伺服電機控製(zhì)方式有脈衝、模擬量和通(tōng)訊這三種(zhǒng),在不(bú)同的應用場景(jǐng)下,我們該(gāi)如何(hé)選擇伺服電機的控製(zhì)方式呢?
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伺服電機脈衝控製方式
在一些小型(xíng)單機設備,選用脈衝控(kòng)製實現電機(jī)的定位,應該是最常見的應用方式,這種控製方式簡單,易於理解。
基本的控製思路:脈(mò)衝總(zǒng)量確定電機(jī)位移,脈衝頻率確定(dìng)電(diàn)機速度。選用了脈衝來實現伺(sì)服電(diàn)機的控製,翻開伺服電機的使用手冊,一般會有如下這樣的表格:

都是脈衝(chōng)控(kòng)製,但是實(shí)現方式並不一樣:
第一種,驅動器接收兩路(A、B路)高速脈衝,通過(guò)兩路脈衝的相位差,確(què)定電機的旋轉方向。如上圖中,如果B相比A相快90度,為正轉;那麽B相比A相慢90度,則為反轉。
運行時,這種控製的兩相脈衝為交替狀(zhuàng),因(yīn)此我們也叫這樣的控製方式為差分控製。具有差分的特點,那也說明(míng)了這種控製方式,控製脈衝(chōng)具有更高的抗幹(gàn)擾能力,在一些幹擾較強的應用場景,優先選用這種方式。但是(shì)這種方式一個電機軸(zhóu)需要(yào)占(zhàn)用兩(liǎng)路(lù)高速脈衝端口,對高速脈衝口緊張的情況,比較不適用。
第二種,驅動器依然接收兩路高速脈衝,但是兩路高速脈衝(chōng)並不同時存在,一路脈衝處於輸(shū)出狀態時,另一路必須處於無效狀態。選用這種控製方式時,一(yī)定要確保(bǎo)在(zài)同(tóng)一時刻隻有一路脈衝的輸(shū)出。兩路脈(mò)衝,一路輸出為(wéi)正方向運(yùn)行,另一路為負(fù)方向運行。和上麵的情況一樣,這種方式也是一個電機軸需要占用兩路高速脈衝端口。
第三種,隻需要給驅動器一路脈(mò)衝信號,電(diàn)機正反向運行由一路方向IO信號確定(dìng)。這種控製方式控製更加簡單,高速脈衝(chōng)口資源占用也最(zuì)少。在一般的小(xiǎo)型係統中,可以優先選用這種(zhǒng)方式(shì)。
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伺服電機模擬量控製方式
在需要(yào)使用伺服電機實現速度控製的應用(yòng)場景(jǐng),我們可以選用模擬量來實現(xiàn)電機的速度(dù)控(kòng)製,模擬量的值決定了電機(jī)的運行速度。
模擬量有兩種方式可以選擇,電壓或電流。
電(diàn)壓方式:隻(zhī)需(xū)要在控製信號端加入一定大小的電壓即可,在有些場景甚至使用一個電位(wèi)器即可實現控製,非常的簡單。但選用電壓作為控製信號,在環境複雜的場景下(xià),電壓容易(yì)被幹擾,造成控製不穩定。
電流方式(shì):需要對應的電流輸出模塊(kuài),但(dàn)電流(liú)信號抗幹擾能力強,可以使用在複雜的場景。
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伺服電機(jī)通(tōng)信控製方式
采用通信方式實現伺服電機控製的常見方式有CAN、EtherCAT、Modbus、Profibus。使用通信方式(shì)來對電機進行控製,是目前一些複雜、大係統應用場景首選的(de)控製方式。在(zài)這種方式下(xià),係統的大小、電機軸的多少都易(yì)於裁剪,沒有複雜的控(kòng)製接線(xiàn)。搭(dā)建的係統具有極高的靈活性。
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拓展部分
伺服電機轉矩控製(zhì):
轉矩控製方式是通過外(wài)部模擬量的輸入或直(zhí)接的地址的賦值來(lái)設定(dìng)電(diàn)機軸對(duì)外的輸出轉矩的大小,具體(tǐ)表現為例如10V對應5Nm的話,當外部模擬量設定為5V時電(diàn)機(jī)軸輸出為2.5Nm。如果電機軸負載低於2.5Nm時電機(jī)正轉,外部負載(zǎi)等於(yú)2.5Nm時電機不轉,大(dà)於2.5Nm時電機(jī)反轉(通常在有(yǒu)重(chóng)力負載情況下(xià)產生)。可以通過即時的改變模擬量(liàng)的設定來改變設定的力矩大小,也可通過通訊方式改(gǎi)變(biàn)對應的地址的數值來實現。
主要應用在對材質(zhì)受力有嚴格要求的纏繞和(hé)放卷裝置中,例如繞線裝置或拉光纖設備,轉矩的設定要根據纏(chán)繞(rào)的半徑(jìng)的變化隨時更改以確保材質的受力(lì)不會隨著纏繞半徑的變化而改變。
伺服電機位置控製:
位置控製模式(shì)一般是通過外(wài)部輸入的脈衝的頻率來確定轉動速度的大小(xiǎo),通過脈衝的個數來確定轉動的角度,也有些伺服可以通過通訊方式直接(jiē)對速度和位移進行賦值。由於位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控(kòng)製,所以一般應用(yòng)於定位裝置,數控(kòng)機床、印刷機械等等(děng)。
伺服電機速度模式:
通過模擬量或脈衝頻率的輸(shū)入都可以進行轉動(dòng)速度的控製,在有上位控製裝置的外環PID控製(zhì)時速度(dù)模式也可以進行定位,但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位機反饋以做運(yùn)算(suàn)用。位(wèi)置模式也支持直接負載外環檢測位置信號(hào),此時的電(diàn)機軸端的編碼(mǎ)器隻檢測電機轉速,位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝(zhuāng)置來提供了,這樣的優點在於可以(yǐ)減少中間傳動過程中的誤差,增加了整個係(xì)統的定位精度(dù)。
談談三環:
伺服一般為三個(gè)環控(kòng)製(zhì),所謂三環就是3個閉環負反饋(kuì)PID調節係統(tǒng)。
最內的PID環就(jiù)是電流環,此環完全在伺服驅動器內部進行,通過霍爾裝置檢測驅動器給(gěi)電(diàn)機的各(gè)相的輸出電流,負反饋給電流的設定進行PID調節,從而達到輸出電(diàn)流盡量接近等於設定電流,電流環就是控製電機轉矩的,所(suǒ)以在轉矩模式下驅動器的運算最小,動態響應最(zuì)快。
第2環是速度環,通過檢測的電機編碼器的(de)信號來進行(háng)負反饋PID調節,它的環內PID輸(shū)出直接就是電(diàn)流環的設定,所以速度環控製時(shí)就包含了速度環和電流環,換句話說任何模式都(dōu)必須使用電流環(huán),電流環是控製(zhì)的(de)根(gēn)本,在速度和位置控製的同時係統實際(jì)也在(zài)進行電流(轉(zhuǎn)矩)的(de)控製以達到(dào)對速度和位置的相應控製。
第3環是位置環,它是最外環,可以在驅動器和電機編碼器間構建也可以在外部控製器和電機編碼器或最終負載(zǎi)間構建要根據實際情況來定。由於位置控製環內部輸出就是速(sù)度環的(de)設定,位(wèi)置控製模式下係統進行了所有(yǒu)3個環的運算,此時的係統運算量最(zuì)大,動態響應速度(dù)也最慢。
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