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伺服控制系统的工作原理组成及控制方式《资讯》

发布时间:2020-08-17 13:15:32 阅读: 来源:塑料模厂家

2017-12-01 10:14:35来源: 贤集网

伺服控制系统是以变频技术为基础发展起来的产品,是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。它的性能优劣直接决定与影响着自动控制系统的快速性、稳定性和精确性,机、电、液的组合成为目前工业自动化的主要技术基础。下面,由贤集网小编为您介绍伺服控制系统的工作原理、组成及控制方式。

伺服控制系统的工作原理

伺服控制系统实际上是一种对机械工作过程实现精细化控制的反馈控制系统,多用于对机械的运动矢量进行控制。伺服控制系统按所用驱动元件的类型可分为液压伺服系统、气动伺服系统和机电伺服系统。前两者特色明显,但应用范围有一定的限制。而机电伺服系统的能源是可以用最方便最灵活的方式加以利用的电能,其驱动元件是可按各种特定需求设计和选用的电动机,可以达到最为优异的系统性能,因此成为应用最为广泛的伺服系统。

机电伺服控制系统以电动机为控制对象,以控制器为核心,以电力电子功率变换装置为执行机构,在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角,将电能转换为机械能,实现机械的运动要求。根据电机带动负载的不同,伺服系统可以应用在国防、工业、民用等众多场合,如:国防领域的雷达扫描器、光电跟踪随动器、火控系统、测控系统及用于半实物仿真的高精度转台、舵机负载模拟器等;工业领域的自动化产线、机床、机械臂、监控设备转台等。

伺服控制系统组成

控制器:PLC,变频器,运动控制卡等其他控制设备,也称为上位机。控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差,调节控制量。

伺服驱动器:沟通上位机和伺服电机,作用类似于变频器作用于普通交流马达。作为系统的主回路,一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机上,调节电动机转矩的大小;另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电。

伺服电动机:执行设备,接受来自驱动器的控制信号。

机械设备:将伺服电机的圆周运动或直线电机的直线运动转换成所需要的运动形式。

各类传感器和继电器:检测工业控制环境下的各种信号送给上位机或驱动器做为某些动作的判断标准。

伺服控制系统的控制方式

三种控制方式:速度控制方式,转矩控制方式,位置控制方式。

1、转矩控制——电流环控制

转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小,主要应用于需要严格控制转矩的场合。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小,也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。

应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中,例如饶线装置或拉光纤设备,转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。

2、位置控制

位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小,通过脉冲的个数来确定转动的角度,也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制,所以一般应用于定位装置。应用领域如数控机床、印刷机械等等。

位置模式也支持直接负载外环检测位置信号,此时的电机轴端的编码器只检测电机转速,位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了,这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差,增加了整个系统的定位精度。

3、速度控制——速度环控制

通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制,在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位,但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。

一般而言,速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的,位置控制是通过发脉冲来控制的。就伺服驱动器的响应速度来看,转矩模式运算量最小,驱动器对控制信号的响应最快;位置模式运算量最大,驱动器对控制信号的响应最慢。三种控制方式的选择:

1、如果对电机的速度、位置都没有要求,只要输出一个恒转矩,当然是用转矩模式。

2、如果对位置和速度有一定的精度要求,而对实时转矩不是很关心,用速度或位置模式比较好。

3、如果上位控制器有比较好的闭环控制功能,用速度控制效果会好一点。

4、如果本身要求不是很高,或者基本没有实时性的要求,用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。

5、如果控制器本身的运算速度很慢,就用位置方式控制。

6、如果控制器运算速度比较快,可以用速度方式,把位置环从驱动器移到控制器上,减少驱动器的工作量,提高效率。

7、如果有更好的上位控制器,还可以用转矩方式控制,把速度环也从驱动器上移开,这一般只是高端专用控制器才能这么做。

以上内容就是贤集网小编为大家介绍的伺服控制系统的工作原理、组成及控制方式。伺服系统除了可以进行速度与转矩控制外,还可以进行精确、快速、稳定的位置控制。目前,伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用,而且在许多高科技领域,如激光加工、机器人、数控机床等领域中。

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