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一、伺服(fu)電機脈沖控(kong)制方式

在一些小型單(dan)機設備，選(xuan)用脈沖控制實現電機的定位，應(ying)該是最常見的應(ying)用方(fang)式(shi)，這種控制方(fang)式(shi)簡單(dan)，易于理解。

基本的控(kong)制思路(lu)：脈沖(chong)(chong)(chong)總量確定(ding)電機位移(yi)，脈沖(chong)(chong)(chong)頻(pin)率確定(ding)電機速度。選(xuan)用了脈沖(chong)(chong)(chong)來(lai)實現伺(si)服(fu)電機的控(kong)制，翻開(kai)伺(si)服(fu)電機的使用手冊，一(yi)般會有如下這樣的表(biao)格：

都是脈沖(chong)控制，但是實現方式(shi)并不一樣(yang)：

第一種，驅動器接收兩路(A、B路)高速脈沖，通過兩路脈沖的(de)相位差(cha)，確定(ding)電機的(de)旋(xuan)轉(zhuan)方向。如(ru)上圖中，如(ru)果B相比A相快90度(du)，為正(zheng)轉(zhuan)；那么B相比A相慢90度(du)，則為反轉(zhuan)。

運行時(shi)，這種控(kong)(kong)制的(de)(de)兩(liang)相脈沖(chong)為交替(ti)狀，因此我(wo)們(men)也叫這樣的(de)(de)控(kong)(kong)制方(fang)(fang)(fang)(fang)式為差(cha)分(fen)控(kong)(kong)制。具有差(cha)分(fen)的(de)(de)特點，那也說明了這種控(kong)(kong)制方(fang)(fang)(fang)(fang)式，控(kong)(kong)制脈沖(chong)具有更高(gao)的(de)(de)抗干(gan)擾能力，在一(yi)些(xie)干(gan)擾較強的(de)(de)應用(yong)(yong)場景，優先選用(yong)(yong)這種方(fang)(fang)(fang)(fang)式。但(dan)是這種方(fang)(fang)(fang)(fang)式一(yi)個電機軸需(xu)要占用(yong)(yong)兩(liang)路(lu)高(gao)速脈沖(chong)端口，對高(gao)速脈沖(chong)口緊張的(de)(de)情況，比較不適用(yong)(yong)。

第二種，驅動器依然接收兩(liang)路(lu)(lu)高(gao)(gao)速脈(mo)沖(chong)，但(dan)是(shi)兩(liang)路(lu)(lu)高(gao)(gao)速脈(mo)沖(chong)并(bing)不同(tong)時(shi)存在，一(yi)(yi)(yi)路(lu)(lu)脈(mo)沖(chong)處于輸出(chu)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)時(shi)，另(ling)一(yi)(yi)(yi)路(lu)(lu)必須處于無效狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)。選用(yong)這(zhe)種控制(zhi)方(fang)式時(shi)，一(yi)(yi)(yi)定要確保(bao)在同(tong)一(yi)(yi)(yi)時(shi)刻只有一(yi)(yi)(yi)路(lu)(lu)脈(mo)沖(chong)的(de)輸出(chu)。兩(liang)路(lu)(lu)脈(mo)沖(chong)，一(yi)(yi)(yi)路(lu)(lu)輸出(chu)為正方(fang)向運(yun)行(xing)，另(ling)一(yi)(yi)(yi)路(lu)(lu)為負方(fang)向運(yun)行(xing)。和(he)上面的(de)情況一(yi)(yi)(yi)樣，這(zhe)種方(fang)式也是(shi)一(yi)(yi)(yi)個電(dian)機軸(zhou)需要占用(yong)兩(liang)路(lu)(lu)高(gao)(gao)速脈(mo)沖(chong)端口。

第三種，只需(xu)要給驅動器一路脈沖信(xin)號，電機正反向運行由一路方向IO信(xin)號確定。這種控(kong)制方式控(kong)制更加簡單(dan)，高速脈沖口資源占用(yong)也(ye)最(zui)少。在一般的小(xiao)型系統(tong)中，可以優先選用(yong)這種方式。

二、伺服(fu)電機模(mo)擬量控制方式

在(zai)需要使用伺服電機(ji)(ji)(ji)實(shi)現速度(du)控制(zhi)的(de)(de)應用場景，我們可(ke)以選用模(mo)擬(ni)量來(lai)實(shi)現電機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)速度(du)控制(zhi)，模(mo)擬(ni)量的(de)(de)值決定了電機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)運行速度(du)。

模擬量有兩種(zhong)方式可以選擇，電(dian)流或電(dian)壓。

電(dian)壓方(fang)式(shi)：只需要在控(kong)制(zhi)(zhi)信號端加(jia)入一定(ding)大小的電(dian)壓即可，在有些場(chang)(chang)景甚至使用一個電(dian)位器即可實現控(kong)制(zhi)(zhi)，非常的簡(jian)單(dan)。但選用電(dian)壓作為控(kong)制(zhi)(zhi)信號，在環(huan)境復雜的場(chang)(chang)景下，電(dian)壓容(rong)易被干擾，造(zao)成控(kong)制(zhi)(zhi)不穩定(ding)。

電(dian)(dian)流方式：需要對應(ying)的電(dian)(dian)流輸出模塊，但電(dian)(dian)流信號抗干擾能力強，可以使用(yong)在復雜的場景。

三(san)、伺服電機通信控制方式

采用通(tong)信(xin)方式(shi)實現伺服電機控(kong)(kong)制(zhi)的(de)常(chang)見(jian)方式(shi)有CAN、EtherCAT、Modbus、Profibus。使用通(tong)信(xin)方式(shi)來對電機進行控(kong)(kong)制(zhi)，是目前一(yi)些(xie)復雜(za)、大系(xi)統(tong)應用場景首(shou)選的(de)控(kong)(kong)制(zhi)方式(shi)。在這種方式(shi)下，系(xi)統(tong)的(de)大小、電機軸的(de)多少都易(yi)于裁剪(jian)，沒有復雜(za)的(de)控(kong)(kong)制(zhi)接線。搭建(jian)的(de)系(xi)統(tong)具有極高的(de)靈活性。

四、拓(tuo)展部分(fen)

1、伺服電機(ji)轉矩控制

轉(zhuan)矩控制方(fang)式是通(tong)過外(wai)部(bu)模(mo)擬量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)輸入或直接的(de)(de)(de)(de)地址的(de)(de)(de)(de)賦值來(lai)設(she)定(ding)電(dian)機(ji)(ji)軸(zhou)對(dui)外(wai)的(de)(de)(de)(de)輸出(chu)轉(zhuan)矩的(de)(de)(de)(de)大(da)小(xiao)，具(ju)體表(biao)現為例(li)如10V對(dui)應(ying)(ying)5Nm的(de)(de)(de)(de)話，當外(wai)部(bu)模(mo)擬量(liang)(liang)設(she)定(ding)為5V時電(dian)機(ji)(ji)軸(zhou)輸出(chu)為2.5Nm。如果電(dian)機(ji)(ji)軸(zhou)負載(zai)(zai)低于(yu)2.5Nm時電(dian)機(ji)(ji)正轉(zhuan)，外(wai)部(bu)負載(zai)(zai)等(deng)于(yu)2.5Nm時電(dian)機(ji)(ji)不轉(zhuan)，大(da)于(yu)2.5Nm時電(dian)機(ji)(ji)反轉(zhuan)(通(tong)常在(zai)有重力(li)負載(zai)(zai)情況下產生)。可以通(tong)過即(ji)時的(de)(de)(de)(de)改(gai)變(bian)模(mo)擬量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)設(she)定(ding)來(lai)改(gai)變(bian)設(she)定(ding)的(de)(de)(de)(de)力(li)矩大(da)小(xiao)，也可通(tong)過通(tong)訊方(fang)式改(gai)變(bian)對(dui)應(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)地址的(de)(de)(de)(de)數(shu)值來(lai)實現。

主要(yao)應用在對材質受(shou)力有嚴格要(yao)求的(de)(de)纏繞(rao)和放(fang)卷裝(zhuang)置(zhi)中，例如(ru)繞(rao)線裝(zhuang)置(zhi)或拉光纖設備(bei)，轉矩的(de)(de)設定要(yao)根據(ju)纏繞(rao)的(de)(de)半徑的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)隨時更改(gai)以確保材質的(de)(de)受(shou)力不會隨著纏繞(rao)半徑的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)而改(gai)變(bian)(bian)。

2、伺(si)服電機(ji)位置控制：

位(wei)置控制模(mo)式一(yi)般(ban)是(shi)通(tong)過外(wai)部輸(shu)入(ru)的(de)脈(mo)沖(chong)的(de)頻(pin)率來(lai)確定(ding)(ding)(ding)轉動(dong)速度(du)的(de)大小，通(tong)過脈(mo)沖(chong)的(de)個數來(lai)確定(ding)(ding)(ding)轉動(dong)的(de)角度(du)，也有些(xie)伺服可(ke)以(yi)通(tong)過通(tong)訊方式直(zhi)接對速度(du)和(he)位(wei)移進(jin)行賦值(zhi)。由(you)于位(wei)置模(mo)式可(ke)以(yi)對速度(du)和(he)位(wei)置都有很嚴格的(de)控制，所以(yi)一(yi)般(ban)應用于定(ding)(ding)(ding)位(wei)裝置，數控機床、印刷機械等(deng)等(deng)。

3 、伺服電機(ji)速(su)度(du)模式：

通過模擬量或脈沖頻率的輸入(ru)都(dou)可以進行轉(zhuan)動速度的控制(zhi)(zhi)，在有上位(wei)控制(zhi)(zhi)裝置(zhi)的外(wai)環PID控制(zhi)(zhi)時速度模式也可以進行定(ding)位(wei)，但必(bi)須把(ba)電(dian)機(ji)的位(wei)置(zhi)信(xin)號或直(zhi)接負(fu)(fu)載的位(wei)置(zhi)信(xin)號給(gei)上位(wei)機(ji)反饋以做運算用。位(wei)置(zhi)模式也支持直(zhi)接負(fu)(fu)載外(wai)環檢(jian)測(ce)位(wei)置(zhi)信(xin)號，此時的電(dian)機(ji)軸(zhou)端的編碼器只檢(jian)測(ce)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速，位(wei)置(zhi)信(xin)號就由直(zhi)接的最終(zhong)負(fu)(fu)載端的檢(jian)測(ce)裝置(zhi)來提供了，這樣的優點(dian)在于可以減少中間傳動過程(cheng)中的誤差，增加了整個系統的定(ding)位(wei)精度。

4、談談3環(huan)

伺服一般為三個環控制，所謂三環就是3個閉環負反(fan)饋PID調節(jie)系(xi)統。最內的PID環就是電(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)環，此(ci)環完(wan)全在伺服驅動器(qi)(qi)內部進行(xing)，通過霍爾裝置(zhi)檢測驅動器(qi)(qi)給(gei)電(dian)機的各相的輸出電(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)，負反(fan)饋給(gei)電(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)的設定進行(xing)PID調節(jie)，從而達到輸出電(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)盡(jin)量接近等于(yu)設定電(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)，電(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)環就是控制電(dian)機轉矩的，所以在轉矩模式(shi)下驅動器(qi)(qi)的運(yun)算最小，動態(tai)響應最快。

第2環(huan)是(shi)速(su)(su)度(du)環(huan)，通過檢測的(de)(de)電(dian)機編碼器(qi)的(de)(de)信號來進行負反饋(kui)PID調節，它的(de)(de)環(huan)內PID輸出(chu)直(zhi)接就是(shi)電(dian)流(liu)環(huan)的(de)(de)設定(ding)，所以速(su)(su)度(du)環(huan)控制(zhi)(zhi)時(shi)(shi)就包含了速(su)(su)度(du)環(huan)和電(dian)流(liu)環(huan)，換句話說任何模式都必須使用電(dian)流(liu)環(huan)，電(dian)流(liu)環(huan)是(shi)控制(zhi)(zhi)的(de)(de)根本，在(zai)速(su)(su)度(du)和位置控制(zhi)(zhi)的(de)(de)同時(shi)(shi)系統實際也在(zai)進行電(dian)流(liu)（轉矩）的(de)(de)控制(zhi)(zhi)以達到對速(su)(su)度(du)和位置的(de)(de)相(xiang)應控制(zhi)(zhi)。

第3環(huan)(huan)是(shi)位(wei)置環(huan)(huan)，它(ta)是(shi)最(zui)外環(huan)(huan)，可以(yi)在(zai)驅動器(qi)和電機(ji)(ji)編碼(ma)(ma)器(qi)間構建(jian)也可以(yi)在(zai)外部(bu)(bu)控制器(qi)和電機(ji)(ji)編碼(ma)(ma)器(qi)或最(zui)終(zhong)負載間構建(jian)要根據實際情況(kuang)來定(ding)。由于位(wei)置控制環(huan)(huan)內(nei)部(bu)(bu)輸出就是(shi)速(su)度(du)(du)環(huan)(huan)的設定(ding)，位(wei)置控制模式下系統(tong)進(jin)行了(le)所有3個環(huan)(huan)的運算，此(ci)時的系統(tong)運算量(liang)最(zui)大(da)，動態響(xiang)應速(su)度(du)(du)也最(zui)慢(man)。