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剖析伺服系統的三種控制方式對比,如何選用最合適的伺服電機?

伺服控制,即為滿足某種目的,對產生的運動和對物體的運動進行控制的人類活動。所謂伺服控制指對物體運動的位置、速度及加速度等變化量的有效控制。這種控制已在各領域得到普及。伺服控制系統則指的是用來精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統。

一、伺服系統的分類

伺服系(xi)統大(da)致上可分為下列幾項:


1、指令部分:動作指令(ling)信號的(de)輸出裝置;


2、驅動(dong)部分(fen):接收指(zhi)令(ling)部分的輸(shu)出(chu),并(bing)驅動執行機(ji)構(比如電(dian)機(ji))動作的裝置;


3、反饋(kui)部分:檢測(ce)執行結構或者負載狀態的裝(zhuang)置;


4、執行機(ji)構:接(jie)收(shou)驅動部分的(de)輸(shu)出信號產生轉力矩、位置(zhi)等狀態。


伺服系統

二、伺服(fu)內部結構


伺服控制


三、控制方式


一般(ban)伺服都有三種控制方式:速度(du)控(kong)制方式(shi),轉矩控(kong)制方式(shi),位置(zhi)控(kong)制方式(shi)。


1、速度(du)控制


速度環(huan)框(kuang)圖:

伺服電機


(1)速度(du)制即電(dian)機按(an)照給定的速度(du)指令進行運轉(zhuan)。


(2)速度控制的(de)應用場(chang)合(he)相當廣涇(jing)用場(chang)合(he)有:需要快速(su)響座的連(lian)續調速(su)系統; 由上位閉環的定位系統;需要多欄速(su)度(du)進(jin)行快速(su)切換的系統。


(3)通(tong)常伺(si)服(fu)的(de)速(su)度給定(ding)為模(mo)擬量,即(ji)模(mo)擬量幅值的(de)大小決(jue)(jue)定(ding)了(le)給定(ding)速(su)度的(de)大小,正負(fu)決(jue)(jue)定(ding)電(dian)機應關系取(qu)決(jue)(jue)于速(su)度指(zhi)令增(zeng)益(yi)(Pn300)。


注意(yi)事項:


(1)速度環增益(yi)Pn102,通常是設定(ding)高(gao)一些以(yi)使得整(zheng)個系統響(xiang)應快一些,電機剛性(xing)也(ye)會增強。但是(shi)增益大(da)了可(ke)能導致系統(tong)振動。 一(yi)般(ban)負載慣量(liang)大的場合該參數設(she)得大一(yi)些。


(2)速度環積分時(shi)間(jian)Pn103,它的(de)作(zuo)用是消除靜差,數值設得越大響應越慢,到達指令時(shi)間(jian)越長。通常負載慣量(liang)越(yue)大,積分時間應設定得越(yue)大。


(3)上(shang)位機(ji)作閉環時,應盡量不要設置軟(ruan)起動減速時間(jian)參數(shu)Pn306、Pn307。


(4)若沒有上位機(ji)作閉環,希望(wang)通過模擬(ni)量來使(shi)得電機(ji)完全(quan)停止(zhi),則(ze)必(bi)須采用(yong)零鉗(qian)位或比例控制。


(5)用(yong)上位機作位置閉環(huan)時,模擬量不能自動調零(ling)。


2、轉矩控制(zhi)


(1)非速度控(kong)制,控(kong)制輸岀的轉矩即為典(dian)型轉矩控(kong)制。


(2)常(chang)使用(yong)于張(zhang)力控制等場(chang)合


(3)輸入為模(mo)擬量(liang),模(mo)擬量(liang)大小(xiao)與轉矩(ju)大小(xiao)的關系取決(jue)于(yu)轉矩(ju)指令增益。


(4)舉例:假定用戶設定Pn400是100,則表(biao)明若(ruo)輸(shu)(shu)入10ν的模擬量時電機輸(shu)(shu)出轉矩可以達(da)到其額定轉矩的100%。


注意事項:


(1)轉矩控制首先應(ying)注意(yi)限制電機(ji)轉速(su),電機(ji)轉速(su)可以用模(mo)擬(ni)量進行限制,也可以通過(guo)設置參數來限制轉速(su)。


(2)轉(zhuan)矩指令(ling)增益Pn400數值設定越小,相同模擬量對(dui)應的轉(zhuan)矩越大。


3、位置控制

伺服控制系統


位置(zhi)控制普遍應(ying)用在各種定位場合,可以直接替(ti)換各種步進傳(chuan)動系統。一般(ban)情況下伺服通過接(jie)受(shou)脈沖來進行位(wei)置(zhi)控制,脈沖的(de)(de)個數決(jue)定了位(wei)置(zhi),脈沖的(de)(de)頻率決(jue)定了電機運行的(de)(de)速度。 一個脈(mo)沖(chong)對應的位置當量,取決于(yu)機械結構(gou)和(he)電子(zi)齒輪。


注(zhu)意事項:

(1)每(mei)一個點位(wei)(wei)的(de)(de)位(wei)(wei)移由兩個參數(shu)組成,實(shi)際編程的(de)(de)位(wei)(wei)移是由兩個參數(shu)的(de)(de)代數(shu)和組成,注(zhu)意(yi)兩個參數(shu)的(de)(de)單位(wei)(wei)。


(2)注意搜索參考點(dian)的(de)速(su)度,若速(su)度過大可以設定(ding)軟起動加減(jian)速(su),以減(jian)小對機械的(de)沖擊(ji)。

(3)點位控制中,1CN可(ke)以(yi)不接任(ren)何(he)輸入、輸岀即(ji)可(ke)實(shi)現。

(4)目前只(zhi)能順(shun)序(xu)換步。

(5)用(yong)戶可以通過(guo)觸(chu)摸屏和伺服(fu)通過(guo) Modbus協議進(jin)行通訊,進(jin)而可以通過(guo)觸(chu)摸屏修改位置、速度等(deng)。


四、三種控(kong)制方式對比


(1)如果對電機的速度(du)、位(wei)置(zhi)都沒有要求,只要輸出一(yi)個(ge)恒轉(zhuan)矩,當然是(shi)用轉(zhuan)矩模式。


(2)如果對(dui)(dui)位置和速度(du)(du)有一定的精度(du)(du)要求,而(er)對(dui)(dui)實時轉(zhuan)矩不是很關心,用轉(zhuan)矩模(mo)式不太方(fang)便,用速度(du)(du)或位置模(mo)式比較好(hao)。如果(guo)上位控(kong)制(zhi)器有比較(jiao)好的閉環控(kong)制(zhi)功能(neng),用速度控(kong)制(zhi)效果(guo)會好一點(dian)。 如(ru)果本(ben)身要(yao)求(qiu)(qiu)(qiu)不是很高,或者,基本(ben)沒有實時(shi)性的要(yao)求(qiu)(qiu)(qiu),用位置(zhi)控制方式(shi)對上(shang)位控制器沒有很高的要(yao)求(qiu)(qiu)(qiu)。


(3)就(jiu)伺服(fu)驅動器(qi)的響(xiang)應(ying)(ying)速度來看,轉矩(ju)模(mo)式(shi)運算量(liang)最(zui)小,驅動器(qi)對(dui)控(kong)制信號(hao)的響(xiang)應(ying)(ying)最(zui)快(kuai);位置(zhi)模(mo)式(shi)運算量(liang)最(zui)大(da),驅動器(qi)對(dui)控(kong)制信號(hao)的響(xiang)應(ying)(ying)最(zui)慢。


(4)對運動中的動態性能有比較高的要求時,需要實時對電機進行調整。那么如果控制器本身的運算速度很慢(比如PLC,或低端運動控制器),就用位置方式控制。如果控制器運算速度比較快,可以用速度方式,把位置環從驅動器移到控制器上,減少驅動器的工作量,提高效率(比如大部分中高端運動控制器);如果有更好的上位控制器,還可以用轉矩方式控制,把速度環也從驅動器上移開,這一般只是高端專用控制器才能這么干,而且,這時完全不需要使用

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