伺服控制系统

zz/2024/4/13 15:09:27

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 伺服电机为了达到生产的精准控制,电机一般采用三环控制,这主要是为了使伺服电机系统形成闭环控制,所谓三环就是3个闭环负反馈PID调节系统。电压映射电流变化,电流映射转矩大小,转矩大小映射转速的变化,转速同时又映射了位置的变化,三环控制是考虑电气与物理融合。以达到非常精准,可靠的控制。

转矩(T)=9550*   功率(P)/转速(n)   

1.定义

      伺服来自英文单词“servo”,指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动,运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程,而电气伺服系统包括驱动器伺服电机、反馈装置和控制器。
       伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标值(或给定值)的任意变化而变化的自动控制系统。
伺服的主要任务是按控制命令的要求,对功率进行放大、变换与调控等处理。[1]

2.组成

从上到下:
控制器(plc,变频器,运动控制卡等其他控制设备,也称为上位机);
伺服驱动器:沟通上位机和伺服电机;
伺服电机:执行设备,接受来自驱动器的控制信号;
机械设备:将伺服电机的圆周运动(或直线电机的直线运动)转换成所需要的运动形式;
各类传感器和继电器:检测工业控制环境下的各种信号送给上位机或驱动器做为某些动作的判断标准     [2]

机电一体化的伺服控制系统的结构,类型繁多,但从自动控制理论的角度来分析,伺服控制系统一般包括控制器,被控对象,执行环节,检测环节,比较环节等五部分。[3]

2.1伺服驱动器 [4]

       伺服驱动器(servo drives)又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”,是用来控制伺服电机的一种控制器,其作用类似于变频器作用于普通交流马达,属于伺服系统的一部分,主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制,实现高精度的传动系统定位。

        当前交流伺服驱动器设计中普遍采用基于矢量控制的电流、速度、位置3闭环控制算法。该算法中速度闭环设计合理与否,对于整个伺服控制系统,特别是速度控制性能的发挥起到关键作用。

相关参数

位置比例增益
1、设定位置环调节器的比例增益;
2、设置值越大,增益越高,刚度越大,相同频率指令脉冲条件下,位置滞后量越小。但数值太大可能会引起振荡或超调;
3、参数数值由具体的伺服系统型号和负载情况确定。
位置前馈增益
1、设定位置环的前馈增益;
2、设定值越大时,表示在任何频率的指令脉冲下,位置滞后量越小;
3、位置环的前馈增益大,控制系统的高速响应特性提高,但会使系统的位置不稳定,容易产生振荡;
4、不需要很高的响应特性时,本参数通常设为0表示范围:0~100%。
速度比例增益
1、设定速度调节器的比例增益;
2、设置值越大,增益越高,刚度越大。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载值情况确定。一般情况下,负载惯量越大,设定值越大;
3、在系统不产生振荡的条件下,尽量设定较大的值。
速度积分时间常数
1、设定速度调节器的积分时间常数;
2、设置值越小,积分速度越快。参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定。一般情况下,负载惯量越大,设定值越大;
3、在系统不产生振荡的条件下,尽量设定较小的值。
速度反馈滤波因子
1、设定速度反馈低通滤波器特性;
2、数值越大,截止频率越低,电机产生的噪音越小。如果负载惯量很大,可以适当减小设定值。数值太大,造成响应变慢,可能会引起振荡;
3、数值越小,截止频率越高,速度反馈响应越快。如果需要较高的速度响应,可以适当减小设定值。
最大输出转矩设置
1、设置伺服电机的内部转矩限制值;
2、设置值是额定转矩的百分比;
3、任何时候,这个限制都有效定位完成范围;
4、设定位置控制方式下定位完成脉冲范围;
5、本参数提供了位置控制方式下驱动器判断是否完成定位的依据,当位置偏差计数器内的剩余脉冲数小于或等于本参数设定值时,驱动器认为定位已完成,到位开关信号为 ON,否则为OFF;
6、在位置控制方式时,输出位置定位完成信号,加减速时间常数;
7、设置值是表示电机从0~2000r/min的加速时间或从2000~0r/min的减速时间;
8、加减速特性是线性的到达速度范围;
9、设置到达速度;
10、在非位置控制方式下,如果电机速度超过本设定值,则速度到达开关信号为ON,否则为OFF;
11、在位置控制方式下,不用此参数;
12、与旋转方向无关。

[1]

伺服与运动控制系统设计   田宇 著

[2]

作者:扬仔
链接:https://www.zhihu.com/question/26381247/answer/35374338
来源:知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

[3]

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[4]

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