PLC工程師都應了解的3種伺服電機控製方式

伺服電機速度控製和轉矩控製由模（mó）擬量控（kòng）製，位（wèi）置控（kòng）製由發送脈衝控製。具體的控製方式要根據客戶的要求和運動功能來選（xuǎn）擇（zé）。

接下來，我們將介紹伺服電機的三種控製模式:

如果你對電機的轉速和位置沒有要求，輸出一個恒定的扭矩就可以了，當然是在扭矩模式下。

如果對位置和速度有一定的精度要求，但對實時轉矩不（bú）是很在意，最好使（shǐ）用速度（dù）或位置模式。

如果上位控製器有很好的閉環控製功（gōng）能，速（sù）度控製效果會更好。如果要求本身（shēn）不是很高，或者基本沒有實時性要求，位置控製對上位控製（zhì）器要求不高。

就伺服驅動器的響應速度而言，轉矩模式的計算量最小，驅動器對控製信號的響應（yīng）最快。位置（zhì）計算（suàn）量（liàng）最大，驅動器對控製信號的響（xiǎng）應最慢。

當運動中對動態性（xìng）能有（yǒu）較（jiào）高要求時，需要（yào）對電機進行實時調整。

如果控製器本身的運行速度很慢(如PLC或低（dī）端運動控製器)，則采用位（wèi）置控製（zhì）。

如果控製器的運行速度較快，可以將位置環以速度的方式從驅動器移到控製（zhì）器，以減少驅動器的工作（zuò）量，提高效率；

如果有更（gèng）好的（de）上位控製器，也（yě）可以用扭矩控製，速（sù）度環（huán）也可以從驅動中去掉（diào），一般隻有高端專用控（kòng）製器（qì）才有（yǒu）。

一般（bān）來說，比較驅動控（kòng）製的好壞有一個直觀的方法，叫做響應帶寬。

轉矩（jǔ）控製或速度控製時，脈衝發生器給它一個方波信號，使電機不斷地正（zhèng）反轉，不斷地提高頻率。示波器顯示一個掃描信號。當包絡的峰（fēng）值達到最高（gāo）值（zhí）的70.7%時，說明控製失（shī）步。這時候（hòu）頻率（lǜ）就能看出控製的好（hǎo）壞。一般電流環（huán）可以做到1000HZ以上，速度環隻能做到幾十HZ。

01

扭矩控製

轉矩控製方式是通過（guò）外部模擬量的輸入或直接（jiē）地址（zhǐ）分配來設定電機軸（zhóu）的外部輸出轉矩。具體表（biǎo）述為，比如10V對應（yīng）5Nm，當外部模擬量設置為5V時，電機軸的輸出為2.5Nm:電（diàn）機軸負載低於（yú）2.5Nm時，電機正轉，外部負載等（děng）於2.5Nm，大於2.5Nm時電機（jī）反轉(通常（cháng）是重力（lì）負載情況下)。您可以通過即時改變模擬量的設置，或通過通訊方式改變相應地址的值來改變設定扭矩（jǔ）。

主要用於對材料受力有嚴格要求的卷繞和放卷裝置，如纏繞裝置或（huò）光纖牽（qiān）引裝置。扭矩的設定（dìng）要（yào）根據纏繞半徑的變（biàn）化隨時改變，以保證材料的受力不會隨著纏繞半徑的變化而變化。

02

位置控製

位置控製方式一般是通過外部（bù）輸（shū）入脈衝的頻（pín）率來決定轉速，通過脈衝的（de）個數來決定轉角，有些伺服可（kě）以通過通（tōng）訊的方式直接給（gěi）速度和位移賦值。由於位置模（mó）式可以嚴格控製速度和位（wèi）置，所以一般應用於定位（wèi）設備（bèi）。

數控機床、印刷機械等應用。

03

速度模式

轉速可由模擬量（liàng）輸入或脈衝頻率控製，提供上位控製器外環PID控製時也可（kě）定位速（sù）度模式，但必須將電機的（de）位（wèi）置信號或直（zhí）接負載的位（wèi）置信號反饋給上位控製器（qì）進行計（jì）算。位置（zhì）模式（shì）還支持直接負載外（wài）環來檢測位置信號。此時電機（jī）軸端的編（biān）碼器隻檢測（cè）電機轉速，位置信號由直接最終負載端（duān）的檢測裝置提供。這樣做的好處是減少了中間傳（chuán）輸過程中的誤差（chà），增加了整個（gè）係統的定位精度。

一（yī）般電機（jī）由三（sān）個回路控製，所謂三個回路就是三個閉環負反饋PID調節係統。最（zuì）內部的PID回路是（shì）電流回路（lù），完全在伺服驅動器內部進行。霍爾器件檢測驅動器每相輸出到電機的電流，負反（fǎn）饋通過PID調節電流設定，使（shǐ）輸出電流盡（jìn）可能接近設定電流，電流環控製電機轉矩。因此，在扭矩模（mó）式下（xià），駕駛員的計算量最小，動態響應最快。

第二個回路是速度回路，通過檢測電機編碼器的信號進（jìn）行負反饋PID調（diào）節。它（tā）在環中的PID輸出直接是電流環的（de）設定，所以速度環控製包括速（sù）度環和電流環。換句話說，任何模式都必須使用（yòng）電流回路，這是控製的基（jī）礎。在速度和位（wèi）置（zhì）控製的同時，係統（tǒng）實際（jì）上是（shì）在控製電流(轉矩)來（lái）實現（xiàn）速度和位（wèi）置的相應控製。

第三環是位置環，是（shì）最外麵的環。它可以建立在驅動器和電機（jī）編碼器之間，也可以建立在外部控製器和電機編碼（mǎ）器或最終負載之間，具體取決於實際情況。因（yīn）為（wéi）位置（zhì）控製回路的內部輸出是速度回路的設置，所（suǒ）以係統在（zài）位置控製模式下執行所有三個回路操作。此時係統計算量最大（dà），動態響應速度最慢。