在电机控制领域,速度、转矩与位置的调节均以模拟量为基准,其中位置调节则依赖于脉冲信号。选择具体的控制策略时,需综合考虑客户的实际需求以及所需的运动特性。
若对电机的速度与位置无特别要求,仅需保持恒定的输出转矩,那么转矩控制模式将是*为合适的选择。
对于追求位置和速度精度,但对实时转矩关注不高的应用,转矩控制模式可能显得不够灵活,此时速度或位置控制模式将更为适合。
若上位控制器具备优秀的闭环控制功能,采用速度控制模式可以取得更佳的控制效果。
对于对性能要求不高或基本无实时性需求的应用场景,位置控制模式对上位控制器的性能要求相对较低。
从伺服驱动器的响应速度来看,转矩模式的计算量*小,响应速度*快;而位置模式的计算量*大,响应速度*慢。
对于对动态性能有较高要求的场合,需要对电机进行实时调整。如果控制器运算速度较慢(如PLC或低端运动控制器),则宜采用位置控制模式。如果控制器运算速度快,则可以选择速度控制模式,并将位置环移至控制器,以减轻驱动器的工作量,提高效率(如多数中高端运动控制器)。对于更高级的上位控制器,转矩控制模式可以进一步采用,将速度环也移出驱动器,这种情况通常只适用于高端专用控制器,且此时甚至无需使用伺服电机。
在评价驱动器的控制性能时,各厂家都宣称自家产品*佳。一种直观的比较方法是通过响应带宽来进行。在转矩控制或速度控制时,通过脉冲发生器施加方波信号,使电机正反转,频率逐渐提升,示波器显示扫频信号。当包络线顶点达到*高值的70.7%时,表示失步,此时频率的高低可以反映产品性能。一般电流环可达到1000Hz以上,而速度环仅几十赫兹。
以下是对这些控制模式的进一步专业阐述:
1、转矩控制:通过外部模拟量输入或直接地址赋值设定电机输出转矩,例如,10V对应5Nm,5V对应2.5Nm。当电机输出转矩低于设定值时,电机正转;等于设定值时,电机静止;高于设定值时,电机反转。可以通过实时调整模拟量设定或通过通讯改变地址数值来实现。
2、位置控制:通过外部脉冲频率确定转动速度,脉冲个数确定转动角度。适用于定位装置,如数控机床、印刷机械等。
3、速度模式:通过模拟量输入或脉冲频率控制转动速度。在上位控制装置外环PID控制时,速度模式也可实现定位,需要将电机位置信号或负载位置信号反馈至上位控制器。
4、三环控制:伺服系统通常采用三个闭环负反馈PID调节系统。*内层为电流环,负责控制电机转矩;中间层为速度环,负责控制电流设定;*外层为位置环,负责控制速度设定。在位置控制模式下,系统需进行所有三环的运算,运算量*大,响应速度*慢。