伺服電機(jī)三環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)方法

隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，伺服控制技術(shù)、電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，伺服運(yùn)動與控制技術(shù)也在不斷走向成熟，電機(jī)運(yùn)動控制平臺作為一種高性能的測試方式已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，人們對伺服性能的要求也在不斷提高。

一、三環(huán)控制原理

1、首先是電流環(huán)，此環(huán)完全在伺服驅(qū)動器內(nèi)部進(jìn)行，通過霍爾裝置檢測驅(qū)動器給電機(jī)的各相的輸出電流，負(fù)反饋給電流的設(shè)定進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，從而達(dá)到輸出電流盡量接近等于設(shè)定電流，電流環(huán)就是控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的，所以在轉(zhuǎn)矩模式下驅(qū)動器的運(yùn)算最小，動態(tài)響應(yīng)最快。

2、第二環(huán)是速度環(huán)，通過檢測的伺服電機(jī)編碼器的信號來進(jìn)行負(fù)反饋 PID 調(diào)節(jié)，它的環(huán)內(nèi) PID 輸出直接就是電流環(huán)的設(shè)定，所以速度環(huán)控制時就包合了速皮環(huán)和電流環(huán)，換句話說任何棋式都必須使用電流環(huán)，電流環(huán)是控制的跟本，在速度和位置控制的同時系統(tǒng)實(shí)際也在進(jìn)行電流（轉(zhuǎn)矩）的控制以達(dá)到對速度和位置的相應(yīng)控制。

3、第三環(huán)是位置環(huán)，它是最外環(huán)，可認(rèn)在驅(qū)動器和伺服電機(jī)編碼器間構(gòu)建也可以在外部控制器和電機(jī)編碼器或最終負(fù)載間構(gòu)建，要根據(jù)實(shí)際情況來定。由于位置控制環(huán)內(nèi)部輸出就是速度環(huán)的設(shè)定，位置控制模式下系統(tǒng)進(jìn)行了所有 3 個環(huán)的運(yùn)算，此時的系統(tǒng)運(yùn)算量最大，動態(tài)響應(yīng)速度也最慢。

圖 1.1

二、影響控制的因素

1、速度環(huán)主要進(jìn)行PI（比例和積分），比例就是增益，所以我們要對速度增益和速度積分時間常數(shù)進(jìn)行合適的調(diào)節(jié)才能達(dá)到理想效果。

2、位置環(huán)主要進(jìn)行P（比例）調(diào)節(jié)。對此我們只要設(shè)定位置環(huán)的比例增益就好了。當(dāng)進(jìn)行位置模式需要調(diào)節(jié)位置環(huán)時，最好先調(diào)節(jié)速度環(huán)，位置環(huán)、速度環(huán)的參數(shù)調(diào)節(jié)沒有什么固定的數(shù)值，要根據(jù)外部負(fù)載的機(jī)械傳動連接方式、負(fù)載的運(yùn)動方式、負(fù)載慣量、對速度、加速度要求以及電機(jī)本身的轉(zhuǎn)子慣量和輸出慣量等等很多條件來決定，調(diào)節(jié)的簡單方法是在根據(jù)外部負(fù)載的情況進(jìn)行大體經(jīng)驗(yàn)的范圍內(nèi)將增益參數(shù)從小往大調(diào)，積分時間常數(shù)從大往小調(diào)，以不出現(xiàn)震動超調(diào)的穩(wěn)態(tài)值為最佳值進(jìn)行設(shè)定。

圖 1.2

三、MES-100控制方式

1、MES-100運(yùn)動控制平臺由電機(jī)及加載系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動程序調(diào)試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和電源系統(tǒng)組成。從電機(jī)到驅(qū)動構(gòu)建出完整的硬件軟件實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提供全開放式的軟硬件接口，具有豐富的可擴(kuò)展性教學(xué)體驗(yàn)，可做電機(jī)識別，堵轉(zhuǎn)，電機(jī)效率測試，電機(jī)參數(shù)測定，電機(jī)T-N曲線測試，電機(jī)運(yùn)動控制及編碼器矢量轉(zhuǎn)矩，無感矢量速度分析等測試，測試結(jié)果如下圖1.3。

2、伺服電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩控制都是用模擬量來控制的，位置控制是通過發(fā)脈沖來控制的，如果對電機(jī)的速度和位置都沒有要求可以采用恒轉(zhuǎn)矩模式，可通過及時的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小，也可以通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。如果對位置和速度有一定的進(jìn)度要求可以采用速度或位置模式，位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確認(rèn)轉(zhuǎn)動的角度，由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，行業(yè)應(yīng)用比較廣泛。

圖1.3