导语:电机控制的三种方式,每一种都有其独特之处,选择哪一种取决于客户的需求和运动功能的要求。
速度控制与转矩控制通常采用模拟量输入进行调节,而位置控制则通过脉冲信号来实现。具体而言,若客户对速度和位置没有特殊要求,只需输出恒定转矩,则可采纳转矩模式。如果对精度有一定要求,但不太关注实时转矩,可以选择速度或位置模式,因为这两种方式在上位设备闭环控制能力较强时表现更佳。
从伺服驱动器响应速度来看,转矩模式需要最少运算量,其响应最快;而位置模式则需要最大运算量,对于驱动器的响应最慢。在对运动性能有高要求的情况下,如实时调整电机状态必不可少,那么如果系统运算速度较慢(如PLC或低端运动),宜采用位置方式;若操作系统快速,可将位置环迁移到上位设备减轻驱动器负担提高效率(中高端运动);对于顶级应用,可进一步使用转矩方式,将速度环移至上位设备,这通常只适用于高端产品,并且在这种情况下,不再需要伺服电机。
比较专业地讲述每种模式:
转矩控制:通过模拟量输入设定电机轴输出力矩大小,如10V代表5Nm。当外部模拟量为5V时,电机轴输出2.5Nm。该应用主要涉及严格受力环境,如缠绕装置或拉光纤设备,以确保材料受力的稳定性。
位置控制:通过脉冲频率设定旋转速率,或直接赋值角度和速率。这使得其广泛用于精密定位场合,如数控机床、印刷机械等。
速度模式:利用模拟量输入或脉冲频率调整旋转速率。在具有外部PID闭环控制的条件下,即可进行精确定位,但必须反馈给上位计算以辅助操作。此外,一些伺服支持直接负载检测,从而降低误差并增强整体精度。
三环结构介绍:
电流环(内层):完全在伺服驱动器内部完成,以霍尔传感器监测各相输出电流,然后与设定的值做PID调整以保持接近平衡。这是输出力矩的关键环节,在所有工作模式中始终存在,因此其操作最小且响应时间也最短。
速度环(中层):依赖编码器信号进行PID调节,并将结果作为当前设置发送给内层电子元件,无论是在什么工作状态下,都包含了它以及内层电子元件,即当在任何一个工作状态的时候都同时存在这些两个过程,所以说无论如何都会至少包含一个“二重”循环,这意味着即使你想用一个简单模型去描述这个系统,也要考虑到至少三个不同的参数——即使只是简单的一个例子也是如此。但实际情况可能会更加复杂,因为大多数系统并不总是能够这样简化描述,而且这些描述往往基于特定的假设,比如忽略了许多其他因素,但是它们仍然很重要因为它们帮助我们理解这个非常复杂的问题领域。
位移/位置回路(外围):可以构建在驱动器与编码器之间,也可以构建在主框架上的某个地方,与编码器连接起来,以便跟踪物体移动。如果所需的是绝对距离,而不是相对于初始点的距离,它还能被设计成提供绝对测距信息。一旦达到这一点,我们就开始谈论关于“空间”问题了。比如,如果我们想要知道一辆车是否走过了一条街道边缘,我们就需要知道它相对于街道边缘的地方,以及它是否已经超过了边缘。而不是仅仅了解它相对于起始点的地理坐标,这是一个不同的问题领域叫做“空间管理”。
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