位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了,這樣的優點在於可以減少中間傳動過程中的誤差,增加了整個係統的定位精度。

 

4 .談談3環

伺服電機一般為三個環控製,所謂三環就是3個閉環負反饋PID調節係統。

最內的PID環就是電流環,此環完全在伺服驅動器內部進行,通過霍爾裝置檢測驅動器給電機的各相的輸出電流,負反饋給電流的設定進行PID調節,從而達到輸出電流盡量接近等於設定電流,電流環就是控製電機轉矩的,所以在轉矩模式下驅動器的運算最小,動態響應最快。

第2環是速度環,通過檢測的電機編碼器的信號來進行負反饋PID調節,它的環內PID輸出直接就是電流環的設定,所以速度環控製時就包含了速度環和電流環,換句話說任何模式都必須使用電流環,電流環是控製的根本,在速度和位置控製的同時係統實際也在進行電流(轉矩)的控製以達到對速度和位置的相應控製。

第3環是位置環,它是最外環,可以在驅動器和電機編碼器間構建也可以在外部控製器和電機編碼器或最終負載間構建,要根據實際情況來定。由於位置控製環內部輸出就是速度環的設定,位置控製模式下係統進行了所有3個環的運算,此時的係統運算量最大,動態響應速度也最慢。

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