伺服放大器的三種控制方式

來源：運控CMCIA

伺服的控制術(shù)語有很多：閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制、開環(huán)控制，速度環(huán)、電流環(huán)、位置環(huán)，很多朋友相信沒有弄清楚，今天就為大家詳細解答一下，伺服的控制模式是怎樣的，該怎樣系統(tǒng)的掌握這一塊。

控制系統(tǒng)的控制類型

開環(huán)控制：沒有檢測裝置，或者不反饋機床的位移量到控制器。就位置控制而言，指令信號形式多為pulse。

半閉環(huán)控制：檢測裝置安裝伺服電機上，間接反饋機床的位移量到控制器，不考慮機械誤差。

全閉環(huán)控制：檢測裝置安裝機床本體上，直接反饋機床的位移量到控制器。

后二者，就位置控制而言指令信號形式多為模擬量電壓。

控制模式種類：

伺服放大器三種控制方式

1.轉(zhuǎn)矩控制：通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，主要應(yīng)用于需要嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)矩的場合?！娏鳝h(huán)控制

2.速度控制：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率對轉(zhuǎn)動速度的控制?！俣拳h(huán)控制

3.位置控制：伺服中最常用的控制，位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度，所以一般應(yīng)用于定位裝置?！恢铆h(huán)控制

位置控制模式

位置控制的區(qū)分：

1.半閉回路控制Ⅰ「馬達軸端檢出」

2.半閉回路控制Ⅱ「減速機端檢出」

3.全閉回路控制「機械位置檢出」

使用AC伺服馬達用于位置控制，一般是指由與伺服馬達軸心一體化的位置檢出器 (編碼器、角度檢測器等) 取得回授訊號，當(dāng)與位置指令量一致時，使馬達軸停止之控制，并執(zhí)行伺服鎖定之機能(SERVO LOCK)。

適用于位置控制

AC 伺服馬達用于位置控制，以用途分別可區(qū)分為2大項

位置環(huán)的作用：

定位指令通常以脈沖列形式輸入，脈沖總數(shù)為定位量，定位速度是單位時間(秒)的脈沖量。(PPS：Pulse/Second)

輸入的脈沖量與反饋的脈沖數(shù)量相一致時，這才實現(xiàn)定位完了。

在位置控制部中，因為有輸入脈沖的加算、反饋脈沖的減算，所以有一個計數(shù)器。(也稱偏差計數(shù)器)

位置控制時：工控機及上位控制器發(fā)出位置指令信號，脈沖+方向，送入脈沖列，經(jīng)伺服電子齒輪分頻后，在偏差可逆計數(shù)器中與反饋脈沖信號比較后形成偏差信號，反饋脈沖是由光電編碼器檢測到電機實際所產(chǎn)生的脈沖數(shù)。經(jīng)四倍頻后的，位置偏差信號經(jīng)位置環(huán)的復(fù)合前饋控制器調(diào)節(jié)后，形成速度指令信號，速度指令信號與速度反饋信號比較后的偏差信號經(jīng)速度環(huán)比例積分控制器調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流指令信號，在電流環(huán)中經(jīng)矢量變后，由SPWM輸出轉(zhuǎn)矩電流，控制交流伺服的運行，位置控制精度由光電編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖數(shù)控制，有絕對與增量兩種，增量的易于掌握，平均壽命長，分辨率高，但斷電后無保持。

速度控制模式

AC伺服馬達與其它一般的可變速裝置：(變頻器、直流馬達等)一樣，運轉(zhuǎn)速度可變換。其特長：

a.緩起動、停止機能：加減速時產(chǎn)生的沖擊，加速及減速的變動率。

b.廣大的速度控制范圍：從低速至高速之間的控制范圍(1：1000 ～ 5000)速度控制范圍內(nèi)、定轉(zhuǎn)矩特性。

c.速度變動率?。杭词关?fù)載變動，速度依然不會有太大的改變產(chǎn)生。

轉(zhuǎn)矩控制模式

AC伺服馬達以電流做高精度的輸出轉(zhuǎn)矩控制。一般的用途為位置控制或速度控制時依速度偏差的結(jié)果所做電流控制?；蛴赏獠恐苯涌刂齐娏髦?、亦可控制馬達的輸出轉(zhuǎn)矩如絞布機械等張力控制即可運用。

A.張力控制時，卷取的滾輪半徑越大時、負(fù)載轉(zhuǎn)矩相對增加。伺服馬達的輸出轉(zhuǎn)矩相對增加。

B.卷取途中材料切斷時，負(fù)載瞬間變輕，但馬達高速回轉(zhuǎn)，此時伺服馬達的輸出轉(zhuǎn)矩減少。

伺服的性能評價(增益調(diào)整)

評價伺服的應(yīng)答性，指令輸入后輸出的情況(電機如何轉(zhuǎn)動)，使用回路增益這個用語就是GAIN，獲得和利益的意思，是輸入和輸出之比所解釋的技術(shù)術(shù)語，現(xiàn)在直接使用增益來表示。伺服增益是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。

機械本身的結(jié)構(gòu)對伺服增益的調(diào)整有重要影響，如果機械本身的剛性比較好(磨床絲桿傳動)，伺服的相關(guān)增益則可以設(shè)置較高。如果機械本身的剛性偏柔(料道同步帶)，伺服的相關(guān)增益則設(shè)置的不要太高。

伺服速度、位置增益參數(shù)關(guān)系及總的調(diào)試思路：最內(nèi)環(huán)(電流環(huán))的反應(yīng)速度最快，中間環(huán)節(jié)(速度環(huán))的反應(yīng)速度必須高于最外環(huán)(位置環(huán))。如果不遵守此原則，將會造成電機運轉(zhuǎn)的震動或反映不良。伺服驅(qū)動器的設(shè)計可盡量確保電流環(huán)具備良好的反應(yīng)性能，故用戶只需調(diào)整位置位置環(huán)、速度環(huán)的增益即可。

位置環(huán)的反應(yīng)不能快于速度環(huán)的反應(yīng)。因此，若需增加位置環(huán)的增益，必須先增加速度環(huán)的增益。如果只增加位置環(huán)的增益，電機很可能產(chǎn)生震動，從而將會造成速度指令及定位時間的增加，而非期望的減少。

速度環(huán)增益

增大速度環(huán)比例增益，則能降低轉(zhuǎn)速脈動的變化量，提高伺服驅(qū)動系統(tǒng)的硬度，保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)運行時的性能。但是在實際系統(tǒng)中，速度環(huán)比例增益不能過大，否則將引起整個伺服驅(qū)動系統(tǒng)振蕩。

速度環(huán)參數(shù)調(diào)節(jié)與負(fù)載慣量的關(guān)系：

當(dāng)負(fù)載對象的轉(zhuǎn)動慣量與電動機的轉(zhuǎn)動慣量之比較大，以及負(fù)載的摩擦轉(zhuǎn)矩比較大時，宜增大速度環(huán)比例增益和速度環(huán)積分時間常數(shù)，以滿足運行穩(wěn)定性的要求。

當(dāng)負(fù)載對象的轉(zhuǎn)動慣量與電動機的轉(zhuǎn)動慣量之比較小，以及負(fù)載的摩擦轉(zhuǎn)矩較小時，宜減小速度環(huán)比例增益和速度換積分時間常數(shù)，保證低速運行時的速度控制精度。

位置環(huán)增益

位置環(huán)增益與伺服電機以及機械負(fù)載有著密切的聯(lián)系，通常伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益越高，電機速度對于位置指令響應(yīng)的延時減小，位置跟蹤誤差愈小，定位所需時間 越短，但要求對應(yīng)的機械系統(tǒng)的剛性與自然頻率也必須很高。而且當(dāng)輸入的位置突變時，其輸出變化劇烈，機械負(fù)載要承受較大的沖擊。此時，驅(qū)動器必須進行升降 速處理或通過上位機用編程措施來緩沖這種變化。

當(dāng)伺服系統(tǒng)位置環(huán)增益相對較小時，調(diào)整起來比較方便，因為位置環(huán)增益小，伺服系統(tǒng)容易穩(wěn)定，對大負(fù)載對象，調(diào)整要簡單些。同時，低位置環(huán)增益的伺服系統(tǒng)頻 帶叫窄，對噪音不敏感。因此，作為伺服進給用時，位置的微觀變化小，但低位置環(huán)增益的伺服系統(tǒng)位置跟蹤誤差較大，進行輪廓加工時，會在軌跡上形成加工誤差。

1.相對運動：必需對位置值加以計算，點動運行、往返運動一定位置量的控制系統(tǒng)。

2.絕對運動：直接下達位置值，可用于XY軸、table等，一般的機械均可使用。于指令程序中較為簡便。

審核編輯：湯梓紅