伺服驱动器的工作原理
随着全数字式交流伺服系统的出现,交流也越来越多地应用于数
字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多 采用全数字式交流作为执行电动机。在控制方式上用脉冲串和方向信 号实现。
一般伺服都有三种控制方式:速度控制方式,转矩控制方式,位置控 制方式。
速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。 位置控制是通过发脉冲 来控制的。具体采用什么控制方式要根据客户的要求, 满足何种运动 功能来选择。
如果您对电机的速度、位置都没有要求,只要输出一个恒转矩,当然 是用转矩模式。
如果对位置和速度有一定的精度要求, 而对实时转矩不是很关心,用 转矩模式不太方便,用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比 较好的死循环控制功能,用速度控制效果会好一点。如果本身要求不 是很高,或者,基本没有实时性的要求,用位置控制方式对上位控制
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器没有很高的要求。就伺服驱动器的响应速度来看,转矩模式运算量 最小,驱动器对控制信号的响应最快; 位置模式运算量最大,驱动器 对控制信号的响应最慢。
对运动中的动态性能有比较高的要求时,需要实时对电机进行调整。 那么如果控制器本身的运算速度很慢(比如,或低端运动控制器), 就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快,可以用速度方式,
把位置环从驱动器移到控制器上,减少驱动器的工作量,提高效率(比 如大部分中高端运动控制器);如果有更好的上位控制器,还可以用 转矩方式控制,把速度环也从驱动器上移开,这一般只是高端专用控 制器才能这么干,而且,这时完全不需要使用伺服电机。
换一种说法是:
1、 转矩控制:转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址
的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小,具体表现为例如 10V 对应5Nm的话,当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为:如果电机 轴负载低于时电机正转,外部负载等于时电机不转,大于时电机反转
(通常在有重力负载情况下产生)。可以通过实时的改变模拟量的设 定来改变设定的力矩大小,也可通过通讯方式改变对应的地址的数值 来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置 中,例如饶线装置或拉光纤设备,转矩的设定要根据缠绕的半径的变 化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。
2、 位置控制:位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确 定转动速度的大小,通过脉冲的个数来确定转动的角度, 也有些伺服 可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。 由于位置模式可以对 速度和位置都有很严格的控制,所以一般应用于定位装置。应用领域 如数控、印刷机械等等。
3、 速度模式:通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度 的控制,在有上位控制装置的外环 PID控制时速度模式也可以进行 定位,但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位回馈以
做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号, 此时的电机
轴端的编码器只检测电机转速,位置信号就由直接的最终负载端的检 测装置来提供了,这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差, 增加了整个系统的定位精度。
伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。变频是伺服控制的一个必 须的内部环节,伺服驱动器中同样存在变频(要进行无级调速)。但 伺服将电流环速度环或者位置环都
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