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伺服电机系统控制中的转矩模式和速度模式有什么区别?
发布日期 : 2020-07-17 18:04:55
当应用场景需要精确的控制位置、速度及扭矩(或两者结合)时,一般使用伺服电机系统。根据所控制的参数,伺服电机系统可以在转矩模式、速度模式或位置模式下运行。每种模式都需要控制回路,这些回路受到伺服驱动器和控制器监测控制并向电机发出命令,来实现所需的性能。
 

伺服电机控制–转矩模式


在转矩模式下,电流环路控制电机,转矩与电流成正比,因此伺服系统的控制器会从驱动器中获得实际电机的电流,并以此来确定实际电机转矩。
 
然后,它将实际转矩值与所需转矩进行比较,并实时调整电机的电流以实现所需转矩。
 
电机产生的扭矩大小取决于其接收的电流大小。转矩决定了电机的加速度,该加速度会影响速度和位置。因此,伺服系统的电流控制回路是必要的。
 
电流控制回路通常使用PI(比例积分)控制器进行调节,电流回路参数通常由制造商设置。
 
应用
 
需要转矩模式控制的应用范围很广,从卷绕(必须在卷绕时在材料网上保持恒定的张力)到注塑成型(必须在模具上施加恒定的夹紧力)。
 

伺服电机控制–速度模式


当应用场景要求电机在变化的负载下保持设定的速度时,这将用到速度模式。

在速度模式下,电机速度由发送到电机的电压控制。但是要改变电机的速度(加速或减速)需要增加或减小电机转矩,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,电流控制是最内部的回路,而速度控制回路则“围绕”电流回路添加。

使用位置控制环时,将其添加到速度环周围,形成最外层的环。
 
按照从内到外的回路调整,因此先调整电流环,然后调整速度控制环,再调整位置控制环。
 
许多高级伺服控制器可以“动态”的在控制模式之间切换,例如,在系统运行时不会从速度模式切换到转矩模式,不会出现不稳定或中断的情况。
 
上面提到的速度控制环是从编码器中获取速度信息,以确定实际和指令速度之间的误差,并通过该误差确定电机需要哪些电流(转矩)来校正速度误差。
 
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会包含可平滑加速或减速的参数,以最大程度地减小误差的影响。
 
应用
使用速度模式的应用示例包括输送机跟踪、分配和机械加工过程(例如研磨或抛光),在这些过程中,电机负载有所变化,但在整个过程中都需要保持速度。
 
 
当应用场景要求三个控制循环时,伺服系统也可以在位置模式下运行,从而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。
为了在伺服控制中实现位置模式,通常需要三个控制环:扭矩、速度和位置。这是因为必须监测电机的速度以确定其位置,并且必须监测转矩以确定电机需要多少电流才能达到指令位置,而不会出现下冲或过冲。位置控制回路使用PI或PID(比例积分微分)控制器。

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