伺服電機三環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)方法

 隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，伺服控制技術、電力電子技術和微電子技術的快速發(fā)展，伺服運動與控制技術也在不斷走向成熟，電機運動控制平臺作為一種高性能的測試方式已經(jīng)被廣泛應用，人們對伺服性能的要求也在不斷提高。

一、三環(huán)控制原理

1、首先是電流環(huán)，此環(huán)完全在伺服驅(qū)動器內(nèi)部進行，通過霍爾裝置檢測驅(qū)動器給電機的各相的輸出電流，負反饋給電流的設定進行PID調(diào)節(jié)，從而達到輸出電流盡量接近等于設定電流，電流環(huán)就是控制電機轉(zhuǎn)矩的，所以在轉(zhuǎn)矩模式下驅(qū)動器的運算最小，動態(tài)響應最快。

2、第二環(huán)是速度環(huán)，通過檢測的伺服電機編碼器的信號來進行負反饋 PID 調(diào)節(jié)，它的環(huán)內(nèi) PID 輸出直接就是電流環(huán)的設定，所以速度環(huán)控制時就包合了速皮環(huán)和電流環(huán)，換句話說任何棋式都必須使用電流環(huán)，電流環(huán)是控制的跟本，在速度和位置控制的同時系統(tǒng)實際也在進行電流(轉(zhuǎn)矩)的控制以達到對速度和位置的相應控制。

3、第三環(huán)是位置環(huán)，它是最外環(huán)，可認在驅(qū)動器和伺服電機編碼器間構建也可以在外部控制器和電機編碼器或最終負載間構建，要根據(jù)實際情況來定。由于位置控制環(huán)內(nèi)部輸出就是速度環(huán)的設定，位置控制模式下系統(tǒng)進行了所有 3 個環(huán)的運算，此時的系統(tǒng)運算量最大，動態(tài)響應速度也最慢。

圖 1.1

二、影響控制的因素

1、速度環(huán)主要進行PI(比例和積分)，比例就是增益，所以我們要對速度增益和速度積分時間常數(shù)進行合適的調(diào)節(jié)才能達到理想效果。

2、位置環(huán)主要進行P(比例)調(diào)節(jié)。對此我們只要設定位置環(huán)的比例增益就好了。當進行位置模式需要調(diào)節(jié)位置環(huán)時，最好先調(diào)節(jié)速度環(huán)，位置環(huán)、速度環(huán)的參數(shù)調(diào)節(jié)沒有什么固定的數(shù)值，要根據(jù)外部負載的機械傳動連接方式、負載的運動方式、負載慣量、對速度、加速度要求以及電機本身的轉(zhuǎn)子慣量和輸出慣量等等很多條件來決定，調(diào)節(jié)的簡單方法是在根據(jù)外部負載的情況進行大體經(jīng)驗的范圍內(nèi)將增益參數(shù)從小往大調(diào)，積分時間常數(shù)從大往小調(diào)，以不出現(xiàn)震動超調(diào)的穩(wěn)態(tài)值為最佳值進行設定。

圖 1.2

三、MES-100控制方式

1、MES-100運動控制平臺由電機及加載系統(tǒng)、電機驅(qū)動程序調(diào)試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和電源系統(tǒng)組成。從電機到驅(qū)動構建出完整的硬件軟件實驗環(huán)境，提供全開放式的軟硬件接口，具有豐富的可擴展性教學體驗，可做電機識別，堵轉(zhuǎn)，電機效率測試，電機參數(shù)測定，電機T-N曲線測試，電機運動控制及編碼器矢量轉(zhuǎn)矩，無感矢量速度分析等測試，測試結果如下圖1.3。

2、伺服電機的速度和轉(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，如果對電機的速度和位置都沒有要求可以采用恒轉(zhuǎn)矩模式，可通過及時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小，也可以通過通訊方式改變對應的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。如果對位置和速度有一定的進度要求可以采用速度或位置模式，位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確認轉(zhuǎn)動的角度，由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制，行業(yè)應用比較廣泛。

圖1.3