伺服系統(tǒng)的三種控制方式對比分析

伺服控制，即為滿足某種目的，對產(chǎn)生的運動和對物體的運動進行控制的人類活動。所謂伺服控制指對物體運動的位置、速度及加速度等變化量的有效控制。這種控制已在各領(lǐng)域得到普及。伺服控制系統(tǒng)則指的是用來精確地跟隨或復現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)。

一、伺服系統(tǒng)的分類

伺服系統(tǒng)大致上可分為下列幾項：

1、指令部分：動作指令信號的輸出裝置；

2、驅(qū)動部分：接收指令部分的輸出，并驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)（比如電機）動作的裝置；

3、反饋部分：檢測執(zhí)行結(jié)構(gòu)或者負載狀態(tài)的裝置；

4、執(zhí)行機構(gòu)：接收驅(qū)動部分的輸出信號產(chǎn)生轉(zhuǎn)力矩、位置等狀態(tài)。

二、伺服內(nèi)部結(jié)構(gòu)

三、控制方式

一般伺服都有三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式，位置控制方式。

1、速度控制

速度環(huán)框圖：

（1）速度制即電機按照給定的速度指令進行運轉(zhuǎn)。

（2）速度控制的應用場合相當廣涇用場合有：需要快速響座的連續(xù)調(diào)速系統(tǒng)；由上位閉環(huán)的定位系統(tǒng)；需要多欄速度進行快速切換的系統(tǒng)。

（3）通常伺服的速度給定為模擬量，即模擬量幅值的大小決定了給定速度的大小，正負決定電機應關(guān)系取決于速度指令增益（Pn300）。

注意事項：

（1）速度環(huán)增益Pn102，通常是設定高一些以使得整個系統(tǒng)響應快一些，電機剛性也會增強。但是增益大了可能導致系統(tǒng)振動。一般負載慣量大的場合該參數(shù)設得大一些。

（2）速度環(huán)積分時間Pn103，它的作用是消除靜差，數(shù)值設得越大響應越慢，到達指令時間越長。通常負載慣量越大，積分時間應設定得越大。

（3）上位機作閉環(huán)時，應盡量不要設置軟起動減速時間參數(shù)Pn306、Pn307。

（4）若沒有上位機作閉環(huán)，希望通過模擬量來使得電機完全停止，則必須采用零鉗位或比例控制。

（5）用上位機作位置閉環(huán)時，模擬量不能自動調(diào)零。

2、轉(zhuǎn)矩控制

（1）非速度控制，控制輸岀的轉(zhuǎn)矩即為典型轉(zhuǎn)矩控制。

（2）常使用于張力控制等場合

（3）輸入為模擬量，模擬量大小與轉(zhuǎn)矩大小的關(guān)系取決于轉(zhuǎn)矩指令增益。

（4）舉例：假定用戶設定Pn400是100，則表明若輸入10ν的模擬量時電機輸出轉(zhuǎn)矩可以達到其額定轉(zhuǎn)矩的100%。

注意事項：

（1）轉(zhuǎn)矩控制首先應注意限制電機轉(zhuǎn)速，電機轉(zhuǎn)速可以用模擬量進行限制，也可以通過設置參數(shù)來限制轉(zhuǎn)速。

（2）轉(zhuǎn)矩指令增益Pn400數(shù)值設定越小，相同模擬量對應的轉(zhuǎn)矩越大。

3、位置控制

位置控制普遍應用在各種定位場合，可以直接替換各種步進傳動系統(tǒng)。一般情況下伺服通過接受脈沖來進行位置控制，脈沖的個數(shù)決定了位置，脈沖的頻率決定了電機運行的速度。一個脈沖對應的位置當量，取決于機械結(jié)構(gòu)和電子齒輪。

注意事項：

（1）每一個點位的位移由兩個參數(shù)組成，實際編程的位移是由兩個參數(shù)的代數(shù)和組成，注意兩個參數(shù)的單位。

（2）注意搜索參考點的速度，若速度過大可以設定軟起動加減速，以減小對機械的沖擊。

（3）點位控制中，1CN可以不接任何輸入、輸岀即可實現(xiàn)。

（4）目前只能順序換步。

（5）用戶可以通過觸摸屏和伺服通過Modbus協(xié)議進行通訊，進而可以通過觸摸屏修改位置、速度等。

四、三種控制方式對比

（1）如果對電機的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個恒轉(zhuǎn)矩，當然是用轉(zhuǎn)矩模式。

（2）如果對位置和速度有一定的精度要求，而對實時轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心，用轉(zhuǎn)矩模式不太方便，用速度或位置模式比較好。如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會好一點。如果本身要求不是很高，或者，基本沒有實時性的要求，用位置控制方式對上位控制器沒有很高的要求。

（3）就伺服驅(qū)動器的響應速度來看，轉(zhuǎn)矩模式運算量最小，驅(qū)動器對控制信號的響應最快；位置模式運算量最大，驅(qū)動器對控制信號的響應最慢。

（4）對運動中的動態(tài)性能有比較高的要求時，需要實時對電機進行調(diào)整。那么如果控制器本身的運算速度很慢（比如PLC，或低端運動控制器），就用位置方式控制。如果控制器運算速度比較快，可以用速度方式，把位置環(huán)從驅(qū)動器移到控制器上，減少驅(qū)動器的工作量，提高效率（比如大部分中高端運動控制器）；如果有更好的上位控制器，還可以用轉(zhuǎn)矩方式控制，把速度環(huán)也從驅(qū)動器上移開，這一般只是高端專用控制器才能這么干，而且，這時完全不需要使用伺服電機。
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