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伺服控制中的转矩模式和速度模式有什么区别?

发布时间:2021-08-11 18:16:55点击量:

  当应用需要精确控制位置、速度或扭矩(或三者的组合)时,使用伺服系统。根据控制参数,伺服系统可以在扭矩模式、速度模式或位置模式下运行。每种模式都需要一个控制回路,该回路允许伺服驱动器和控制器监控影响参数,并向电机提供正确的指令,以实现所需的性能。


  伺服控制–扭矩模式:


  在转矩模式(也称为电流模式)中,电流回路控制电机的行为。由于转矩与电流成比例,伺服控制器从伺服驱动器获得实际电机电流,并使用它来确定实际电机转矩。然后将实际扭矩值与所需扭矩进行比较,并调整电机电流以达到所需扭矩。电流控制回路通常由pi(比例积分)控制器调节,电流回路参数通常由制造商设定。


  需要扭矩模式控制的应用范围从缠绕(缠绕材料线圈时必须保持恒定张力)到注塑(必须对模具施加恒定夹紧力)。

伺服控制中的转矩模式和速度模式有什么区别?(图1)

  在缠绕应用中,电机所需的扭矩随材料缠绕和卷筒直径(负载和惯性)的增加而变化。


  电机产生的扭矩量取决于其接收的电流量。扭矩决定电机的加速度,从而影响速度和位置。因此,伺服系统总是包含一个电流控制回路。


  伺服控制–速度模式:


  当应用要求电机保持设定速度时,即使负载发生变化,也可以使用速度模式。在速度模式下,电机速度由发送到电机的电压量控制。但是,要改变电机的速度(加速或减速),需要增加或减少电机扭矩,因此在速度模式下也需要电流控制回路。


  当使用多个控制回路时,这些回路是级联的,电流控制是最里面的回路,速度控制回路是在电流回路的“周围”添加的。当使用位置控制环时,在速度环周围添加位置控制环,以形成最外层的环。设置从内环到外环进行,因此首先调整电流回路,然后调整速度控制回路,然后调整位置控制回路。

伺服控制中的转矩模式和速度模式有什么区别?(图2)

  当使用多个控制回路时,电流控制是最里面的回路,速度控制回路围绕它,位置控制形成最外面的回路。


  许多先进的伺服控制器可以在控制模式之间“动态”切换-例如,从速度模式切换到扭矩模式,系统在运行期间不会造成不稳定或中断。


  速度控制回路从编码器或分解器获取速度信息,以确定实际速度和指令速度之间的误差,并使用该误差确定电机纠正速度误差所需的电流(扭矩)。速度控制回路通常是PI控制器。在速度模式下运行的伺服系统有时包括平滑的加速和减速参数,以最小化加速的影响。


  使用速度模式的应用示例包括皮带跟踪、分配和加工过程(如研磨或抛光),其中电机负载变化,但需要在整个过程中保持速度。


  当应用程序调用所有三个控制循环时:


  伺服系统也可以在位置模式下运行,允许电机将负载移动到相对于起始位置或基于绝对位置的精确位置。为了实现伺服控制中的位置模式,通常需要三个控制回路:扭矩、速度和位置。这是因为必须监控电机的速度以确定其位置,并且必须监控扭矩以确定电机需要多少电流才能达到指令位置而不出现超调或超调。位置控制回路使用PI或PID(比例积分微分)控制器。


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