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伺(sì)服電機如何選擇脈衝、模擬量、通訊三種控製方式

發布日期:2021-08-06 08:42:27   來源:行業動態(tài)   瀏覽量:

       伺服電機控製方(fāng)式有脈衝、模擬量和通訊這三種,在(zài)不同的應用場景下,我們該如何選擇伺服電機的控製方式呢(ne)?

 

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伺服電機脈衝(chōng)控製(zhì)方式

       在一(yī)些小型單(dān)機設備(bèi),選用脈(mò)衝控製實現電機的定位,應該是最常見的應用方式,這種控製(zhì)方式簡單,易於理解。

       基本的控製思路:脈衝總(zǒng)量確定電機(jī)位移,脈衝頻率確定電機速度。選用了脈衝來實(shí)現伺服電機的控製,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)控製,但是(shì)實現方式並不一樣:

       第一種,驅動(dòng)器接收兩路(A、B路)高速脈衝,通過兩路脈衝的相位差,確定電機的旋轉方向。如上圖中,如果B相比A相(xiàng)快90度,為正轉;那(nà)麽B相比A相慢90度,則為(wéi)反轉。

       運行時(shí),這(zhè)種控製的兩相脈衝(chōng)為交替狀,因(yīn)此(cǐ)我們也叫這樣的控(kòng)製方式為差分控(kòng)製。具有(yǒu)差分的(de)特點,那也說明了(le)這種控製方(fāng)式,控製脈衝具有更高的抗幹擾能力,在一些幹(gàn)擾較強的應(yīng)用場景,優先選用這種方(fāng)式。但是這種方式一個電機軸需要占用(yòng)兩路高速脈衝端(duān)口,對(duì)高(gāo)速脈衝口緊張的情況,比較不適(shì)用。

       第二(èr)種,驅動器(qì)依然接收兩路高速脈衝,但(dàn)是兩路高速脈衝並不同時存在,一路脈衝處於輸出狀態時,另一路必須處於無(wú)效狀態。選用這(zhè)種控製方式時,一定要確保在同(tóng)一時刻隻有一路脈衝的輸(shū)出。兩路脈衝,一路輸出為正方向運行,另(lìng)一路(lù)為(wéi)負方向運行。和上麵的情況一樣,這種方(fāng)式也是一個電機軸需要占用(yòng)兩路(lù)高速脈衝端(duān)口。

       第(dì)三種,隻需要給驅動器一路脈(mò)衝信號,電機正反向運行(háng)由一路方向(xiàng)IO信號確(què)定。這種控製方(fāng)式控製更加簡單(dān),高速脈衝口資源占用也最少。在一般的小型(xíng)係統中,可以優先選(xuǎn)用這種方式。

 

2

伺服電(diàn)機模擬量控製方式

       在需要使用伺服電機實現速度控製的應用場景,我們可(kě)以選用模擬(nǐ)量來實現電機的速度控製,模擬量(liàng)的值決定了電機的(de)運行速度。

       模擬量有兩種方式可以選擇,電壓或電流。

       電壓方式:隻需要(yào)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(diàn)位器即可(kě)實現控製,非常的簡(jiǎn)單。但選用電壓(yā)作為控製信號,在環境複雜的場景下(xià),電壓容易被幹擾,造成(chéng)控製不穩定(dìng)。

       電(diàn)流方式:需要對應的電流輸出模(mó)塊,但電流信號抗(kàng)幹擾能力(lì)強,可以使用在複雜的(de)場景。

 

3

伺(sì)服電(diàn)機通信控製方式

       采用(yòng)通信方式實現伺服電機控製的常(cháng)見方(fāng)式有CAN、EtherCAT、Modbus、Profibus。使用通信方式來對電機進行控製,是目前一些複雜、大係統應用場景首選的控製方式。在這種方(fāng)式下,係統的大小、電機軸的多少(shǎo)都易於裁剪,沒有複雜的控製接線。搭建的係統具有極高的靈活性。

 

4

拓展部分

伺服電機轉矩控製:

       轉矩控製方式是(shì)通過外部模擬量的(de)輸入或直接的地址的賦值來設定(dìng)電(diàn)機軸對外的輸出轉矩的大小,具體表現為例如10V對應5Nm的話,當外部模(mó)擬量設定為5V時電機軸輸出為2.5Nm。如果電機軸負(fù)載低於2.5Nm時電(diàn)機正轉,外部負載等(děng)於2.5Nm時電機不轉,大於2.5Nm時電機反轉(通常(cháng)在有重力負載情(qíng)況下產生)。可以(yǐ)通過即時的(de)改變模(mó)擬量的設定來改變(biàn)設定的力矩大小,也可通過通訊方(fāng)式改變對應的(de)地址的數值來實現。

       主要應(yīng)用在對材質受力(lì)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(dìng)要根據纏(chán)繞的半徑的變化隨時更(gèng)改以確保材質的受力不會隨著纏繞(rào)半徑的變化而(ér)改變。

伺服電機位(wèi)置控製:

       位置控製模式一般是通過外部(bù)輸(shū)入的脈衝的頻率來確定轉動速度的大小,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(shì)直接對速度和位移進行賦值。由於位置(zhì)模式可(kě)以對速度和位置都有很嚴格的控製,所以一般應用(yòng)於定位裝置,數控機床、印刷機(jī)械等(děng)等。

伺服電機速度模式:

       通過(guò)模擬(nǐ)量或脈(mò)衝頻率(lǜ)的輸入(rù)都可以進行轉動速度的控製,在有上位控製裝(zhuāng)置的外環PID控製時速度模式也可以進行定位,但必須把電機的位置信號或直(zhí)接負載的位置信號給上位機反饋以做運算(suàn)用。位置模式也支持直接負載(zǎi)外環檢測(cè)位置信號,此時的電機軸端的編碼器隻檢測電機轉速,位置信號就由直接(jiē)的最終負載端的檢測裝置來(lái)提供了,這樣的優點在於可(kě)以減少中(zhōng)間傳動過程中的誤差,增加了整個係統的定位精度。

談談三環:

       伺服一般為三(sān)個環控(kòng)製,所謂三環就是3個閉環負反饋PID調節係統。

       最內的PID環就是電(diàn)流環,此環完全在伺服驅動器內部進行,通過霍爾裝置檢(jiǎn)測驅動器給電機的各相的輸出電流,負反饋給(gěi)電流的設(shè)定(dìng)進(jìn)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(liú)環就是控(kòng)製電機轉矩的,所以在轉矩模式(shì)下驅動器的運算最小(xiǎo),動態響應最快。

       第2環是速度環,通過檢測的電機編碼器的信(xìn)號來進行負(fù)反饋PID調節,它的環內PID輸出直接就是電流環的設定,所以速度環控(kòng)製時就包含了速度環和電流環(huán),換句話說(shuō)任何模式都必須使用電流環,電流環(huán)是控製的根本,在速度和位置控製的同時係統實際也在進行(háng)電流(轉矩)的控製以達到對速度和位(wèi)置的(de)相應控製。

       第3環是位置環,它是最外環,可以在驅(qū)動器和電機編碼器間構(gòu)建也可以在外部(bù)控製器和電(diàn)機編碼(mǎ)器或最終負載間構建要根據實際情況來定。由於(yú)位置控製環內部(bù)輸出就是速度環的設定(dìng),位置控製模式下係統進行了所有3個環的運算,此時的係統運算量最大,動態響應速度也最慢。

 

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