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伺服控制系統(tǒng)

伺服控制系統(tǒng)是一種能對(duì)試驗(yàn)裝置的機(jī)械運(yùn)動(dòng)按預(yù)定要求進(jìn)行自動(dòng)控制的操作系統(tǒng)。 在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。

伺服驅(qū)動(dòng)器的工作原理

首先功率驅(qū)動(dòng)單元通過三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過程可以簡(jiǎn)單的說就是AC-DC-AC的過程，整流單元（AC-DC）主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐贰?/p>

伺服驅(qū)動(dòng)器控制方式

一般伺服都有三種控制方式：位置控制方式、轉(zhuǎn)矩控制方式、速度控制方式。

1.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(dòng)速度的大小，通過脈沖的個(gè)數(shù)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值，由于位置模式可以對(duì)速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。

在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電動(dòng)機(jī)的位置 信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。位置模式也支持直接負(fù)載

外環(huán)檢測(cè)位置 信號(hào)，電動(dòng)機(jī)軸端的編碼器只檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。由于位置模式對(duì)速度和位置都有很嚴(yán)格的控 制，因而其主要應(yīng)用于定位裝置，如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等。

2.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(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用主要在對(duì)材質(zhì)的手里有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如繞線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì)隨著纏繞半徑的變化而改變。

轉(zhuǎn)矩控制方式實(shí)際上就是通過外部模擬量的輸入或直接的地址賦值來設(shè)定電動(dòng)機(jī)軸 輸出轉(zhuǎn)矩。例如10V對(duì)應(yīng)5N • m的話，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5V時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸輸出為 2.5N • m.如果電動(dòng)機(jī)軸負(fù)載低于2.5N.m時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，外部負(fù)載等于2.5N • m時(shí)電 動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，大于2.5N*m時(shí)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)（通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生）。可以通過即 時(shí)改變模擬量的設(shè)定來改變?cè)O(shè)定力矩大小，也可通過通信方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來 實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)矩控制主要應(yīng)用在對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如繞線 裝置或拉光纖設(shè)備。

3.速度模式：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測(cè)位置信號(hào)，此時(shí)的電機(jī)軸端的編碼器只檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號(hào)就由直接的終負(fù)載端的檢測(cè)裝置來提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過程中的誤差，增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。

圖4-27給出了 PWM調(diào)速系統(tǒng)示意圖，主電路由不可控整流器UR、平波電容器C 和逆變器UI構(gòu)成。逆變器輸入為固定不變的直流電壓%’通過調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的 脈沖寬度和頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻’同時(shí)減小三相電流波形畸變的輸出。這種形式主電 路特點(diǎn)如下。

①由于主要電路只有一個(gè)功率控制級(jí)UI，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 

②由于使用了不可控整流橋，因而電網(wǎng)功率因數(shù)跟逆變器的輸出大小無關(guān)。 ③逆變器在調(diào)頻時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，與中間直流環(huán)節(jié)的元件參數(shù)無關(guān)，從而加快了系統(tǒng)的動(dòng) 態(tài)響應(yīng)。實(shí)際的變頻調(diào)速系統(tǒng)一般都需要加上完善的保護(hù)以確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。

如果對(duì)電機(jī)的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個(gè)恒轉(zhuǎn)矩，當(dāng)然是用轉(zhuǎn)矩模式。

如果對(duì)位置和速度有一定的精度要求，而對(duì)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心，用轉(zhuǎn)矩模式不太方便，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(huì)好一點(diǎn)，如果本身要求不是很高，或者基本沒有實(shí)時(shí)性的要求，采用位置控制方式。

（來源：網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者）