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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:883    發布時間: 2022-07-08 13:28:38

伺服(fu)電機(ji)速度控(kong)制(zhi)和轉矩控(kong)制(zhi)都是用(yong)模擬量來(lai)(lai)控(kong)制(zhi),位置控(kong)制(zhi)是通(tong)過發脈沖來(lai)(lai)控(kong)制(zhi)。具(ju)體(ti)采用(yong)什(shen)么控(kong)制(zhi)方式要根據客戶的要求(qiu)以及滿足何種運動功(gong)能(neng)來(lai)(lai)選(xuan)擇(ze)。

接下來,給大家(jia)介紹(shao)伺服(fu)電(dian)機的三種控(kong)制方式:

 

  • 如果您對電機的速度、位置都沒有要求,只要輸出一(yi)個恒轉矩,當(dang)然是用(yong)轉矩模式。

  • 如果對位(wei)置(zhi)和速度(du)(du)有一定(ding)的精度(du)(du)要求(qiu),而對實時轉矩(ju)不是很(hen)關(guan)心,用速度(du)(du)或位(wei)置(zhi)模式(shi)比(bi)較(jiao)好。

  • 如果(guo)上(shang)位控制(zhi)(zhi)器(qi)有(you)(you)比較(jiao)好的閉環控制(zhi)(zhi)功能(neng),用速度(du)控制(zhi)(zhi)效果(guo)會好一點。如果(guo)本(ben)身(shen)要求不是很高(gao),或者基(ji)本(ben)沒(mei)有(you)(you)實(shi)時性的要求,用位置控制(zhi)(zhi)方式(shi)對(dui)上(shang)位控制(zhi)(zhi)器(qi)沒(mei)有(you)(you)很高(gao)的要求。

 

就伺服驅(qu)動器的響應速度來(lai)看(kan):轉矩模式運算(suan)量(liang)(liang)最(zui)小(xiao),驅(qu)動器對(dui)控制信號的響應最(zui)快;位置(zhi)模式運算(suan)量(liang)(liang)最(zui)大,驅(qu)動器對(dui)控制信號的響應最(zui)慢。

 

對(dui)運(yun)動(dong)(dong)中(zhong)的(de)動(dong)(dong)態性能有比較高的(de)要求時,需(xu)要實時對(dui)電機進行調整。

  • 如(ru)果控制器本身(shen)的運算速度很慢(比如(ru)PLC,或低端運動(dong)控制器),就用位置方式控制。

  • 如果控制(zhi)器運算速度(du)比較快(kuai),可以用速度(du)方式,把位(wei)置環從(cong)驅動器移(yi)到控制(zhi)器上,減(jian)少驅動器的工作量(liang),提高效(xiao)率;

  • 如果有更好的(de)上位(wei)控(kong)制(zhi)(zhi)器,還可以用(yong)轉(zhuan)矩方式(shi)控(kong)制(zhi)(zhi),把速度環也從驅動(dong)器上移開,這一般只是(shi)高端專用(yong)控(kong)制(zhi)(zhi)器才能(neng)這么做。

 

一(yi)般說驅(qu)動(dong)器控(kong)制的(de)好壞,有個比較直觀(guan)的(de)比較方(fang)式,叫響應帶寬。

 

當轉矩控制或速度(du)控制時(shi),通過脈沖發生(sheng)器(qi)給它一(yi)個方波(bo)(bo)信號,使電機不斷(duan)的(de)正轉、反轉,不斷(duan)的(de)調高頻(pin)(pin)(pin)率,示(shi)波(bo)(bo)器(qi)上(shang)顯示(shi)的(de)是個掃(sao)頻(pin)(pin)(pin)信號,當包絡線的(de)頂點到達最高值(zhi)的(de)70.7%時(shi),表示(shi)已(yi)經失步(bu),此時(shi)頻(pin)(pin)(pin)率的(de)高低,就能(neng)說明(ming)控制的(de)好壞了,一(yi)般電流環(huan)能(neng)做(zuo)到1000HZ以上(shang),而速度(du)環(huan)只能(neng)做(zuo)到幾(ji)十赫茲。

 

01
轉矩控制

轉(zhuan)矩(ju)控(kong)制方式是通(tong)(tong)過(guo)外(wai)部(bu)模擬量的(de)(de)輸(shu)入或直接的(de)(de)地(di)址(zhi)的(de)(de)賦值(zhi)來設(she)定(ding)電(dian)(dian)機(ji)(ji)軸對外(wai)的(de)(de)輸(shu)出轉(zhuan)矩(ju)的(de)(de)大小(xiao)(xiao),具體表現為(wei)(wei)例如(ru)10V對應(ying)5Nm的(de)(de)話(hua),當外(wai)部(bu)模擬量設(she)定(ding)為(wei)(wei)5V時電(dian)(dian)機(ji)(ji)軸輸(shu)出為(wei)(wei)2.5Nm:如(ru)果電(dian)(dian)機(ji)(ji)軸負(fu)載低于2.5Nm時電(dian)(dian)機(ji)(ji)正轉(zhuan),外(wai)部(bu)負(fu)載等于2.5Nm時電(dian)(dian)機(ji)(ji)不(bu)轉(zhuan),大于2.5Nm時電(dian)(dian)機(ji)(ji)反(fan)轉(zhuan)(通(tong)(tong)常在有重力負(fu)載情況下產生(sheng))。可(ke)以(yi)通(tong)(tong)過(guo)即時的(de)(de)改(gai)變模擬量的(de)(de)設(she)定(ding)來改(gai)變設(she)定(ding)的(de)(de)力矩(ju)大小(xiao)(xiao),也可(ke)通(tong)(tong)過(guo)通(tong)(tong)訊方式改(gai)變對應(ying)的(de)(de)地(di)址(zhi)的(de)(de)數值(zhi)來實現。

應用主(zhu)要(yao)在(zai)對材(cai)質的(de)(de)受力(li)(li)有嚴格要(yao)求(qiu)的(de)(de)纏繞(rao)和放卷的(de)(de)裝置中,例如饒線裝置或拉光纖設備,轉矩的(de)(de)設定要(yao)根據纏繞(rao)的(de)(de)半徑的(de)(de)變(bian)化隨(sui)時更改(gai)以確保材(cai)質的(de)(de)受力(li)(li)不會(hui)隨(sui)著(zhu)纏繞(rao)半徑的(de)(de)變(bian)化而(er)改(gai)變(bian)。

 

02
位置控制

位(wei)(wei)(wei)置(zhi)控(kong)(kong)制模式(shi)一般(ban)(ban)是通過外部輸入的(de)(de)脈沖的(de)(de)頻率(lv)來確定轉動(dong)速(su)(su)(su)度(du)(du)的(de)(de)大(da)小,通過脈沖的(de)(de)個數來確定轉動(dong)的(de)(de)角度(du)(du),也有些伺服可以通過通訊方(fang)式(shi)直接對速(su)(su)(su)度(du)(du)和位(wei)(wei)(wei)移進行賦值。由于位(wei)(wei)(wei)置(zhi)模式(shi)可以對速(su)(su)(su)度(du)(du)和位(wei)(wei)(wei)置(zhi)都有很嚴格的(de)(de)控(kong)(kong)制,所以一般(ban)(ban)應用于定位(wei)(wei)(wei)裝置(zhi)。

 

應用領域如(ru)數控機床(chuang)、印刷(shua)機械等等。

 

03
速度模式

通過(guo)模(mo)擬量的(de)(de)輸入或脈沖的(de)(de)頻率(lv)都可以進行(xing)轉動速度的(de)(de)控(kong)制(zhi),在有上位控(kong)制(zhi)裝置(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)外環PID控(kong)制(zhi)時(shi)速度模(mo)式也可以進行(xing)定(ding)位,但必(bi)須把電機(ji)的(de)(de)位置(zhi)(zhi)(zhi)信(xin)號(hao)或直接負載(zai)的(de)(de)位置(zhi)(zhi)(zhi)信(xin)號(hao)給上位反饋以做運算用。位置(zhi)(zhi)(zhi)模(mo)式也支持直接負載(zai)外環檢(jian)測位置(zhi)(zhi)(zhi)信(xin)號(hao),此時(shi)的(de)(de)電機(ji)軸端(duan)的(de)(de)編碼(ma)器只檢(jian)測電機(ji)轉速,位置(zhi)(zhi)(zhi)信(xin)號(hao)就由直接的(de)(de)最終負載(zai)端(duan)的(de)(de)檢(jian)測裝置(zhi)(zhi)(zhi)來提供了(le),這樣的(de)(de)優點(dian)在于(yu)可以減(jian)少中間傳動過(guo)程中的(de)(de)誤差(cha),增加了(le)整個(ge)系統的(de)(de)定(ding)位精度。

 

04
談談3環

伺(si)服電機一般為三(san)個環(huan)控(kong)制,所謂三(san)環(huan)就是(shi)3個閉環(huan)負(fu)(fu)反饋PID調(diao)節系統。最內(nei)的(de)(de)PID環(huan)就是(shi)電流環(huan),此環(huan)完全在伺(si)服驅動(dong)器內(nei)部進(jin)行(xing),通(tong)過霍(huo)爾裝置檢測驅動(dong)器給電機的(de)(de)各(ge)相的(de)(de)輸出電流,負(fu)(fu)反饋給電流的(de)(de)設(she)定(ding)進(jin)行(xing)PID調(diao)節,從而達到輸出電流盡量(liang)接(jie)近(jin)等(deng)于(yu)設(she)定(ding)電流,電流環(huan)就是(shi)控(kong)制電機轉矩的(de)(de),所以在轉矩模式下驅動(dong)器的(de)(de)運算最小,動(dong)態響應最快。

 

第2環(huan)是(shi)速(su)度(du)環(huan),通過檢測的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)機編碼器(qi)的(de)(de)信號來(lai)進行(xing)負反(fan)饋PID調節,它的(de)(de)環(huan)內PID輸(shu)出直(zhi)接就(jiu)是(shi)電(dian)(dian)(dian)流(liu)環(huan)的(de)(de)設(she)定,所(suo)以(yi)速(su)度(du)環(huan)控(kong)(kong)制(zhi)時就(jiu)包含了速(su)度(du)環(huan)和電(dian)(dian)(dian)流(liu)環(huan),換句(ju)話說任何模式都(dou)必(bi)須使用電(dian)(dian)(dian)流(liu)環(huan),電(dian)(dian)(dian)流(liu)環(huan)是(shi)控(kong)(kong)制(zhi)的(de)(de)根本,在速(su)度(du)和位(wei)置(zhi)控(kong)(kong)制(zhi)的(de)(de)同時系統實(shi)際也在進行(xing)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(轉矩)的(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)以(yi)達到(dao)對速(su)度(du)和位(wei)置(zhi)的(de)(de)相應控(kong)(kong)制(zhi)。

 

第3環(huan)(huan)是(shi)位置環(huan)(huan),它是(shi)最外環(huan)(huan),可(ke)以在驅(qu)動器(qi)和電(dian)機(ji)編(bian)碼器(qi)間(jian)構建(jian)也可(ke)以在外部控(kong)制器(qi)和電(dian)機(ji)編(bian)碼器(qi)或(huo)最終負載間(jian)構建(jian),要根據實際(ji)情況(kuang)來定(ding)。由于位置控(kong)制環(huan)(huan)內部輸(shu)出就是(shi)速度環(huan)(huan)的設定(ding),位置控(kong)制模式下(xia)系統(tong)進行(xing)了所有3個環(huan)(huan)的運算,此時的系統(tong)運算量最大(da),動態響應速度也最慢。

 

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