伺服系統(tǒng)的三種控制方式對(duì)比分析

伺服控制，即為滿足某種目的，對(duì)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)和對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制的人類活動(dòng)。所謂伺服控制指對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的位置、速度及加速度等變化量的有效控制。這種控制已在各領(lǐng)域得到普及。伺服控制系統(tǒng)則指的是用來(lái)精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過(guò)程的反饋控制系統(tǒng)。

一、伺服系統(tǒng)的分類

伺服系統(tǒng)大致上可分為下列幾項(xiàng)：

1、指令部分：動(dòng)作指令信號(hào)的輸出裝置；

2、驅(qū)動(dòng)部分：接收指令部分的輸出，并驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（比如電機(jī)）動(dòng)作的裝置；

3、反饋部分：檢測(cè)執(zhí)行結(jié)構(gòu)或者負(fù)載狀態(tài)的裝置；

4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)：接收驅(qū)動(dòng)部分的輸出信號(hào)產(chǎn)生轉(zhuǎn)力矩、位置等狀態(tài)。

二、伺服內(nèi)部結(jié)構(gòu)

三、控制方式

一般伺服都有三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式，位置控制方式。

1、速度控制

速度環(huán)框圖：

（1）速度制即電機(jī)按照給定的速度指令進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）速度控制的應(yīng)用場(chǎng)合相當(dāng)廣涇用場(chǎng)合有：需要快速響座的連續(xù)調(diào)速系統(tǒng)；由上位閉環(huán)的定位系統(tǒng)；需要多欄速度進(jìn)行快速切換的系統(tǒng)。

（3）通常伺服的速度給定為模擬量，即模擬量幅值的大小決定了給定速度的大小，正負(fù)決定電機(jī)應(yīng)關(guān)系取決于速度指令增益（Pn300）。

注意事項(xiàng)：

（1）速度環(huán)增益Pn102，通常是設(shè)定高一些以使得整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)快一些，電機(jī)剛性也會(huì)增強(qiáng)。但是增益大了可能導(dǎo)致系統(tǒng)振動(dòng)。一般負(fù)載慣量大的場(chǎng)合該參數(shù)設(shè)得大一些。

（2）速度環(huán)積分時(shí)間Pn103，它的作用是消除靜差，數(shù)值設(shè)得越大響應(yīng)越慢，到達(dá)指令時(shí)間越長(zhǎng)。通常負(fù)載慣量越大，積分時(shí)間應(yīng)設(shè)定得越大。

（3）上位機(jī)作閉環(huán)時(shí)，應(yīng)盡量不要設(shè)置軟起動(dòng)減速時(shí)間參數(shù)Pn306、Pn307。

（4）若沒(méi)有上位機(jī)作閉環(huán)，希望通過(guò)模擬量來(lái)使得電機(jī)完全停止，則必須采用零鉗位或比例控制。

（5）用上位機(jī)作位置閉環(huán)時(shí)，模擬量不能自動(dòng)調(diào)零。

2、轉(zhuǎn)矩控制

（1）非速度控制，控制輸岀的轉(zhuǎn)矩即為典型轉(zhuǎn)矩控制。

（2）常使用于張力控制等場(chǎng)合

（3）輸入為模擬量，模擬量大小與轉(zhuǎn)矩大小的關(guān)系取決于轉(zhuǎn)矩指令增益。

（4）舉例：假定用戶設(shè)定Pn400是100，則表明若輸入10ν的模擬量時(shí)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到其額定轉(zhuǎn)矩的100%。

注意事項(xiàng)：

（1）轉(zhuǎn)矩控制首先應(yīng)注意限制電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速可以用模擬量進(jìn)行限制，也可以通過(guò)設(shè)置參數(shù)來(lái)限制轉(zhuǎn)速。

（2）轉(zhuǎn)矩指令增益Pn400數(shù)值設(shè)定越小，相同模擬量對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩越大。

3、位置控制

位置控制普遍應(yīng)用在各種定位場(chǎng)合，可以直接替換各種步進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)。一般情況下伺服通過(guò)接受脈沖來(lái)進(jìn)行位置控制，脈沖的個(gè)數(shù)決定了位置，脈沖的頻率決定了電機(jī)運(yùn)行的速度。一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的位置當(dāng)量，取決于機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子齒輪。

注意事項(xiàng)：

（1）每一個(gè)點(diǎn)位的位移由兩個(gè)參數(shù)組成，實(shí)際編程的位移是由兩個(gè)參數(shù)的代數(shù)和組成，注意兩個(gè)參數(shù)的單位。

（2）注意搜索參考點(diǎn)的速度，若速度過(guò)大可以設(shè)定軟起動(dòng)加減速，以減小對(duì)機(jī)械的沖擊。

（3）點(diǎn)位控制中，1CN可以不接任何輸入、輸岀即可實(shí)現(xiàn)。

（4）目前只能順序換步。

（5）用戶可以通過(guò)觸摸屏和伺服通過(guò)Modbus協(xié)議進(jìn)行通訊，進(jìn)而可以通過(guò)觸摸屏修改位置、速度等。

四、三種控制方式對(duì)比

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

（2）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，用轉(zhuǎn)矩模式不太方便，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(méi)有實(shí)時(shí)性的要求，用位置控制方式對(duì)上位控制器沒(méi)有很高的要求。

（3）就伺服驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)速度來(lái)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。

（4）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。那么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（比如大部分中高端運(yùn)動(dòng)控制器）；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(kāi)，這一般只是高端專用控制器才能這么干，而且，這時(shí)完全不需要使用伺服電機(jī)。
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