伺服控制系統(tǒng)

伺服控制系統(tǒng)是一種能對試驗裝置的機械運動按預(yù)定要求進行自動控制的操作系統(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)動器的工作原理

首先功率驅(qū)動單元通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，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)動交流伺服電機。功率驅(qū)動單元的整個過程可以簡單的說就是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(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控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電動機的位置 信號或直接負(fù)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(fù)載

外環(huán)檢測位置 信號，電動機軸端的編碼器只檢測電動機轉(zhuǎn)速。由于位置模式對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)控機床、印刷機械等。

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)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過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。

轉(zhuǎn)矩控制方式實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)定電動機軸 輸出轉(zhuǎn)矩。例如10V對應(yīng)5N • m的話，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5V時，電動機軸輸出為 2.5N • m.如果電動機軸負(fù)載低于2.5N.m時電動機正轉(zhuǎn)，外部負(fù)載等于2.5N • m時電 動機不轉(zhuǎn)，大于2.5N*m時電動機反轉(zhuǎn)（通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生）。可以通過即 時改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定力矩大小，也可通過通信方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來 實現(xiàn)。轉(zhuǎn)矩控制主要應(yīng)用在對材質(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(fù)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(fù)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終負(fù)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。

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現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻’同時減小三相電流波形畸變的輸出。這種形式主電 路特點如下。

①由于主要電路只有一個功率控制級UI，因而結(jié)構(gòu)簡單。 

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)頻時實現(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 態(tài)響應(yīng)。實際的變頻調(diào)速系統(tǒng)一般都需要加上完善的保護以確保系統(tǒng)安全運行。

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，采用位置控制方式。

（來源：網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者）