伺服電機是如何實現(xiàn)精準定位？如何理解它的閉環(huán)特性？

伺服系統(tǒng)(servo?mechanism)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟跟隨輸入目標(或給定值)的任意變化的自動控制系統(tǒng)。

那么伺服電機是如何實現(xiàn)精準定位，如何理解它的閉環(huán)特性，今天我們就來說說。首先我們看下交流伺服系統(tǒng)的組成，由伺服驅(qū)動器和伺服電機組成。這里我們主要講述伺服驅(qū)動的工作原理，電機只是一個執(zhí)行機構(gòu)。驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)簡圖如下，和變頻器的主電路類似，電源經(jīng)過整流，逆變，實現(xiàn)從AC→DC→AC的轉(zhuǎn)換。

伺服驅(qū)動器結(jié)構(gòu)簡圖

輸入信號/命令可以是位置、速度、扭矩等控制信號，對應伺服電機的三種控制模式，每種控制模式都對應著環(huán)的控制，扭矩控制是電流閉環(huán)控制，速度模式是速度閉環(huán)控制，位置模式則是三閉環(huán)控制模式(扭矩、速度、位置)。

下面我們對位置模式的三閉環(huán)進行分析：

位置模式的三閉環(huán)控制

上圖中M表示伺服電機，PG代表編碼器，最外面的藍色的代表位置環(huán)，因為我們最終控制的是位置(定位)，內(nèi)環(huán)分別是速度環(huán)和電流環(huán)(扭矩環(huán))，位置模式下速度環(huán)和電流環(huán)作為保護環(huán)防止失速控制和過載以確保電機恒速運轉(zhuǎn)和電機電流恒定。我們重點看下位置環(huán)是如何確保電機能夠準確旋轉(zhuǎn)給定的角度。

假如我們給定脈沖為1個，此時反饋脈沖為0，脈沖偏差△p=1，輸入到控制器中，這時候驅(qū)動電路控制IPM逆變器產(chǎn)生SPWM波驅(qū)動伺服電機旋轉(zhuǎn)，注意這個SPWM波和我們plc發(fā)脈沖的方波是不一樣的，時電機帶動編碼器旋轉(zhuǎn)發(fā)出反饋脈沖，這個時候△p=0，電機停止輸出，1個脈沖定位完成。整個從發(fā)出脈沖到接受反饋脈沖的過程就是一個閉環(huán)過程，從而確保電機能夠準確定位，脈沖的數(shù)量決定定位的距離，脈沖的頻率決定電機的轉(zhuǎn)速。

審核編輯：湯梓紅