伺服電機控製(zhì)方式有脈衝(chōng)、模擬量和通訊這三種,在不同(tóng)的應用場(chǎng)景下,我們該如何選擇伺服(fú)電機的控製方式呢?
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伺服電機(jī)脈衝控製方式
在一些小型(xíng)單機設備,選用脈衝控製實現電機的定位,應該是(shì)最常見的應用方式,這種控製(zhì)方式簡單,易於理解(jiě)。
基本的控製思路:脈衝總量確定(dìng)電機位移,脈衝頻率確定電(diàn)機速度。選用了脈衝來實現伺服電機的控製,翻開(kāi)伺服電機的使用手冊,一般(bān)會有如下這樣的表格:
都是脈衝控製(zhì),但(dàn)是實現方式並不一樣:
第一(yī)種,驅動器接收兩路(A、B路)高速脈衝(chōng),通過兩路脈衝的相位差(chà),確定電機的旋轉方向。如上圖中,如果B相比A相快90度,為(wéi)正轉;那(nà)麽B相比A相(xiàng)慢(màn)90度,則為反轉。
運行時,這種控製的兩相脈衝為交替狀,因此我們也叫這樣(yàng)的(de)控製方式為差分(fèn)控製。具有(yǒu)差分的特點,那也說明(míng)了這種控製方式,控製脈衝具有更高的抗幹擾能力,在一些幹擾較強的應用場景,優先選用這種方式。但是這種方式一個電機軸(zhóu)需要占用兩路(lù)高(gāo)速脈衝端(duān)口,對(duì)高速(sù)脈衝口緊張的情況,比較不適用。
第二種,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(chù)於輸出狀態時,另一路必須處於無效狀態。選用這種控製方式時,一定要確保在同一時刻隻有一(yī)路脈衝的輸出。兩路脈衝,一(yī)路輸出為正方向運行,另一路(lù)為負方向運(yùn)行。和上麵的情(qíng)況一樣(yàng),這種方式也是一個電機軸需要占(zhàn)用兩路高速脈衝端口。
第三種,隻需要給驅動器一(yī)路脈衝(chōng)信號,電機正(zhèng)反向運行由一路(lù)方向IO信(xìn)號確定。這種控製方式控製更加簡單,高速脈衝口資源占用也最少。在一般的小型係統中,可以優(yōu)先選用這(zhè)種(zhǒng)方式。
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伺服電機模擬量(liàng)控(kòng)製方式
在需要使用伺服電機實現速度控製的應用場景,我們可以選用模擬量來實現電機的速度控製,模擬量的值決定了電機的運行速度。
模擬量有兩種方式可以選擇,電壓或電流。
電壓方式:隻需要在(zài)控製信號端(duān)加(jiā)入一定大小的電(diàn)壓(yā)即可,在有些場景(jǐng)甚至使用一個電位器即可實現控製,非常的(de)簡單。但選用電壓作為控製信號,在環境(jìng)複(fù)雜的場景下,電壓容易被幹擾,造(zào)成控製不(bú)穩定。
電流方式:需要對應的電流輸出模塊,但電(diàn)流信號抗幹擾能力強,可以使用在複雜(zá)的場景。
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伺服電機通信(xìn)控製方式
采用通信方式實現伺服電機控製的常見方式有(yǒu)CAN、EtherCAT、Modbus、Profibus。使用通信方式來對電(diàn)機進行控製,是目前一些複雜、大係統應用場景首選的控(kòng)製方式。在這種(zhǒng)方(fāng)式下(xià),係統的大小、電機軸的多少都易於裁剪,沒有複雜的控製接線。搭建的係統具有極(jí)高的靈活性。
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拓展部分
伺服電機轉(zhuǎn)矩控製:
轉矩控製方式(shì)是通過(guò)外部模擬量的(de)輸入或直接(jiē)的地(dì)址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小,具體表現為例如10V對(duì)應5Nm的話,當外(wài)部模擬量設定為5V時電機軸(zhóu)輸出(chū)為2.5Nm。如(rú)果電機軸負(fù)載低於2.5Nm時電機正(zhèng)轉,外部負載等於(yú)2.5Nm時電機不轉,大於2.5Nm時電機反(fǎn)轉(通常在有重力負載情況下(xià)產生)。可以(yǐ)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(fāng)式改變對應的地址的數值來實(shí)現。
主要應用在對材質受力有嚴格要求的纏繞和放(fàng)卷裝置中(zhōng),例(lì)如繞線裝置或拉光纖設備,轉矩的設定要根據纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質的受力(lì)不會隨著纏(chán)繞半(bàn)徑(jìng)的變化而改(gǎi)變。
伺服電機位置控製:
位置控製模式一般是通過外部輸入的脈衝的頻率來確定(dìng)轉動速度的大小(xiǎo),通過脈(mò)衝的個數(shù)來確定轉動的角度(dù),也有些伺(sì)服可以(yǐ)通(tōng)過通訊方式直接對速度和位移(yí)進行賦值。由於位置模式可以(yǐ)對速度和位置都有很嚴(yán)格的控製,所以(yǐ)一般應用於定位裝置,數控機床、印刷機(jī)械等等。
伺服電(diàn)機速度模式:
通過模擬量或脈衝頻(pín)率的輸入都可以(yǐ)進(jìn)行轉動速度的控製,在有上位控製裝置的外環PID控製時速度模(mó)式也可以進行定位(wèi),但必須把電機的位置信(xìn)號或直接負載的位置信號給上位機反饋以做運算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環檢(jiǎn)測位置信號,此時的電(diàn)機軸端的(de)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(cè)裝置來(lái)提供了,這樣的優點在於(yú)可以(yǐ)減少中(zhōng)間傳動過(guò)程中的誤差,增加了整個係統的定位精度(dù)。
談談三環:
伺服(fú)一般為三個環(huán)控製,所謂三環就是3個(gè)閉環負反饋PID調(diào)節係統。
最內的PID環就是電流環(huán),此環完全在伺(sì)服驅動器內(nèi)部(bù)進行,通過霍爾裝置檢測驅動器給電機的各相的輸出電流,負反饋給電流的設定進行(háng)PID調節,從(cóng)而達到輸(shū)出電(diàn)流盡量接近等於設定電流(liú),電流環就(jiù)是控製電機轉矩的,所以在轉矩模式下驅動器的運算最小,動態響應最快。
第2環是速度環,通過檢測的電(diàn)機編碼器的信號來進行負反饋PID調節,它的環內PID輸出直接就(jiù)是(shì)電(diàn)流環的設定,所以速度環控製(zhì)時就包含了速度環和電流環,換句話說任(rèn)何模式都必須(xū)使用電流環,電流環是控製的根本,在速度和(hé)位置控製的同時係(xì)統實際也在進行電流(轉矩)的控製(zhì)以達到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(dòng)器和電機編碼器間構建也可以在外部控製器和電機編碼(mǎ)器或最終負載間構(gòu)建要根據實際情況來定。由於位置控製(zhì)環(huán)內部輸出就是速度環的設(shè)定,位置控製模式下(xià)係統進(jìn)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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