QINGYZ
subbanner
控制设计

 

    伺服控制系统不断地扫描来自上位PC机或控制系统前面板的命令,通过对命令的判断进行相应的操作。命令大体上分为两类:一类是对电机参数的读写操作,即将特定的电机参数写入到EEPROM中供控制程序计算时调用,或将电机参数由EEPROM读出并显示于屏幕上;第二类即控制电机命令,包括位置控制模式、速度控制模式、转矩控制模式以及锁定电机、启动电机和停止运行等命令。当控制系统接收到控制电机命令后,算出控制电机的三相瞬时电压值并通过输出PWM的方式产生实际的三相电压控制电机。另外,所有计算中需要的电流、电压及当前电机转速值均通过定时采集程序并计算得到。

 

 

 

 

    伺服的三种控制方式:速度控制方式,转矩控制方式,位置控制方式。

速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的,位置控制是通过发脉冲来控制的。


1.如果控制器的运算速度较慢(PLC及低端运动控制器),用位置方式控制;位置模式运算量更大,驱动器对控制信号的响应更慢;

位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小,通过脉冲的个数来确定转动的角度,也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制,所以一般应用于定位装置。

 

2.如果控制器的运算速度较快(中高端运动控制器),用速度方式,把位置环从驱动器移到控制器上;闭环控制功能比较好;

通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制,在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位,但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。 

 

3.如果有上位控制器运算速度更快(高端运动控制器),输出恒转矩,用转矩方式控制;转矩模式运算量更小,驱动器对控制信号的响应更快;

转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小。

 

响应带宽:

当转矩控制或者速度控制时通过脉冲发生器给他一个方波信号,使电机连续正转、反转,不断的调高频率,示波器上的扫频信号,当包络线的顶点到达最高值的70.7%时表示已经失步,此时频率的高低起决定作用,一般的电流环能作到1000Hz 以上,而速度环只能作到几十Hz;

 

伺服电机一般为三个环控制,所谓三环就是3个闭环负反馈PID调节系统。

 

最里面是电流环,是控制电机转矩的,通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相输出电流,负反馈给电流的设定进行PID调节,从而达到输出电流尽量接近等于设定电流。

 

中间环是速度环,通过检测的电机编码器的信号来进行负反馈PID调节,它的环内PID输出直接就是电流环的设定,即速度环控制时就包含了速度环和电流环。

 

外环是位置环,可以在驱动器和电机编码器间构建,也可以在外部控制器和电机编码器或最终负载间构建。由于位置控制环内部输出就是速度环的设定,位置控制模式下系统进行了所有3个环的运算,运算量更大,动态响应速度也更慢。

 

     伺服控制系统一般包括控制器,被控对象,比较环节,执行环节,检测环节五部分。

     控制器通常是PLC控制电路,其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理,以控制执行元件按要求动作。

    被控对象:机械参数量包括位移,速度,加速度,力,和力矩为被控对象。 

    比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较,以获得输出与输入间的偏差信号的环节,通常由专门的电路 或计算机来实现。

     执行环节的作用是按控制信号的要求,将输入的各种形式的 能量转化成机械能,驱动被控对象工作。一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。

     伺服驱动元件又称为执行电机,在输入电信号之 前,转子静止不动;电信号到来之后,转子立即 转动,且转向、转速随电信号的方向和大小而改 变,同时带动一定的负载运动;电信号一旦消失, 转子立即自行停转。

    检测装置:检测位移和速度,并发出反馈信号,构成闭环控制 ,对驱动装置进行控制。常用的检测装置有:感应同步器、旋转变压器、光栅、脉冲编码器等。

 

 

 

位置采样点直接对运动部件的实际位置进行检测。

数控机床的伺服驱动系统

 

 

交流伺服控制系统

 

系统包括上位机、电机控制卡、DSP控制器、伺服驱动器、伺服电源、霍尔元件、伺服电机以及光电编码器。

特征:

上位机通过PCI总线连接于电机控制卡,电机控制卡通过串口与DSP控制器相连。

电机控制卡根据上位机指令生成脉冲序列,脉冲个数、位置、频率及频率变化率、加速度均由上位机控制;

伺服驱动器、霍尔元件、伺服电机依次连接于DSP控制器。

光电编码器与伺服电机和DSP控制器相连;

DSP控制器根据伺服驱动器输出的控制值和光电编码器的角度反馈值、霍尔元件的速度反馈值产生误差信号,使用调节算法对误差信号进行计算产生电机控制信号;

霍尔元件用于检测伺服电机的相电流作为速度反馈值;

光电编码器将伺服电机的旋转角度转换为正交的电脉冲信号作为角度反馈值。

 

液压伺服控制系统又称为液压控制系统或者液压随动系统。

液压伺服控制系统中,位移输出量能够自动、快速、准确地复现输入量的变化规律。

 

 

 

上位机发送命令给控制器PLC控制电液伺服阀动作,实现液压油缸的换向。

 

现场常采用直线位移传感器、磁致伸缩位移传感器、光栅尺位移传感器等高精度位移传感器做为位置传感器,用于液压油缸的位置预置与反馈,使系统构成闭环控制。

 

视觉伺服控制系统整体架构由相机、图像处理器、机器人控制器以及视觉伺服控制器构成:

  

  

 

 

电子凸轮

 

电子凸轮(英文简称ECAM)是利用构造的凸轮曲线来模拟机械凸轮,以达到机械凸轮系统相同的凸轮轴与主轴之间相对运动的软件系统。

 

电子凸轮Follow模式:齿轮是距离和脉冲之间一函数关系 

电子凸轮运动是有加减速的,就是说有同步区和非同步区;可在驱动器中设定同步区的大小。

 

如下主/从轴间以一条皮带相连,当主轴开始转动,从轴也一起转动。 假设主/从轴的轮径相同,并在轮上都做一个∇标记,初始的位置都在正上方; 经过一段时间的运转后,由于皮带的打滑,主/从轴轮径误差等诸多因素,发现主/从轴上的标记∇位置不一样;表示主轴与从轴的相位偏移了。

 

如果只是单纯用来传输动力(例如:引擎中的发电机皮带),相位的偏移并无关系;

但若做为同步的控制(例如引擎中控制汽门,曲轴与点火时机的皮带),就会发生问题。

要避免相位偏移,可以把的皮带换成正时皮带(Timing Belt)跟齿轮;主/

从轴的相位一致,达到同步状态。

 

电子齿轮

 

电子齿轮Gear模式:齿轮是距离和脉冲之间一线性比关系 

电子齿轮是均速的,运动一周没有加减速,是通过改变齿轮比达到改变速度的。

 

电子齿轮的分子是电机需要的脉冲数(实际运动距离),分母是驱动器接受到的脉冲数,分辨率就是电机转一圈需要的脉冲数。

假如,你要10000个脉冲转一圈,驱动器接受的脉冲是10000,但电机需要的脉冲是编码器的分辨率131072,两个相比,得到一个齿轮比。

 

如果脉冲不经过倍频处理,那电子齿轮比=0.001/(5/2500)=1/2.脉冲当量表示实际上1个指令脉冲走0.001毫米,现在,2500个输入脉冲走了5毫米, 1个输入脉冲走0.002毫米,再乘以电子齿轮比等于脉冲当量。

例:电子齿轮比是 1:10 PLC发送1个脉冲电机实际收到了10个脉冲,等于驱动器(分母,收到信号)把脉冲放大10倍。

 

 

控制理论相关