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伺服系统的原理

时间:2020-09-18    作者:星辰智能


伺服系统(servo system)亦称随动系统,属于自动控制系统中的一种,它用来控制被控对象的转角(或位移),使其能自动地、连续地、精确地复规输入指令的变化规律。它通常是具有负反馈的闭环控制系统,有的场合也可以用开环控制来实现其功能。在实际应用中一般以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统,例如数控机床等。使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量较大等特点,这类专用的电机称为伺服电机。其基本工作原理和普通的交直流电机没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元,有时简称为伺服,一般其内部包括转矩(电流)、速度和/或位置闭环。其工作原理简单的说就是在开环控制的交直流电机的基础上将速度和位置信号通过旋转编码器、旋转变压器等反馈给驱动器做闭环负反馈的PID调节控制。再加上驱动器内部的电流闭环,通过这3个闭环调节,使电机的输出对设定值追随的准确性和时间响应特性都提高很多。伺服系统是个动态的随动系统,达到的稳态平衡也是动态的平衡。

全数字伺服系统一般采用位置控制、速度控制和力矩控制的三环结构。系统硬件大致由以下几部分组成:电源单元;功率逆变和保护单元;检测器单元;数字控制器单元;接口单元。相对应伺服系统由外到内的“位置”、“速度”、“转矩”三个闭环,伺服系统一般分为三种控制方式。在使用位置控制方式时,伺服完成所有的三个闭环的控制。在使用速度控制方式时,伺服完成速度和扭矩(电流)两个闭环的控制。一般来讲,我们的需要位置控制的系统,既可以使用伺服的位置控制方式,也可以使用速度控制方式,只是上位机的处理不同。另外,有人认为位置控制方式容易受到干扰。而扭矩控制方式是伺服系统只进行扭矩的闭环控制,即电流控制,只需要发送给伺服单元一个目标扭矩值,多用在单一的扭矩控制场合,比如在小角度裁断机中,一个电机用速度或位置控制方式,用来向前传送材料,另一个电机用作扭矩控制方式,用来形成恒定的张力。

伺服的原理简单说就几句话:

1、变频器伺服的执行机构;

2、伺服是自动控制系统中,以物体的位置、方位、姿势等为控制量,组成跟踪目标的任意控制系统;

3、变频器执行伺服的开、停、调速、制动等命令;

4、伺服通过编码器检测反馈电机、工件的实际位移量,伺服通过上位机输入目标控制量,目标控制量-实际位移量=伺服命令;

5、举例说:

1)指令脉冲-反馈脉冲=指令脉冲>>0,启动、加速;

2)指令脉冲-反馈脉冲=指令脉冲≥0,减速、停车;

3)指令脉冲-反馈脉冲=反馈脉冲,反转寻址;

6、伺服的“指令脉冲-反馈脉冲”所产生的启动、停车命令是准确的,而变频器控制的电机实际启动、停止的位置是否在给定位置,就控制不了了!

7、所以伺服实现了指令与检测反馈的精确命令,而并没有实现电机的精确控制;

8步进电机的特点是,实现了电机的精确控制,每前进一步走多少度是确定的;

9、如果用伺服的“指令脉冲-反馈脉冲”所产生的启动、停车命令,直接控制电机的步进脉冲电流,就彻底改变了伺服不能精确控制电机的缺陷,就真正实现了运动的精确控制!

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