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PLC工程師都應了解的3種伺服電機控制方式

閱讀次數:643    發布時間: 2022-05-13 11:25:18

伺服電機速(su)度控(kong)制(zhi)(zhi)和轉(zhuan)矩控(kong)制(zhi)(zhi)都是用模擬量(liang)來控(kong)制(zhi)(zhi),位置控(kong)制(zhi)(zhi)是通(tong)過發脈沖(chong)來控(kong)制(zhi)(zhi)。具(ju)體采用什么(me)控(kong)制(zhi)(zhi)方式要根據客戶的要求以及滿足(zu)何種運(yun)動功能(neng)來選擇。

接下來(lai),給大家介紹伺服電機的三種控制方(fang)式:

  • 如果您對(dui)電(dian)機(ji)的速(su)度、位置都沒有要(yao)求,只要(yao)輸出一個恒轉矩(ju),當然是用轉矩(ju)模式。

  • 如果對(dui)位置和(he)速(su)度有(you)一定(ding)的精度要求,而對(dui)實(shi)時轉矩不是很關心(xin),用速(su)度或(huo)位置模式比較(jiao)好(hao)。

  • 如果上(shang)位控(kong)制(zhi)器有(you)(you)比較好的(de)閉環控(kong)制(zhi)功能,用(yong)(yong)速度控(kong)制(zhi)效果會(hui)好一點。如果本身要求不是很(hen)高,或者基(ji)本沒有(you)(you)實時性的(de)要求,用(yong)(yong)位置控(kong)制(zhi)方式對上(shang)位控(kong)制(zhi)器沒有(you)(you)很(hen)高的(de)要求。

 

就(jiu)伺(si)服驅(qu)動器的響應速(su)度來看:轉(zhuan)矩模式運(yun)算(suan)(suan)量小,驅(qu)動器對(dui)控制信號的響應快;位(wei)置模式運(yun)算(suan)(suan)量大(da),驅(qu)動器對(dui)控制信號的響應慢。

 

對運動中的動態性能有比較高的要(yao)求時,需要(yao)實時對電機進行(xing)調整。

  • 如果控制(zhi)器本身的運算速度很慢(比如PLC,或低端運動控制(zhi)器),就用位置方式控制(zhi)。

  • 如(ru)果控制器運(yun)算速度(du)比較(jiao)快,可以用速度(du)方式,把位(wei)置環從驅動器移到控制器上,減少(shao)驅動器的工作量(liang),提升效率(lv);

  • 如(ru)果有(you)更好的上(shang)位控(kong)制器,還可以(yi)用轉矩(ju)方式控(kong)制,把速(su)度環也從(cong)驅動器上(shang)移開,這(zhe)一(yi)般只是高端專用控(kong)制器才能(neng)這(zhe)么做。

 

一般說(shuo)驅動器控(kong)制的(de)好(hao)壞(huai),有(you)個(ge)比(bi)較(jiao)直觀(guan)的(de)比(bi)較(jiao)方(fang)式,叫(jiao)響應(ying)帶寬。

 

當(dang)轉矩(ju)控制或速度控制時,通(tong)過脈沖(chong)發生器(qi)給它一個(ge)方波信(xin)號,使電(dian)機(ji)不斷的(de)(de)(de)正轉、反轉,不斷的(de)(de)(de)調高(gao)頻率(lv),示波器(qi)上顯(xian)示的(de)(de)(de)是個(ge)掃頻信(xin)號,當(dang)包絡(luo)線的(de)(de)(de)頂點(dian)到達最高(gao)值的(de)(de)(de)70.7%時,表示已經(jing)失步,此(ci)時頻率(lv)的(de)(de)(de)高(gao)低,就能(neng)說明控制的(de)(de)(de)好壞(huai)了,一般電(dian)流環能(neng)做(zuo)到1000HZ以上,而速度環只能(neng)做(zuo)到幾十赫(he)茲。

 

01
轉矩控制

轉矩控制方(fang)式是通(tong)(tong)過外(wai)部(bu)(bu)模(mo)(mo)擬(ni)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)輸(shu)(shu)入(ru)或直接(jie)的(de)(de)(de)(de)地(di)址(zhi)的(de)(de)(de)(de)賦值來(lai)設(she)定(ding)電(dian)(dian)機(ji)軸對外(wai)的(de)(de)(de)(de)輸(shu)(shu)出轉矩的(de)(de)(de)(de)大(da)(da)小,具體表現(xian)為例如(ru)10V對應5Nm的(de)(de)(de)(de)話(hua),當外(wai)部(bu)(bu)模(mo)(mo)擬(ni)量(liang)(liang)設(she)定(ding)為5V時(shi)電(dian)(dian)機(ji)軸輸(shu)(shu)出為2.5Nm:如(ru)果電(dian)(dian)機(ji)軸負載(zai)低(di)于(yu)(yu)2.5Nm時(shi)電(dian)(dian)機(ji)正轉,外(wai)部(bu)(bu)負載(zai)等于(yu)(yu)2.5Nm時(shi)電(dian)(dian)機(ji)不轉,大(da)(da)于(yu)(yu)2.5Nm時(shi)電(dian)(dian)機(ji)反(fan)轉(通(tong)(tong)常在有(you)重力(li)負載(zai)情況下產生)。可以通(tong)(tong)過即(ji)時(shi)的(de)(de)(de)(de)改變模(mo)(mo)擬(ni)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)設(she)定(ding)來(lai)改變設(she)定(ding)的(de)(de)(de)(de)力(li)矩大(da)(da)小,也可通(tong)(tong)過通(tong)(tong)訊方(fang)式改變對應的(de)(de)(de)(de)地(di)址(zhi)的(de)(de)(de)(de)數值來(lai)實現(xian)。

應(ying)用主要在對材(cai)質的(de)(de)(de)(de)受力有嚴(yan)格要求的(de)(de)(de)(de)纏(chan)繞和放卷(juan)的(de)(de)(de)(de)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)中,例(li)如饒線裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)或拉(la)光纖(xian)設備,轉矩的(de)(de)(de)(de)設定要根據纏(chan)繞的(de)(de)(de)(de)半徑(jing)的(de)(de)(de)(de)變化隨時更(geng)改以確保材(cai)質的(de)(de)(de)(de)受力不會隨著纏(chan)繞半徑(jing)的(de)(de)(de)(de)變化而改變。

 

02
位置控制

位(wei)置(zhi)控(kong)制模(mo)式一般是通過(guo)外部輸入(ru)的(de)(de)脈(mo)沖的(de)(de)頻率來(lai)確定(ding)轉動速度(du)的(de)(de)大小,通過(guo)脈(mo)沖的(de)(de)個數(shu)來(lai)確定(ding)轉動的(de)(de)角度(du),也有些伺(si)服可以(yi)通過(guo)通訊方式直接對速度(du)和(he)位(wei)移進行賦值。由于位(wei)置(zhi)模(mo)式可以(yi)對速度(du)和(he)位(wei)置(zhi)都有很(hen)嚴格的(de)(de)控(kong)制,所(suo)以(yi)一般應用(yong)于定(ding)位(wei)裝置(zhi)。

 

應用領域如數控機(ji)床、印(yin)刷機(ji)械等(deng)等(deng)。

 

03
速度模式

通(tong)過模擬量的(de)輸入或脈沖(chong)的(de)頻率都可(ke)以進(jin)行轉(zhuan)動速(su)(su)度的(de)控(kong)制,在有上位(wei)控(kong)制裝置的(de)外環PID控(kong)制時速(su)(su)度模式(shi)也(ye)可(ke)以進(jin)行定位(wei),但(dan)必(bi)須把電機的(de)位(wei)置信號或直接(jie)(jie)負載(zai)的(de)位(wei)置信號給上位(wei)反饋(kui)以做運算用。位(wei)置模式(shi)也(ye)支持直接(jie)(jie)負載(zai)外環檢測位(wei)置信號,此時的(de)電機軸端的(de)編(bian)碼(ma)器只(zhi)檢測電機轉(zhuan)速(su)(su),位(wei)置信號就由(you)直接(jie)(jie)的(de)最終(zhong)負載(zai)端的(de)檢測裝置來(lai)提(ti)供了(le),這樣的(de)優點(dian)在于(yu)可(ke)以減(jian)少中間傳動過程中的(de)誤(wu)差,增(zeng)加了(le)整個系(xi)統的(de)定位(wei)精度。

 

04
談談3環

伺服電(dian)(dian)(dian)機(ji)一(yi)般(ban)為三(san)個(ge)環(huan)(huan)控制,所(suo)謂(wei)三(san)環(huan)(huan)就是(shi)(shi)3個(ge)閉環(huan)(huan)負反(fan)饋(kui)PID調(diao)節(jie)系統(tong)。最內(nei)(nei)的(de)PID環(huan)(huan)就是(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)流環(huan)(huan),此環(huan)(huan)完全在伺服驅(qu)動(dong)器(qi)(qi)內(nei)(nei)部進行,通過霍爾裝置檢測驅(qu)動(dong)器(qi)(qi)給電(dian)(dian)(dian)機(ji)的(de)各相(xiang)的(de)輸(shu)出電(dian)(dian)(dian)流,負反(fan)饋(kui)給電(dian)(dian)(dian)流的(de)設(she)定進行PID調(diao)節(jie),從而達到輸(shu)出電(dian)(dian)(dian)流盡量接近等于設(she)定電(dian)(dian)(dian)流,電(dian)(dian)(dian)流環(huan)(huan)就是(shi)(shi)控制電(dian)(dian)(dian)機(ji)轉矩的(de),所(suo)以在轉矩模(mo)式下驅(qu)動(dong)器(qi)(qi)的(de)運算小,動(dong)態(tai)響應快(kuai)。

 

第(di)2環(huan)(huan)是速(su)度(du)環(huan)(huan),通(tong)過檢測(ce)的(de)電機(ji)編碼器的(de)信號來進行負反饋PID調節,它(ta)的(de)環(huan)(huan)內PID輸出(chu)直接(jie)就是電流環(huan)(huan)的(de)設定,所(suo)以速(su)度(du)環(huan)(huan)控(kong)(kong)制時(shi)就包含了速(su)度(du)環(huan)(huan)和(he)電流環(huan)(huan),換句話說任何模式都必須使用電流環(huan)(huan),電流環(huan)(huan)是控(kong)(kong)制的(de)根本(ben),在(zai)速(su)度(du)和(he)位置控(kong)(kong)制的(de)同(tong)時(shi)系(xi)統實際也在(zai)進行電流(轉矩)的(de)控(kong)(kong)制以達到對速(su)度(du)和(he)位置的(de)相應(ying)控(kong)(kong)制。

 

第3環(huan)是(shi)(shi)位置(zhi)環(huan),它(ta)是(shi)(shi)最外(wai)環(huan),可以(yi)在驅動器(qi)和(he)電(dian)機編碼器(qi)間(jian)構(gou)(gou)建也可以(yi)在外(wai)部控(kong)(kong)制器(qi)和(he)電(dian)機編碼器(qi)或最終(zhong)負載間(jian)構(gou)(gou)建,要根據實(shi)際情況來定。由于(yu)位置(zhi)控(kong)(kong)制環(huan)內(nei)部輸出就是(shi)(shi)速(su)度(du)環(huan)的設定,位置(zhi)控(kong)(kong)制模式下系(xi)統(tong)(tong)進行了(le)所有3個環(huan)的運算,此時的系(xi)統(tong)(tong)運算量大(da),動態響應速(su)度(du)也最慢(man)。

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