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伺服系统如何选择脉冲、模拟量、通讯三种控制形式?

伺服系统如何选择脉冲、模拟量、通讯三种控制形式?

一、脉冲控制

在一些小型单机设备,选用脉冲控制实现伺服驱动器的定位,应该是最常见的应用方式,这种控制方式简单,易于理解。

基本的控制思路:脉冲总量确定电机位移,脉冲频率确定电机速度。选用了脉冲来实现伺服电机的控制,翻开伺服驱动器的使用手册,一般会有如下这样的表格:

1.jpg

都是脉冲控制,但是实现方式并不一样:

第一种,驱动器接收两路(A、B路)高速脉冲,通过两路脉冲的相位差,确定电机的旋转方向。如上图中,如果B相比A相快90度,为正转;那么B相比A相慢90度,则为反转。

运行时,这种控制的两相脉冲为交替状,因此我们也叫这样的控制方式为差分控制。具有差分的特点,那也说明了这种控制方式,控制脉冲具有更高的抗干扰能力,在一些干扰较强的应用场景,优先选用这种方式。但是这种方式一个电机轴需要占用两路高速脉冲端口,对高速脉冲口紧张的情况,比较不适用。

第二种,驱动器依然接收两路高速脉冲,但是两路高速脉冲并不同时存在,一路脉冲处于输出状态时,另一路必须处于无效状态。选用这种控制方式时,一定要确保在同一时刻只有一路脉冲的输出。两路脉冲,一路输出为正方向运行,另一路为负方向运行。和上面的情况一样,这种方式也是一个电机轴需要占用两路高速脉冲端口。

第三种,只需要给驱动器一路脉冲信号,电机正反向运行由一路方向IO信号确定。这种控制方式控制更加简单,高速脉冲口资源占用也最少。在一般的小型系统中,可以优先选用这种方式。

EPX双轴.jpg

▲ EPX系列伺服驱动器,使用脉冲控制形式,满足大部分小型数控机床使用,为小型数控机床提供极具性价比的解决方案。

二、模拟量控制

在需要使用伺服电机实现恒速度或者恒扭矩控制的应用场景,我们可以选用模拟量来实现电机的控制,模拟量的值决定了电机的运行速度或运行扭矩。

伺服电机转矩控制

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,具体表现为例如10V对应5Nm的话,当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm。如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转,外部负载等于2.5Nm时电机不转,大于2.5Nm时电机反转(通常在有重力负载情况下产生)。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小,也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。

主要应用在对材质受力有严格要求的缠绕和放卷装置中,例如绕线装置或拉光纤设备,转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。

伺服电机速度模式

通过模拟量或脉冲频率的输入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机反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号,此时的电机轴端的编码器只检测电机转速,位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了,这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差,增加了整个系统的定位精度。

8.jpg

▲ EP1C系列伺服驱动器,支持位置、速度、转矩控制方式。

三、通信控制

采用通信方式实现伺服电机控制的常见方式有CAN、EtherCAT、Modbus、PROFINET。使用通信方式来对电机进行控制,是目前一些复杂、大系统应用场景首选的控制方式。在这种方式下,系统的大小、电机轴的多少都易于裁剪,没有复杂的控制接线。搭建的系统具有极高的灵活性。

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王静
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