【機(jī)床商務(wù)網(wǎng)欄目 科技動(dòng)態(tài)】伺服電機(jī)是在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。一般我們通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制。
 

 

　　從控制的角度來(lái)看，速度控制與轉(zhuǎn)矩控制兩者是獨(dú)立控制功能。速度控制的目標(biāo)物理量是電機(jī)的轉(zhuǎn)速，力矩控制的目標(biāo)物理量是電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。不過(guò)，具體采用什么控制方式來(lái)實(shí)施，還是要根據(jù)客戶的需求。
 

　　如果用戶對(duì)電機(jī)的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個(gè)恒轉(zhuǎn)矩，那自然是用轉(zhuǎn)矩模式。
 

　　假如對(duì)位置和速度有一定的精度要求，而對(duì)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩不是很在意，用轉(zhuǎn)矩模式又不太方便，那么用速度或位置模式可能相對(duì)會(huì)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(huì)好一點(diǎn)。就伺服驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)速度來(lái)看，轉(zhuǎn)矩模式運(yùn)算量小，驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)快；位置模式運(yùn)算量大，驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)慢。
 

　　對(duì)于運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)態(tài)性能有比較高的要求時(shí)，需要實(shí)時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整。那么如果控制器本身的運(yùn)算速度很慢(比方說(shuō)PLC，或低端運(yùn)動(dòng)控制器)，就用位置方式控制。如果控制器運(yùn)算速度比較快，可以用速度方式，把位置環(huán)從驅(qū)動(dòng)器移到控制器上，減少驅(qū)動(dòng)器的工作量，提高效率(比如大部分中運(yùn)動(dòng)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(dòng)器上移開，這一般只是專用控制器才能這么干，而且，這時(shí)完全不需要使用伺服電機(jī)。
 

　　總體來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)器控制的好不好，每個(gè)廠家都會(huì)認(rèn)為自己做的很好，但是現(xiàn)在有個(gè)比較直觀的比較方式，叫做響應(yīng)帶寬。當(dāng)轉(zhuǎn)矩控制或者速度控制時(shí)，通過(guò)脈沖發(fā)生器給他一個(gè)方波信號(hào)，使電機(jī)不斷的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，不斷的調(diào)高頻率，示波器上顯示的是個(gè)掃頻信號(hào)，當(dāng)包絡(luò)線的頂點(diǎn)到達(dá)高值的70.7%時(shí)，表示已經(jīng)失步，此時(shí)的頻率的高低，就能顯示出誰(shuí)的產(chǎn)品牛了，一般的電流環(huán)能作到1000赫茲以上，而速度環(huán)只能作到幾十赫茲。
 

　　另一種比較專業(yè)的說(shuō)法是：
 

　　1、轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來(lái)設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如10V對(duì)應(yīng)5Nm的話，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5V時(shí)電機(jī)軸輸出為2.5Nm:如果電機(jī)軸負(fù)載低于2.5Nm時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，外部負(fù)載等于2.5Nm時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)，大于2.5Nm時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)(通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生)。可以通過(guò)即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來(lái)改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過(guò)通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)。
 

　　應(yīng)用主要在對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì)隨著纏繞半徑的變化而改變。
 

　　2、位置控制：位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過(guò)通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。由于位置模式可以對(duì)速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。
 

　　應(yīng)用領(lǐng)域像數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等等。
 

　　3、速度模式：通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測(cè)位置信號(hào)，此時(shí)的電機(jī)軸端的編碼器只檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號(hào)就由直接的終負(fù)載端的檢測(cè)裝置來(lái)提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過(guò)程中的誤差，增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。
 

　　4、談?wù)?環(huán)，伺服一般為三個(gè)環(huán)控制，所謂三環(huán)就是3個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。內(nèi)的PID環(huán)就是電流環(huán)，此環(huán)完全在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部進(jìn)行，通過(guò)霍爾裝置檢測(cè)驅(qū)動(dòng)器給電機(jī)的各相的輸出電流，負(fù)反饋給電流的設(shè)定進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，從而達(dá)到輸出電流盡量接近等于設(shè)定電流，電流環(huán)就是控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的，所以在轉(zhuǎn)矩模式下驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)算小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。
 

　　第2環(huán)是速度環(huán)，通過(guò)檢測(cè)的電機(jī)編碼器的信號(hào)來(lái)進(jìn)行負(fù)反饋PID調(diào)節(jié)，它的環(huán)內(nèi)PID輸出直接就是電流環(huán)的設(shè)定，所以速度環(huán)控制時(shí)就包含了速度環(huán)和電流環(huán)，換句話說(shuō)任何模式都必須使用電流環(huán)，電流環(huán)是控制的根本，在速度和位置控制的同時(shí)系統(tǒng)實(shí)際也在進(jìn)行電流(轉(zhuǎn)矩)的控制以達(dá)到對(duì)速度和位置的相應(yīng)控制。
 

　　第3環(huán)是位置環(huán)，它是外環(huán)，可以在驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)編碼器間構(gòu)建也可以在外部控制器和電機(jī)編碼器或終負(fù)載間構(gòu)建，要視實(shí)際情況來(lái)定。由于位置控制環(huán)內(nèi)部輸出就是速度環(huán)的設(shè)定，位置控制模式下系統(tǒng)進(jìn)行了所有3個(gè)環(huán)的運(yùn)算，此時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)算量大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度也慢。
 

　　(原標(biāo)題：伺服電機(jī)的三種控制方式)