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伺服電機(jī)的三種控制方式和三個(gè)控制環(huán)

時(shí)間:2018-10-18 14:01:45來源:網(wǎng)絡(luò)

導(dǎo)語:?伺服電機(jī)速度控制和轉(zhuǎn)矩控制都是用模擬量來控制,位置控制是通過發(fā)脈沖來控制。具體采用什么控制方式要根據(jù)客戶的要求以及滿足何種運(yùn)動(dòng)功能來選擇。

伺服電機(jī)速度控制和轉(zhuǎn)矩控制都是用模擬量來控制,位置控制是通過發(fā)脈沖來控制。具體采用什么控制方式要根據(jù)客戶的要求以及滿足何種運(yùn)動(dòng)功能來選擇。

接下來,給大家介紹伺服電機(jī)的三種控制方式。

如果您對(duì)電機(jī)的速度、位置都沒有要求,只要輸出一個(gè)恒轉(zhuǎn)矩,當(dāng)然是用轉(zhuǎn)矩模式。

如果對(duì)位置和速度有一定的精度要求,而對(duì)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心,用速度或位置模式比較好。

如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能,用速度控制效果會(huì)好一點(diǎn)。

如果本身要求不是很高,或者基本沒有實(shí)時(shí)性的要求,用位置控制方式對(duì)上位控制器沒有很高的要求。

就伺服驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)速度來看:轉(zhuǎn)矩模式運(yùn)算量最小,驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)最快;位置模式運(yùn)算量最大,驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)最慢。

對(duì)運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)態(tài)性能有比較高的要求時(shí),需要實(shí)時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整。如果控制器本身的運(yùn)算速度很慢(比如PLC,或低端運(yùn)動(dòng)控制器),就用位置方式控制。

如果控制器運(yùn)算速度比較快,可以用速度方式,把位置環(huán)從驅(qū)動(dòng)器移到控制器上,減少驅(qū)動(dòng)器的工作量,提高效率;如果有更好的上位控制器,還可以用轉(zhuǎn)矩方式控制,把速度環(huán)也從驅(qū)動(dòng)器上移開,這一般只是高端專用控制器才能這么做。一般說驅(qū)動(dòng)器控制的好壞,有個(gè)比較直觀的比較方式,叫響應(yīng)帶寬。當(dāng)轉(zhuǎn)矩控制或速度控制時(shí),通過脈沖發(fā)生器給它一個(gè)方波信號(hào),使電機(jī)不斷的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn),不斷的調(diào)高頻率,示波器上顯示的是個(gè)掃頻信號(hào),當(dāng)包絡(luò)線的頂點(diǎn)到達(dá)最高值的70.7%時(shí),表示已經(jīng)失步,此時(shí)頻率的高低,就能說明控制的好壞了,一般電流環(huán)能做到1000HZ以上,而速度環(huán)只能做到幾十赫茲。

1.轉(zhuǎn)矩控制

轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小,具體表現(xiàn)為例如10V對(duì)應(yīng)5Nm的話,當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5V時(shí)電機(jī)軸輸出為2.5Nm:如果電機(jī)軸負(fù)載低于2.5Nm時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn),外部負(fù)載等于2.5Nm時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn),大于2.5Nm時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)(通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生)??梢酝ㄟ^即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來改變?cè)O(shè)定的力矩大小,也可通過通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用主要在對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中,例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備,轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì)隨著纏繞半徑的變化而改變。

2.位置控制

位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小,通過脈沖的個(gè)數(shù)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度,也有些伺服可以通過通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。由于位置模式可以對(duì)速度和位置都有很嚴(yán)格的控制,所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等等。

3.速度模式

通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制,在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位,但必須把電機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測(cè)位置信號(hào),此時(shí)的電機(jī)軸端的編碼器只檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速,位置信號(hào)就由直接的最終負(fù)載端的檢測(cè)裝置來提供了,這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過程中的誤差,增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。

4.談?wù)?環(huán)

伺服電機(jī)一般為三個(gè)環(huán)控制,所謂三環(huán)就是3個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

最內(nèi)的PID環(huán)就是電流環(huán),此環(huán)完全在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部進(jìn)行,通過霍爾裝置檢測(cè)驅(qū)動(dòng)器給電機(jī)的各相的輸出電流,負(fù)反饋給電流的設(shè)定進(jìn)行PID調(diào)節(jié),從而達(dá)到輸出電流盡量接近等于設(shè)定電流,電流環(huán)就是控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的,所以在轉(zhuǎn)矩模式下驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)算最小,動(dòng)態(tài)響應(yīng)最快。

第2環(huán)是速度環(huán),通過檢測(cè)的電機(jī)編碼器的信號(hào)來進(jìn)行負(fù)反饋PID調(diào)節(jié),它的環(huán)內(nèi)PID輸出直接就是電流環(huán)的設(shè)定,所以速度環(huán)控制時(shí)就包含了速度環(huán)和電流環(huán),換句話說任何模式都必須使用電流環(huán),電流環(huán)是控制的根本,在速度和位置控制的同時(shí)系統(tǒng)實(shí)際也在進(jìn)行電流(轉(zhuǎn)矩)的控制以達(dá)到對(duì)速度和位置的相應(yīng)控制。

第3環(huán)是位置環(huán),它是最外環(huán),可以在驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)編碼器間構(gòu)建也可以在外部控制器和電機(jī)編碼器或最終負(fù)載間構(gòu)建,要根據(jù)實(shí)際情況來定。由于位置控制環(huán)內(nèi)部輸出就是速度環(huán)的設(shè)定,位置控制模式下系統(tǒng)進(jìn)行了所有3個(gè)環(huán)的運(yùn)算,此時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)算量最大,動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度也最慢。

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