插件機伺服系統(tǒng)的3個控制與3個環(huán)
作者：創(chuàng)達插件機
發(fā)布時間：2021-01-22
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插件機與其他機械所不同的細節(jié)點有很多，會因為各自的控制而有所不同；提前做好相應(yīng)的布局與位置控制，這是對整個系統(tǒng)的快速響應(yīng)。
1.伺服系統(tǒng)組成（自上而下）
控制器：PLC，變頻器，運動控制卡等其他控制設(shè)備，也稱為上位機；
伺服驅(qū)動器：溝通上位機和伺服電機，作用類似于變頻器作用于普通交流馬達;
伺服電機：執(zhí)行設(shè)備，接受來自驅(qū)動器的控制信號；
機械設(shè)備：將伺服電機的圓周運動（或直線電機的直線運動）轉(zhuǎn)換成所需要的運動形式；
各類傳感器和繼電器：檢測工業(yè)控制環(huán)境下的各種信號送給上位機或驅(qū)動器做為某些動作的判斷標準。
2.伺服控制方式
三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式，位置控制方式。速度控制和轉(zhuǎn)矩控制都是用模擬量來控制的，位置控制是通過發(fā)脈沖來控制的。
?如果對電機的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個恒轉(zhuǎn)矩，當(dāng)然是用轉(zhuǎn)矩模式。
?如果對位置和速度有一定的精度要求，而對實時轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心，用速度或位置模式比較好。
?如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會好一點。
?如果本身要求不是很高，或者基本沒有實時性的要求，用位置控制方式對上位控制器沒有很高的要求。
1.轉(zhuǎn)矩控制
轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為：
例如10V對應(yīng)5Nm，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5V時電機軸輸出為2.5Nm：如果電機軸負載低于2.5Nm時電機正轉(zhuǎn)，外部負載等于2.5Nm時電機不轉(zhuǎn)，大于2.5Nm時電機反轉(zhuǎn)（通常在有重力負載情況下產(chǎn)生）?？梢酝ㄟ^即時的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。
應(yīng)用主要在對材質(zhì)的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。
2.位置控制
位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機床、印刷機械等等。
3.速度控制
通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉(zhuǎn)動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。
位置模式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉(zhuǎn)速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統(tǒng)的定位精度。
◆◆伺服 3環(huán)◆◆
伺服電機一般為三個環(huán)控制，所謂三環(huán)就是3個閉環(huán)負反饋PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
最內(nèi)的PID環(huán)就是電流環(huán)，此環(huán)完全在伺服驅(qū)動器內(nèi)部進行，通過霍爾裝置檢測驅(qū)動器給電機的各相的輸出電流，負反饋給電流的設(shè)定進行PID調(diào)節(jié)，從而達到輸出電流盡量接近等于設(shè)定電流，電流環(huán)就是控制電機轉(zhuǎn)矩的，所以在轉(zhuǎn)矩模式下驅(qū)動器的運算最小，動態(tài)響應(yīng)最快。
第2環(huán)是速度環(huán)，通過檢測的電機編碼器的信號來進行負反饋PID調(diào)節(jié)，它的環(huán)內(nèi)PID輸出直接就是電流環(huán)的設(shè)定，所以速度環(huán)控制時就包含了速度環(huán)和電流環(huán)，換句話說任何模式都必須使用電流環(huán)，電流環(huán)是控制的根本，在速度和位置控制的同時系統(tǒng)實際也在進行電流（轉(zhuǎn)矩）的控制以達到對速度和位置的相應(yīng)控制。
第3環(huán)是位置環(huán)，它是最外環(huán)，可以在驅(qū)動器和電機編碼器間構(gòu)建也可以在外部控制器和電機編碼器或最終負載間構(gòu)建，要根據(jù)實際情況來定。由于位置控制環(huán)內(nèi)部輸出就是速度環(huán)的設(shè)定，位置控制模式下系統(tǒng)進行了所有3個環(huán)的運算，此時的系統(tǒng)運算量最大，動態(tài)響應(yīng)速度也最慢。
插件機與其他機械里之所以用到相應(yīng)的系統(tǒng)，類似于一個機械的大腦是否能快速識別與運轉(zhuǎn)開，這就需要系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)之間進行合理的搭配與管控；運著順暢，方能更好的生產(chǎn)線上提速提質(zhì)。
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