伺服系統(Servomechanism),又稱隨動系統,是一種用于精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統。該系統通過接收輸入目標(或給定值)的指令,并控制被控量(如物體的位置、方位、狀態等)以跟隨這些指令的變化,實現高精度的控制。以下是伺服系統的使用注意事項:
三環增益調整:
電流環:輸入是速度環PID調節后的輸出,稱為“電流環給定”。電流環的給定和“電流環的反饋”值進行比較后的差值,在電流環內做PID調節輸出給電機,該輸出就是電機的每相的相電流。
速度環:輸入是位置環PID調節后的輸出及位置設定的前饋值,稱為“速度設定”。速度設定和速度環反饋值進行比較后的差值在速度環做PID調節后輸出,即為電流環的給定。速度環是編碼器反饋后的值經過“速度運算器”得到的。
位置環:輸入是外部的脈沖,反饋也來自于編碼器(安裝于伺服電機尾部),與電流環無聯系,采樣來自于電機的轉動而非電機電流。
PID控制:
PID是控制系統中的重要參數,指控制方式,輸出與輸入之間的響應方式,英文字母比例(P)、積分(I)、微分(D)。
PID控制把收集到的數據和一個參考值進行比較,然后把這個差別用于計算新的輸入值,目的是讓系統的數據達到或保持在參考值。
PID控制可以根據歷史數據和差別的出現率來調整輸入值,使系統更加準確和穩定。
增益調整的原則及注意事項:
位置環調整靜態增益,提高位置響應的速度,即找到位置的快慢,增益越高達到目標的時間越短。
速度環調整動態增益。
一些品牌的伺服有自動增益功能,但也有一些需要手工調整。
轉矩控制方式:
通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小。
例如,10V對應5Nm的話,當外部模擬量設定為5V時電機軸輸出為2.5Nm。如果電機軸負載低于2.5Nm時電機正轉,外部負載等于2.5Nm時電機不轉,大于2.5Nm時電機反轉。
轉動速度的控制:
通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉動速度的控制。
在有上位控制裝置的外環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載的位置信號給上位反饋以做運算用。
位置模式:
支持直接負載外環檢測位置信號,此時電機軸端的編碼器只檢測電機轉速,位置信號由直接的較終負載端的檢測裝置提供。
優點在于可以減少中間傳動過程中的誤差,增加整個系統的定位精度。
全閉環與半閉環控制:
半閉環:數控系統或PLC發出速度脈沖指令,伺服接受指令后執行,伺服本身的編碼器進行位置反饋給伺服,伺服自己進行偏差修正,伺服本身誤差可避免,但機械誤差無法避免。
全閉環:伺服接受上位控制器發出速度可控的脈沖指令,把伺服電機、運動控制器、位置傳感器三者有機結合。
伺服系統部件:
伺服驅動器:負責接收控制命令,并發出信號驅動伺服電機轉動。通常由伺服控制單元、功率驅動單元和通訊接口單元組成,其中控制單元是整個系統的主要,負責位置、速度、轉矩和電流的控制。
編碼器:安裝在伺服電機上,用于檢測電機的轉速和位置,并將這些信息反饋給伺服驅動器。編碼器是實現閉環控制的關鍵部件,其精度直接影響伺服系統的控制性能。
伺服電機:作為執行機構,將伺服驅動器發出的信號轉換為機械運動。伺服電機通常具有高扭矩密度、快速響應和低慣性的特點,能夠滿足高精度控制的需求。
使用中的具體注意事項:
在連接控制卡與伺服之間的信號線時,確保控制卡的模擬量輸出線、使能信號線、伺服輸出的編碼器信號線都已正確連接。
上電后,電機應不動且可用外力輕松轉動,否則需檢查使能信號的設置與接線。
用外力轉動電機,檢查控制卡是否能正確檢測到電機位置的變化,否則需檢查編碼器信號的接線和設置。
在閉環控制過程中,需確保反饋信號的方向正確,并抑制零漂,以確保控制效果。
伺服系統以其高精度、快速響應和良好的穩定性,在機床、包裝、紡織、電子、醫療等多個行業中得到廣泛應用。在使用伺服系統時,應充分注意上述事項,以確保其正常運行和精確控制。
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