伺服电机与步进电机的区别它们各自的心跳之歌

导语:电机控制的三种方式,每一种都有其独特之处,选择哪一种取决于客户的需求和运动功能的要求。

速度控制与转矩控制通常采用模拟量信号进行调节,而位置控制则通过脉冲信号来实现。具体而言,若客户对电机的速度和位置没有特殊要求,只需输出恒定转矩,则使用转矩模式将是最合适的选择。如果对位置和速度有一定的精度要求,但对实时转矩不太敏感,使用速度或位置模式将更为便捷。如果上位系统具有良好的闭环控制能力,那么采用速度控制可能会得到更佳效果。而对于那些性能要求不高或缺乏实时性需求的应用场景,用位置控制方式即可满足上位系统对响应时间的基本要求。

从伺服驱动器响应速度来看,转矩模式需要最小运算量,其响应最快;而在位置模式下,运算量最大,对于驱动器来说,其响应也相对较慢。在追求高动态性能且需要频繁调整的情况下,如果底层平台(如PLC或低端运动)运算较慢,可以考虑使用位置方式;如果操作平台较快,可以将位置环移到上位设备,以减轻驱动器负担提高效率(典型中高端运动)。在极少数情况下,即拥有高度优化上位系统时,可以尝试采用转矩方式,将所有环从驱动器移至外部,这通常只限于顶级专用产品,并且这样的方案完全不需要伺服电机。

评估一个伺服驱动器是否优秀,可通过比较其响应带宽。设定一个稳定的方波输入,让电机不断正反方向旋转并逐渐增加频率直到失步。当包络线达到70.7%峰值时,即表示失步点。此时频率越高表明该产品性能越好,一般来说当前流行的是1000Hz以上的电流环,而几十赫兹左右则是常见的一些简单速控单元。

具体而言:

转矩控制:通过模拟输入或者地址赋值直接设置轴上的输出力矩大小,如5V代表2.5Nm,当负载低于此值正向运行,在等于此值停止反向运行超出此值反向运行。这种方式适用于缠绕装备,如饶线装置、拉光纤设备,以确保受力恒定。

位置控制:主要通过脉冲频率确定旋转速率及个数决定角度,有些伺服可以直接通信以赋予速度和距离。这一模式因其严格制约所以广泛应用于定位机械,如数控车床、印刷机械等。

速度模式:既可由模拟输入又可由脉冲频率调节旋轉速率。在有主控装置外环PID循环处理的情况下,该模式还能实现有限度地精确定位,但必须提供给主控反馈以供计算。这一特性使得在实际应用中减少了误差,并增强了整个系统精度。

三環結構分析:電機系統普遍採用三個閉環負反馈調節系統,即電流環、速 率環與 位姿環。內層為電流環,由於它處於驅動器內進行調整,因此運算最小且動態響應迅速。此為轉換時期所需,最適合轉換間隔保持穩定的情況。而二層則是速 率環,它通過編碼器檢測並對PID進行調整,這種情況會包含所有三個循環,即無論選擇何種操作,都將涉及到至少兩個閉圈作業。此外,由於任何操作都必須至少一個closed-loop,所以這是一項不可避免的事實。而第三層為 位姿-ring,這是在驅動器與編碼機之間建立,或在終端負載與編碼機之間建立,並根據實際情況來決策。當選擇 使用 位姿-ring 時,因為它輸出的設定就是給予第二層(即 電流-ring) 的設定,所以它也是每種 模式下的核心部分。但是當我們選擇該關閉那麼,此時系統中的運算數據最大,也因此響應時間相對較慢。

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