六种电机类型的伺服心跳动三种控制方式
导语:电机控制的三种方式,各有千秋。速度和转矩控制依赖模拟量调节,而位置控制则是通过脉冲信号来实现。选择哪种控制策略取决于客户需求和运动功能的满足。
在没有对速度或位置有特殊要求的情况下,如果只需要输出恒定的转矩,使用转矩模式将是最合适的。如果对精度有一定要求,但不太关注实时转矩,则速度或位置模式更为理想。如果上位设备具有良好的闭环控制功能,那么速度控制效果会更加出色。而如果要求并不高且没有严格的实时性需求,则位置控制将是一个不错的选择。
从伺服驱动器响应速度来看,转矩模式所需运算量最少,对输入信号响应最快;而位置模式则需要最大运算量,对输入信号响应最慢。在对动态性能有较高要求的情况下,如果操作系统运行速度较慢(如PLC或低端运动),则采用位置方式;若操作系统快速,可以采用速度方式,将位置环移至上位处理,以减轻驱动器负载提高效率(中高端运动);对于最高级别设备,可进一步使用转矩方式,使得完全无需伺服电机。
一般来说,一个驱动器是否好用,每个厂家都自称自己的产品最佳。不过现在有一种直观比较方法,即响应带宽。当在转矩或速控状态下给电机发射方波信号,让其不断正反旋,并监测示波器显示出的扫频信号。当包络线达到70.7%时,即失步,此时频率值可判断谁产品更优,一般电流环能到1000Hz,而速控仅能到几十Hz。
具体而言:
转矩控制:通过模拟量设定输出力矩大小,如10V=5Nm,当设定为5V时输出2.5Nm。这种方式常用于缠绕装置,如饶线、拉光纤等。
位置控制:通过脉冲频率确定旋转速度和角度,或通过通讯调整。由于精确度高应用于数控机床、印刷机械等。
速控:以模拟量或脉冲频率调整旋转速度,在含外环PID调节的情形下也可进行定位,但需反馈至上位供计算。
三环结构:伺服通常包括三个闭环PID调节系统,最内层为电流环(霍尔检测及PID调整),中间层为速控环(编码器检测与PID调整),外围层为位控环。此三者结合即可实现复杂运动任务。