伺服放大器的三種控制方式

來(lái)源：運(yùn)控CMCIA

伺服的控制術(shù)語(yǔ)有很多：閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制、開(kāi)環(huán)控制，速度環(huán)、電流環(huán)、位置環(huán)，很多朋友相信沒(méi)有弄清楚，今天就為大家詳細(xì)解答一下，伺服的控制模式是怎樣的，該怎樣系統(tǒng)的掌握這一塊。

控制系統(tǒng)的控制類型

開(kāi)環(huán)控制：沒(méi)有檢測(cè)裝置，或者不反饋機(jī)床的位移量到控制器。就位置控制而言，指令信號(hào)形式多為pulse。

半閉環(huán)控制：檢測(cè)裝置安裝伺服電機(jī)上，間接反饋機(jī)床的位移量到控制器，不考慮機(jī)械誤差。

全閉環(huán)控制：檢測(cè)裝置安裝機(jī)床本體上，直接反饋機(jī)床的位移量到控制器。

后二者，就位置控制而言指令信號(hào)形式多為模擬量電壓。

控制模式種類：

伺服放大器三種控制方式

1.轉(zhuǎn)矩控制：通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來(lái)設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，主要應(yīng)用于需要嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合?！娏鳝h(huán)控制

2.速度控制：通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制。——速度環(huán)控制

3.位置控制：伺服中最常用的控制，位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，所以一般應(yīng)用于定位裝置?！恢铆h(huán)控制

位置控制模式

位置控制的區(qū)分：

1.半閉回路控制Ⅰ「馬達(dá)軸端檢出」

2.半閉回路控制Ⅱ「減速機(jī)端檢出」

3.全閉回路控制「機(jī)械位置檢出」

使用AC伺服馬達(dá)用于位置控制，一般是指由與伺服馬達(dá)軸心一體化的位置檢出器 (編碼器、角度檢測(cè)器等) 取得回授訊號(hào)，當(dāng)與位置指令量一致時(shí)，使馬達(dá)軸停止之控制，并執(zhí)行伺服鎖定之機(jī)能(SERVO LOCK)。

適用于位置控制

AC 伺服馬達(dá)用于位置控制，以用途分別可區(qū)分為2大項(xiàng)

位置環(huán)的作用：

定位指令通常以脈沖列形式輸入，脈沖總數(shù)為定位量，定位速度是單位時(shí)間(秒)的脈沖量。(PPS：Pulse/Second)

輸入的脈沖量與反饋的脈沖數(shù)量相一致時(shí)，這才實(shí)現(xiàn)定位完了。

在位置控制部中，因?yàn)橛休斎朊}沖的加算、反饋脈沖的減算，所以有一個(gè)計(jì)數(shù)器。(也稱偏差計(jì)數(shù)器)

位置控制時(shí)：工控機(jī)及上位控制器發(fā)出位置指令信號(hào)，脈沖+方向，送入脈沖列，經(jīng)伺服電子齒輪分頻后，在偏差可逆計(jì)數(shù)器中與反饋脈沖信號(hào)比較后形成偏差信號(hào)，反饋脈沖是由光電編碼器檢測(cè)到電機(jī)實(shí)際所產(chǎn)生的脈沖數(shù)。經(jīng)四倍頻后的，位置偏差信號(hào)經(jīng)位置環(huán)的復(fù)合前饋控制器調(diào)節(jié)后，形成速度指令信號(hào)，速度指令信號(hào)與速度反饋信號(hào)比較后的偏差信號(hào)經(jīng)速度環(huán)比例積分控制器調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流指令信號(hào)，在電流環(huán)中經(jīng)矢量變后，由SPWM輸出轉(zhuǎn)矩電流，控制交流伺服的運(yùn)行，位置控制精度由光電編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖數(shù)控制，有絕對(duì)與增量?jī)煞N，增量的易于掌握，平均壽命長(zhǎng)，分辨率高，但斷電后無(wú)保持。

速度控制模式

AC伺服馬達(dá)與其它一般的可變速裝置：(變頻器、直流馬達(dá)等)一樣，運(yùn)轉(zhuǎn)速度可變換。其特長(zhǎng)：

a.緩起動(dòng)、停止機(jī)能：加減速時(shí)產(chǎn)生的沖擊，加速及減速的變動(dòng)率。

b.廣大的速度控制范圍：從低速至高速之間的控制范圍(1：1000 ～ 5000)速度控制范圍內(nèi)、定轉(zhuǎn)矩特性。

c.速度變動(dòng)率?。杭词关?fù)載變動(dòng)，速度依然不會(huì)有太大的改變產(chǎn)生。

轉(zhuǎn)矩控制模式

AC伺服馬達(dá)以電流做高精度的輸出轉(zhuǎn)矩控制。一般的用途為位置控制或速度控制時(shí)依速度偏差的結(jié)果所做電流控制?；蛴赏獠恐苯涌刂齐娏髦怠⒁嗫煽刂岂R達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩如絞布機(jī)械等張力控制即可運(yùn)用。

A.張力控制時(shí)，卷取的滾輪半徑越大時(shí)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩相對(duì)增加。伺服馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩相對(duì)增加。

B.卷取途中材料切斷時(shí)，負(fù)載瞬間變輕，但馬達(dá)高速回轉(zhuǎn)，此時(shí)伺服馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩減少。

伺服的性能評(píng)價(jià)(增益調(diào)整)

評(píng)價(jià)伺服的應(yīng)答性，指令輸入后輸出的情況(電機(jī)如何轉(zhuǎn)動(dòng))，使用回路增益這個(gè)用語(yǔ)就是GAIN，獲得和利益的意思，是輸入和輸出之比所解釋的技術(shù)術(shù)語(yǔ)，現(xiàn)在直接使用增益來(lái)表示。伺服增益是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。

機(jī)械本身的結(jié)構(gòu)對(duì)伺服增益的調(diào)整有重要影響，如果機(jī)械本身的剛性比較好(磨床絲桿傳動(dòng))，伺服的相關(guān)增益則可以設(shè)置較高。如果機(jī)械本身的剛性偏柔(料道同步帶)，伺服的相關(guān)增益則設(shè)置的不要太高。

伺服速度、位置增益參數(shù)關(guān)系及總的調(diào)試思路：最內(nèi)環(huán)(電流環(huán))的反應(yīng)速度最快，中間環(huán)節(jié)(速度環(huán))的反應(yīng)速度必須高于最外環(huán)(位置環(huán))。如果不遵守此原則，將會(huì)造成電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的震動(dòng)或反映不良。伺服驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)可盡量確保電流環(huán)具備良好的反應(yīng)性能，故用戶只需調(diào)整位置位置環(huán)、速度環(huán)的增益即可。

位置環(huán)的反應(yīng)不能快于速度環(huán)的反應(yīng)。因此，若需增加位置環(huán)的增益，必須先增加速度環(huán)的增益。如果只增加位置環(huán)的增益，電機(jī)很可能產(chǎn)生震動(dòng)，從而將會(huì)造成速度指令及定位時(shí)間的增加，而非期望的減少。

速度環(huán)增益

增大速度環(huán)比例增益，則能降低轉(zhuǎn)速脈動(dòng)的變化量，提高伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬度，保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)運(yùn)行時(shí)的性能。但是在實(shí)際系統(tǒng)中，速度環(huán)比例增益不能過(guò)大，否則將引起整個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)振蕩。

速度環(huán)參數(shù)調(diào)節(jié)與負(fù)載慣量的關(guān)系：

當(dāng)負(fù)載對(duì)象的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比較大，以及負(fù)載的摩擦轉(zhuǎn)矩比較大時(shí)，宜增大速度環(huán)比例增益和速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)，以滿足運(yùn)行穩(wěn)定性的要求。

當(dāng)負(fù)載對(duì)象的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比較小，以及負(fù)載的摩擦轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，宜減小速度環(huán)比例增益和速度換積分時(shí)間常數(shù)，保證低速運(yùn)行時(shí)的速度控制精度。

位置環(huán)增益

位置環(huán)增益與伺服電機(jī)以及機(jī)械負(fù)載有著密切的聯(lián)系，通常伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益越高，電機(jī)速度對(duì)于位置指令響應(yīng)的延時(shí)減小，位置跟蹤誤差愈小，定位所需時(shí)間 越短，但要求對(duì)應(yīng)的機(jī)械系統(tǒng)的剛性與自然頻率也必須很高。而且當(dāng)輸入的位置突變時(shí)，其輸出變化劇烈，機(jī)械負(fù)載要承受較大的沖擊。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)器必須進(jìn)行升降 速處理或通過(guò)上位機(jī)用編程措施來(lái)緩沖這種變化。

當(dāng)伺服系統(tǒng)位置環(huán)增益相對(duì)較小時(shí)，調(diào)整起來(lái)比較方便，因?yàn)槲恢铆h(huán)增益小，伺服系統(tǒng)容易穩(wěn)定，對(duì)大負(fù)載對(duì)象，調(diào)整要簡(jiǎn)單些。同時(shí)，低位置環(huán)增益的伺服系統(tǒng)頻 帶叫窄，對(duì)噪音不敏感。因此，作為伺服進(jìn)給用時(shí)，位置的微觀變化小，但低位置環(huán)增益的伺服系統(tǒng)位置跟蹤誤差較大，進(jìn)行輪廓加工時(shí)，會(huì)在軌跡上形成加工誤差。

1.相對(duì)運(yùn)動(dòng)：必需對(duì)位置值加以計(jì)算，點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行、往返運(yùn)動(dòng)一定位置量的控制系統(tǒng)。

2.絕對(duì)運(yùn)動(dòng)：直接下達(dá)位置值，可用于XY軸、table等，一般的機(jī)械均可使用。于指令程序中較為簡(jiǎn)便。

審核編輯：湯梓紅