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掌握伺服電機(jī)控制:轉(zhuǎn)矩、速度與位置控制技巧

來源:聯(lián)誠科技
發(fā)布時間:2024-10-11
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作為一名PLC工程師,面對工廠車間里的各種伺服電機(jī),是否感覺有點摸不著頭腦?別急!要想真正駕馭伺服電機(jī),先搞清楚它的控制方式才是關(guān)鍵。

 

今天我們就來聊聊伺服電機(jī)的三種常見控制方式——轉(zhuǎn)矩控制速度控制位置控制。學(xué)會了這些,不僅讓你在PLC編程中游刃有余,還能避免“用錯模式,事倍功半”的尷尬局面!


伺服電機(jī)的三種常見控制方式


轉(zhuǎn)矩控制:力大磚飛,精準(zhǔn)到位


轉(zhuǎn)矩控制,說白了,就是控制電機(jī)輸出的力有多大。通過外部模擬量輸入(比如通過PLC給定電壓信號),可以設(shè)定電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩大小。例如,假設(shè)10V對應(yīng)5Nm的轉(zhuǎn)矩,外部給個5V電壓時,電機(jī)就輸出2.5Nm的力。如果負(fù)載正好等于2.5Nm,電機(jī)不動;低于這個數(shù),電機(jī)會正轉(zhuǎn);大于它,電機(jī)會反轉(zhuǎn)。這種控制方式主要用于對力有嚴(yán)格要求的場景,比如繞線裝置和光纖拉絲設(shè)備。這些設(shè)備的繞線半徑會變化,轉(zhuǎn)矩必須實時調(diào)整,才能保證線材的受力不變。

 

不過,這種模式的運算量最小,響應(yīng)速度最快。如果你是那種對電機(jī)實時反應(yīng)要求極高的“完美主義者”,那么轉(zhuǎn)矩控制絕對是你的菜。

 

位置控制:想去哪兒就去哪兒


相比轉(zhuǎn)矩控制位置控制要復(fù)雜得多,它是通過外部脈沖信號來確定電機(jī)的速度和位置。脈沖的頻率決定了轉(zhuǎn)動速度,而脈沖的數(shù)量決定了轉(zhuǎn)動的角度。簡單說,電機(jī)轉(zhuǎn)多少,動多快,全靠脈沖數(shù)和頻率位置控制常用于對精度要求非常高的設(shè)備,比如數(shù)控機(jī)床和印刷機(jī)械。

 

有些伺服驅(qū)動器還能通過通訊直接對速度和位置賦值,這樣可以進(jìn)一步提升控制精度。如果你追求的是精確的定位和運動控制,那么位置控制肯定是你的首選。

 

但話說回來,位置控制的運算量是三種控制方式中最大的,也就是說它的動態(tài)響應(yīng)速度最慢。所以,如果你急著讓電機(jī)“閃電般”動作,可能要三思了。


伺服驅(qū)動器


速度控制:平衡中的智慧


速度控制則是兩者之間的“中庸之道”。通過模擬量輸入或者脈沖頻率,你可以控制電機(jī)的速度。要注意,速度控制通常需要上位控制器(比如PLC)的PID控制來實現(xiàn)閉環(huán)控制,這樣才能對速度進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整。更妙的是,速度控制還可以通過檢測負(fù)載位置來實現(xiàn)定位,減少了中間傳動過程中的誤差,從而提高系統(tǒng)的定位精度

 

如果你的控制器運算速度夠快,速度控制的效果會更佳,你甚至可以把位置環(huán)的控制任務(wù)從伺服驅(qū)動器“卸”給控制器來完成,降低驅(qū)動器的負(fù)擔(dān)??偟膩碚f,速度控制是個比較靈活的選擇,適用于那些對位置和速度都有較高要求的場景。

 

伺服電機(jī)的“三環(huán)”控制


提到伺服電機(jī),就不得不說它的三環(huán)控制:電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)。所謂三環(huán),就是三層閉環(huán)控制系統(tǒng),逐層遞進(jìn),最終達(dá)到精確控制。

 

電流環(huán):最內(nèi)層的環(huán),用于控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。它的運算量最小,動態(tài)響應(yīng)最快。


速度環(huán):通過電機(jī)編碼器的反饋信號進(jìn)行PID調(diào)節(jié),速度環(huán)控制時同時包含了電流環(huán)。


位置環(huán):最外層的環(huán),包含了前兩層環(huán)的運算,負(fù)責(zé)對電機(jī)位置進(jìn)行控制。它的運算量最大,因此動態(tài)響應(yīng)最慢。


如果你是一個追求極致控制的工程師,理解這三環(huán)如何協(xié)同工作,將有助于你在復(fù)雜的工業(yè)自動化中如魚得水。


伺服電機(jī)的“三環(huán)”控制


伺服電機(jī)的三種控制方式各有優(yōu)劣,如何選擇取決于你的應(yīng)用需求。如果你關(guān)心的是實時的力矩輸出,那么轉(zhuǎn)矩控制是你的不二選擇;如果你對位置精度要求很高,位置控制會是你的最佳拍檔;如果你希望在速度和位置之間找到平衡點,速度控制將為你提供更靈活的解決方案。

 

不論你是哪種PLC工程師,掌握這些控制方式后,你將不再局限于簡單的開關(guān)控制,而是能夠在更復(fù)雜的工業(yè)控制場景中游刃有余。


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