伺服電機控製方式(shì)有脈衝、模擬量和通訊這(zhè)三種,在不同的應用場景下,我們(men)該(gāi)如何選擇伺服電機的控製方式呢?
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伺服電機脈衝控製方式
在一些小型單機設備,選用脈衝控製實現電機的定位,應該是最常見的應用(yòng)方式,這種(zhǒng)控製方式簡單(dān),易於理解(jiě)。
基(jī)本的控製思(sī)路:脈衝總(zǒng)量確(què)定電(diàn)機位移,脈衝頻率確定電機速度。選用了脈衝來實現(xiàn)伺服電(diàn)機的控製,翻開伺服電(diàn)機的使用手冊,一般會(huì)有(yǒu)如下(xià)這樣(yàng)的表格:
都是(shì)脈衝控製,但是實現方(fāng)式並不一(yī)樣:
第一種,驅動器接收兩路(A、B路)高速脈衝,通(tōng)過(guò)兩路脈衝的相位差(chà),確定電機的旋(xuán)轉方(fāng)向。如上圖中(zhōng),如果B相(xiàng)比A相快90度,為正轉;那麽B相(xiàng)比A相慢90度,則為反轉。
運行時,這(zhè)種控製的兩(liǎng)相脈衝為交替狀,因此我們也叫這樣的控製方式為差分控製。具有差分的特點,那也(yě)說明了這種控製方式,控製脈衝具有更高的抗幹擾能力,在一(yī)些幹擾較強的應(yīng)用場景,優先選用這種方式。但是這種(zhǒng)方式一個電機軸需要占用兩(liǎng)路高速脈衝端口(kǒu),對高速脈衝(chōng)口緊張的(de)情況,比(bǐ)較不適用(yòng)。
第二種,驅(qū)動器(qì)依然接收兩路高(gāo)速脈衝,但是兩路高速脈衝並不同時存在,一(yī)路脈衝處於(yú)輸出狀態時,另一路必須處於無效狀態。選用這種控製方式時,一定要確保在同(tóng)一時刻隻有一路脈(mò)衝的輸出。兩路脈(mò)衝,一路輸出為正方(fāng)向運行,另(lìng)一路為負方向運行。和(hé)上麵的情況一樣,這種方式也(yě)是一個電機軸需要占用兩路高速脈衝端口。
第三種,隻需要給(gěi)驅動(dòng)器一路脈衝信號,電機正反向運(yùn)行由一路方向IO信號確定。這(zhè)種控製方式控製更加簡單,高速脈衝口資(zī)源占用也最(zuì)少。在一般的小型係統中,可以(yǐ)優先選用(yòng)這種(zhǒng)方式。
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伺服電機模擬量控製方式
在(zài)需要使用伺服電機實現速度控製(zhì)的應用場景,我(wǒ)們可以選用(yòng)模擬(nǐ)量來實現電機的速(sù)度控製,模擬量(liàng)的值決定了電機的運行速度。
模擬量有(yǒu)兩種方式可以選擇,電壓或(huò)電(diàn)流。
電(diàn)壓方式:隻需要在控製信號端加入一定大小的電(diàn)壓即可,在有些場景甚至使用一個電(diàn)位器即可實現控製,非常的簡單。但選用電壓作為控製信(xìn)號,在環境複雜的場景下,電壓容易被(bèi)幹擾,造成控製不穩定。
電流方式:需(xū)要對(duì)應的電流輸出模塊(kuài),但電流信(xìn)號抗幹擾能力強,可以使用在複(fù)雜(zá)的(de)場景。
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伺服電機通(tōng)信控製方式
采用(yòng)通信方(fāng)式實現伺服電機控製的常見方式有CAN、EtherCAT、Modbus、Profibus。使用通信方式來對電機進行控製,是目前一些複雜、大係統應用場景首選(xuǎn)的控製方式。在這種方式下,係統(tǒng)的大(dà)小、電機軸的多少都易(yì)於裁剪,沒有複雜的控製接線。搭建的係統具有極高的靈活性(xìng)。
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拓展部分
伺服電機轉矩控製:
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(jù)體表現為例如10V對應5Nm的話(huà),當外部模擬量設(shè)定為(wéi)5V時電機軸輸出為2.5Nm。如果電機軸(zhóu)負載低於2.5Nm時電(diàn)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(tōng)常在有重(chóng)力負載情況下產生)。可以通(tōng)過即時(shí)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(de)數值來實現。
主要(yào)應用在對材質受力有嚴格要(yào)求的纏繞和放卷裝置中,例如繞線裝置或拉光纖設備,轉矩的設定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改(gǎi)以確保材質的受力不會隨著纏繞半徑的變化(huà)而改變。
伺(sì)服電機位置控製:
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(zhuǎn)動速度(dù)的大小(xiǎo),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(yú)位置(zhì)模式(shì)可以對速度和位置都(dōu)有很嚴格的控製,所以一般應(yīng)用於定位裝置,數控機床、印刷機械等等。
伺服電機速度模式:
通過模(mó)擬量或脈(mò)衝頻率(lǜ)的輸入都可以進行轉動速度的控製,在有上(shàng)位控製裝置的外環PID控製時速度模(mó)式也可以進行定位,但必須(xū)把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位機反饋以做運算用。位置模(mó)式也(yě)支持直接負載外環檢測位置信號(hào),此時的(de)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(duān)的檢測裝置來(lái)提供了,這樣的優點在於可(kě)以減少(shǎo)中間傳動過程中的誤差,增加了整個係統的定位精度。
談談三環:
伺服(fú)一(yī)般為三(sān)個環控製,所謂三環就是3個(gè)閉環負反饋PID調(diào)節係統。
最內的PID環就是電流環,此環完全在伺服驅(qū)動器內(nèi)部進行,通(tōng)過霍爾裝(zhuāng)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(jiē)近等於設定(dìng)電流,電(diàn)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(suàn)最小(xiǎo),動態響應最快。
第2環是速度環,通過檢測的電機編碼器(qì)的信(xìn)號來進(jìn)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(yǐ)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(yòng)電流環,電流環(huán)是控製的根本,在速度和位置控製的同時係統實際(jì)也(yě)在進行(háng)電流(轉矩)的控製以達到對速度和位置(zhì)的相應控製。
第3環是位置環,它是最外環,可以在驅動(dòng)器(qì)和電機編(biān)碼器(qì)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(shè)定,位置控製模式(shì)下係統進行了所有3個(gè)環的運算,此(cǐ)時的係(xì)統運算量最(zuì)大,動態響應速度也最慢。
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