【導讀】伺服驅動(dòng)器(servo drives)是用來(lái)控制伺服電機的一種控制器,其作用類(lèi)似于變頻器作用于普通交流馬達,屬于伺服系統的一部分,主要應用于高精度的定位系統。一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進(jìn)行控制,實(shí)現高精度的傳動(dòng)系統定位,目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。
運動(dòng)伺服驅動(dòng)一般都是三環(huán)控制系統,從內到外依次是電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)。
圖1:伺服驅動(dòng)器
電流環(huán):電流環(huán)的輸入是速度環(huán)PID調節后的那個(gè)輸出,我們稱(chēng)為“電流環(huán)給定”吧,然后呢就是電流環(huán)的這個(gè)給定和“電流環(huán)的反饋”值進(jìn)行比較后的差值在電流環(huán)內做PID調節輸出給電機,“電流環(huán)的輸出”就是電機的每相的相電流,“電流環(huán)的反饋”不是編碼器的反饋而是在驅動(dòng)器內部安裝在每相的霍爾元件(磁場(chǎng)感應變?yōu)殡娏麟妷盒盘枺┓答伣o電流環(huán)的。
速度環(huán):速度環(huán)的輸入就是位置環(huán)PID調節后的輸出以及位置設定的前饋值,我們稱(chēng)為“速度設定”,這個(gè)“速度設定”和“速度環(huán)反饋”值進(jìn)行比較后的差值在速度環(huán)做PID調節(主要是比例增益和積分處理)后輸出就是上面講到的“電流環(huán)的給定”。速度環(huán)的反饋來(lái)自于編碼器的反饋后的值經(jīng)過(guò)“速度運算器”得到的。
位置環(huán):位置環(huán)的輸入就是外部的脈沖(通常情況下,直接寫(xiě)數據到驅動(dòng)器地址的伺服例外),外部的脈沖經(jīng)過(guò)平滑濾波處理和電子齒輪計算后作為“位置環(huán)的設定”,設定和來(lái)自編碼器反饋的脈沖信號經(jīng)過(guò)偏差計數器的計算后的數值在經(jīng)過(guò)位置環(huán)的PID調節(比例增益調節,無(wú)積分微分環(huán)節)后輸出和位置給定的前饋信號的合值就構成了上面講的速度環(huán)的給定。位置環(huán)的反饋也來(lái)自于編碼器。
伺服的電流環(huán)的PID常數一般都是在驅動(dòng)器內部設定好的,操作使用者不需要更改。速度環(huán)主要進(jìn)行PI(比例和積分),比例就是增益,所以我們要對速度增益和速度積分時(shí)間常數進(jìn)行合適的調節才能達到理想效果。位置環(huán)主要進(jìn)行P(比例)調節。對此我們只要設定位置環(huán)的比例增益就好了。
位置環(huán)、速度環(huán)的參數調節沒(méi)有什么固定的數值,要根據外部負載的機械傳動(dòng)連接方式、負載的運動(dòng)方式、負載慣量、對速度、加速度要求以及電機本身的轉子慣量和輸出慣量等等很多條件來(lái)決定,調節的簡(jiǎn)單方法是在根據外部負載的情況進(jìn)行大體經(jīng)驗的范圍內將增益參數從小往大調,積分時(shí)間常數從大往小調,以不出現震動(dòng)超調的穩態(tài)值為最佳值進(jìn)行設定。
當進(jìn)行位置模式需要調節位置環(huán)時(shí),最好先調節速度環(huán)(此時(shí)位置環(huán)的比例增益設定在經(jīng)驗值的最小值),調節速度環(huán)穩定后,在調節位置環(huán)增益,適量逐步增加,位置環(huán)的響應最好比速度環(huán)慢一點(diǎn),不然也容易出現速度震蕩。