伺服系統(tǒng)之電子凸輪比系統(tǒng)組成

本文首先介紹了伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，其次介紹了電子凸輪的結(jié)構(gòu)框圖及系統(tǒng)組成，最后介紹了電子凸輪的伺服實(shí)現(xiàn)以及應(yīng)用，具體的跟隨小編來(lái)詳細(xì)的了解一下。

伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

從基本結(jié)構(gòu)來(lái)看，伺服系統(tǒng)主要由三部分組成：控制器、功率驅(qū)動(dòng)裝置、反饋裝置和電動(dòng)機(jī)（圖1）。控制器按照數(shù)控系統(tǒng)的給定值和通過(guò)反饋裝置檢測(cè)的實(shí)際運(yùn)行值的差，調(diào)節(jié)控制量；功率驅(qū)動(dòng)裝置作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網(wǎng)中的電能作用到電動(dòng)機(jī)之上，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，另一方面按電動(dòng)機(jī)的要求把恒壓恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)所需的交流電或直流電；電動(dòng)機(jī)則按供電大小拖動(dòng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1中的主要成分變化多樣，其中任何部分的變化都可構(gòu)成不同種類(lèi)的伺服系統(tǒng)。如根據(jù)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型，可將其分為直流伺服和交流伺服；根據(jù)控制器實(shí)現(xiàn)方法的不同，可將其分為模擬伺服和數(shù)字伺服；根據(jù)控制器中閉環(huán)的多少，可將其分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、單環(huán)控制系統(tǒng)、雙環(huán)控制系統(tǒng)和多環(huán)控制系統(tǒng)。

伺服系統(tǒng)的工作原理

伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)的任意變化而變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，即伺服系統(tǒng)是具有反饋的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。它由計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電動(dòng)機(jī)、速度和位置傳感器等組成。計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)用來(lái)存儲(chǔ)零件加工程序，根據(jù)編碼器反饋回來(lái)的信息進(jìn)行各種插補(bǔ)運(yùn)算和軟件實(shí)時(shí)控制，向各坐標(biāo)軸的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出各種控制命令。伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電動(dòng)機(jī)接收到計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的控制命令后，對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，能夠快速平滑調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度，并能夠精確地進(jìn)行位置控制。

電子凸輪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

電子凸輪系統(tǒng)組成

該型號(hào)采用旋變作為位置傳感器，可以通過(guò)通訊端口和PC或手持編程器（Handy terminal）進(jìn)行通信。PC和手持編程器提供給用戶編程使用，為用戶提供了方便的編程界面。信號(hào)輸出采用并行（PIO）和串行（SIO）兩種方式，輸出信號(hào)可以直接用來(lái)控制伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，也可以通過(guò)控制器將信號(hào)集中處理后控制變頻器等驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的目的。

電子凸輪之伺服實(shí)現(xiàn)

相對(duì)于機(jī)械凸輪，電子凸輪對(duì)大部分人來(lái)說(shuō)都是比較陌生的，但電子凸輪的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)機(jī)械凸輪。曾用伺服電機(jī)+伺服驅(qū)動(dòng)器+控制電路系統(tǒng)做過(guò)電子凸輪，現(xiàn)把過(guò)程經(jīng)驗(yàn)分享給大家。

伺服電機(jī)帶電子凸輪功能的在國(guó)內(nèi)或者沒(méi)有，或者很少， 曾查遍Google， Baidu。這方面的資料少之又少。我也是自己摸索的可能有好多地方不足或者幼稚， 請(qǐng)高手們批評(píng)指導(dǎo)。用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)電子凸輪功能分兩種情況（伺服控制最好采用運(yùn)轉(zhuǎn)+方向控制方式）：

第一：不在跟隨情況下（沒(méi)有輔助編碼器或者說(shuō)伺服電機(jī)不跟隨輔助編碼器運(yùn)轉(zhuǎn)， 用控制器直接控制伺服）

這種情況下相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，可以通過(guò)調(diào)周期給伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送命令使伺服電機(jī)運(yùn)行各種曲線，在你的控制系統(tǒng)中定義一個(gè)定時(shí)器，定義一個(gè)凸輪表，根據(jù)不同的曲線計(jì)算出凸輪表，凸輪表中的數(shù)據(jù)是每次定時(shí)器中斷填充計(jì)時(shí)值，這樣在中斷時(shí)發(fā)送一次命令，同時(shí)根據(jù)內(nèi)部計(jì)數(shù)索引在凸輪表中取出定時(shí)值修改定時(shí)器。這里關(guān)鍵時(shí)如何產(chǎn)生凸輪表，建立虛擬主軸。同時(shí)不要忘記在掉電時(shí)記錄凸輪表索引。

第二： 在跟隨情況下（有輔助編碼器，主軸跟隨從軸運(yùn)轉(zhuǎn)）

這種情況相對(duì)，上面的來(lái)說(shuō)較復(fù)雜一點(diǎn)，主要思路就是，根據(jù)你的曲線產(chǎn)生凸輪表，你的控制系統(tǒng)收到從軸編碼器信號(hào)后通過(guò)硬件或軟件方法判斷正反轉(zhuǎn)，在根據(jù)內(nèi)部計(jì)數(shù)通過(guò)查凸輪表得出這一次脈沖命令對(duì)應(yīng)要向伺服控制器發(fā)送多少個(gè)脈沖命令，注意正反轉(zhuǎn)問(wèn)題。這要做當(dāng)你的從軸勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)與第一種情況幾乎一樣，當(dāng)從軸在變速運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)伺服電機(jī)噪聲過(guò)大，發(fā)熱嚴(yán)重問(wèn)題。你可以通過(guò)調(diào)整伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)優(yōu)化一下，具體請(qǐng)查閱伺服手冊(cè)了。當(dāng)然在資金充裕的情況下可以用線數(shù)高點(diǎn)的編碼器，同時(shí)在程序上倍頻。同時(shí)不要忘記在掉電時(shí)記錄凸輪表索引，或者用絕對(duì)編碼器（更好）。

電子凸輪的應(yīng)用

電子凸輪可以應(yīng)用在諸如汽車(chē)制造、冶金、機(jī)械加工、紡織、印刷、食品包裝、水利水電等各個(gè)領(lǐng)域。

比如在機(jī)械加工方面，用電子凸輪來(lái)代替笨重的機(jī)械凸輪當(dāng)然是最簡(jiǎn)單的了。將馬達(dá)軸上的機(jī)械凸輪換成旋變做位置反饋，將電子凸輪的信號(hào)送控制器，即可實(shí)現(xiàn)原來(lái)的機(jī)械凸輪全部功能。毫無(wú)疑問(wèn)采用電子凸輪的系統(tǒng)具有更高的加工精度和靈活性，能大副提高生產(chǎn)效率。

在水處理和水利水電方面，電子凸輪也有其特別的應(yīng)用價(jià)值。如圖所示，將電子凸輪的傳感器（一般是旋變）上安裝一個(gè)浮標(biāo)，將浮標(biāo)置于水面上，浮標(biāo)隨水面的變化而上下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)傳感器軸一起運(yùn)動(dòng)。將目標(biāo)水位對(duì)應(yīng)的旋變位置設(shè)置為凸輪DOG的終止（OFF）角度，將允許的最高水位對(duì)應(yīng)的旋變位置設(shè)置為凸輪DOG的起始（ON）角度。水位傳感器的信號(hào)送凸輪控制器，控制器控制拉閘馬達(dá)。這樣當(dāng)水位達(dá)到最高水位時(shí)，傳感器將水位信息反饋給凸輪控制器，再控制拉閘馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器便可瀉洪；當(dāng)達(dá)到目標(biāo)水位后，凸輪輸出信號(hào)翻轉(zhuǎn)，馬達(dá)通車(chē)，實(shí)現(xiàn)水位穩(wěn)定。

當(dāng)然，水位控制不是電子凸輪的唯一用途，流量控制往往顯得更為重要。由于電子凸輪可以輸出CAM+POSITION，也就是凸輪和位置信息，所以在控制中水位傳感器可以將水位精確反饋給凸輪控制器，如果再在拉閘馬達(dá)上安裝一編碼器的話，就可以實(shí)現(xiàn)排洪流量的精確控制。而這一點(diǎn)往往是最重要的。此外電子凸輪提供的串行通訊口，可以和PC通信，從而可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

在印刷行業(yè)，電子凸輪也已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用，其控制大致如圖所示。將旋變安裝在傳動(dòng)馬達(dá)軸上，旋變將馬達(dá)的位置和速度信息反饋給電子凸輪，電子凸輪輸出傳動(dòng)馬達(dá)的速度和凸輪信號(hào)給送紙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)送紙和傳動(dòng)之間的的同步，此外，由于電子凸輪有速度感應(yīng)的功能，所以它可以象伺服一樣實(shí)現(xiàn)恒速送紙。另外，控制器可以和電腦通信，從而使得控制更加智能化。

在礦山采礦和冶金方面，電子凸輪也有其廣泛的應(yīng)用，下圖所示為典型的礦山采掘設(shè)備，從礦床挖掘到礦石儲(chǔ)存和礦物在港口轉(zhuǎn)運(yùn)，整個(gè)過(guò)程都由電子凸輪做傳送定位、旋轉(zhuǎn)角度設(shè)定和監(jiān)控、礦物料斗升降控制。

此外，電子凸輪還可以應(yīng)用在象彈簧機(jī)，木工機(jī)械，自動(dòng)涂裝生產(chǎn)線上，在此不一一介紹。

電子凸輪產(chǎn)品系列價(jià)格適中，性能穩(wěn)定，使用靈活，具有廣闊的應(yīng)用前景。

電子凸輪應(yīng)用案例