电机的基本知识伺服电机心声三种控制方式
导语:电机控制的三种方式,各有侧重。速度和转矩控制依赖模拟量调节,而位置控制则通过脉冲信号实现。选择何种控制方案取决于客户需求及运动功能要求。
在没有精确速度或位置要求的情况下,只需恒定转矩输出,通常采用转矩模式。如果对位置和速度有一定精度要求,但不关心实时转矩,则使用速度或位置模式更为合适。在具备良好闭环控制能力的上位系统中,速度控制效果最佳。而对于非实时性较低的应用,可采纳位置控制,不对上位产生高要求。
从伺服驱动器响应角度来看,转矩模式需要最少计算量,其响应最快;而位置模式处理最大计算量,其响应最慢。当动态性能需求高时,便需即时调整电机状态。在运算能力较弱(如PLC或基础级运动)设备中,可以采用位置方式;若操作快速,可选用速度方式,将位置环移至上位减轻驱动器负担并提高效率(典型中高端运动)。极端情况下,即具有优越上位系统可进一步采用转短方式,将其与当前场景结合,这一般只限于高端专用,并且这意味着完全可以不使用伺服电机。
为了评估驱动器性能,有一种直接比较方法称作响应带宽。当进行转矩或速度调节时,用脉冲发生器提供一个正弦波输入,使得电机持续旋转、反向运行,并逐渐提升频率。此过程显示在示波器屏幕上的扫频信号,当包络线达最高点70.7%时表示失步,此刻频率之低高能直观判断产品强劲程度,一般的电流环可支持1000Hz以上,而速控仅限几十Hz范围内。
简而言之:
转矩控制通过外部模拟输入设定输出力矩大小,如5V代表2.5Nm,对材质受力严格的装置尤其适用。
位置控制利用脉冲设置速率和角度,用于精密定位设备,如数控机床、印刷机械。
速度模式亦可通过模拟量或脉冲调整速率,上位PID闭环可能实现微调定位。
三环论述了伺服常见三个PID循环结构,每个循环负责不同方面的调整,最里层是电流-ring,以保持正确输出力;第二层是速-ring,以维持稳定的旋轉方向;第三层是姿-ring,它决定是否改变整个系统以达到预期目标。