伺服控制系統(tǒng)是以變頻技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的產(chǎn)品，是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它的性能優(yōu)劣直接決定與影響著自動(dòng)控制系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和精確性，機(jī)、電、液的組合成為目前工業(yè)自動(dòng)化的主要技術(shù)基礎(chǔ)。下面小編為您介紹伺服控制系統(tǒng)的工作原理、組成及控制方式。
伺服控制系統(tǒng)的工作原理:
伺服控制系統(tǒng)實(shí)際上是一種對(duì)機(jī)械工作過程實(shí)現(xiàn)精細(xì)化控制的反饋控制系統(tǒng)，多用于對(duì)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行控制。伺服控制系統(tǒng)按所用驅(qū)動(dòng)元件的類型可分為液壓伺服系統(tǒng)、氣動(dòng)伺服系統(tǒng)和機(jī)電伺服系統(tǒng)。前兩者特色明顯，但應(yīng)用范圍有一定的限制。而機(jī)電伺服系統(tǒng)的能源是可以用最方便最靈活的方式加以利用的電能，其驅(qū)動(dòng)元件是可按各種特定需求設(shè)計(jì)和選用的電動(dòng)機(jī)，可以達(dá)到最為優(yōu)異的系統(tǒng)性能，因此成為應(yīng)用最為廣泛的伺服系統(tǒng)。
機(jī)電伺服控制系統(tǒng)以電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)要求。根據(jù)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載的不同，伺服系統(tǒng)可以應(yīng)用在國防、工業(yè)、民用等眾多場(chǎng)合，如：國防領(lǐng)域的雷達(dá)掃描器、光電跟蹤隨動(dòng)器、火控系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)及用于半實(shí)物仿真的高精度轉(zhuǎn)臺(tái)、舵機(jī)負(fù)載模擬器等；工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化產(chǎn)線、機(jī)床、機(jī)械臂、監(jiān)控設(shè)備轉(zhuǎn)臺(tái)等。
伺服控制系統(tǒng)組成:
控制器：PLC，變頻器，運(yùn)動(dòng)控制卡等其他控制設(shè)備，也稱為上位機(jī)。控制器按照數(shù)控系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測(cè)的實(shí)際運(yùn)行值的差，調(diào)節(jié)控制量。
伺服驅(qū)動(dòng)器：溝通上位機(jī)和伺服電機(jī)，作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)。作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網(wǎng)中的電能作用到電動(dòng)機(jī)上，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小；另一方面按電動(dòng)機(jī)的要求把恒壓恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)所需的交流電或直流電。
伺服電動(dòng)機(jī)：執(zhí)行設(shè)備，接受來自驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)。
機(jī)械設(shè)備：將伺服電機(jī)的圓周運(yùn)動(dòng)或直線電機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成所需要的運(yùn)動(dòng)形式。
各類傳感器和繼電器：檢測(cè)工業(yè)控制環(huán)境下的各種信號(hào)送給上位機(jī)或驅(qū)動(dòng)器做為某些動(dòng)作的判斷標(biāo)準(zhǔn)。
伺服控制系統(tǒng)的控制方式
三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式，位置控制方式。
1、轉(zhuǎn)矩控制——電流環(huán)控制
轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，主要應(yīng)用于需要嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合。可以通過即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)用主要在對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì)隨著纏繞半徑的變化而改變。
2、位置控制
位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過脈沖的個(gè)數(shù)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。由于位置模式可以對(duì)速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等等。
位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測(cè)位置信號(hào)，此時(shí)的電機(jī)軸端的編碼器只檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號(hào)就由直接的最終負(fù)載端的檢測(cè)裝置來提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過程中的誤差，增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。
3、速度控制——速度環(huán)控制
通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。
一般而言，速度控制和轉(zhuǎn)矩控制都是用模擬量來控制的，位置控制是通過發(fā)脈沖來控制的。就伺服驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)速度來看，轉(zhuǎn)矩模式運(yùn)算量最小，驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)最快；位置模式運(yùn)算量最大，驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)最慢。三種控制方式的選擇：
1、如果對(duì)電機(jī)的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個(gè)恒轉(zhuǎn)矩，當(dāng)然是用轉(zhuǎn)矩模式。
2、如果對(duì)位置和速度有一定的精度要求，而對(duì)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心，用速度或位置模式比較好。
3、如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會(huì)好一點(diǎn)。
4、如果本身要求不是很高，或者基本沒有實(shí)時(shí)性的要求，用位置控制方式對(duì)上位控制器沒有很高的要求。
5、如果控制器本身的運(yùn)算速度很慢，就用位置方式控制。
6、如果控制器運(yùn)算速度比較快，可以用速度方式，把位置環(huán)從驅(qū)動(dòng)器移到控制器上，減少驅(qū)動(dòng)器的工作量，提高效率。
7、如果有更好的上位控制器，還可以用轉(zhuǎn)矩方式控制，把速度環(huán)也從驅(qū)動(dòng)器上移開，這一般只是高端專用控制器才能這么做。
伺服系統(tǒng)除了可以進(jìn)行速度與轉(zhuǎn)矩控制外，還可以進(jìn)行精確、快速、穩(wěn)定的位置控制。目前，伺服控制系統(tǒng)不僅在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，而且在許多高科技領(lǐng)域，如激光加工、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域中。希望通過上文的介紹能給您帶來幫助。
