伺服电机的控制模式及增益调整探讨.docx

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1、何服电机的控制模式及增益词整探讨伺服电机的控制模式详解1,转矩控制转矩控制方式是通过外部模拟域的输入或宜接的地址的赋值来设定电机釉对外的输出转矩的大小,具体表现为例如IOV对应5Nm的话，当外部模拟出设定为5V时电机轴输出为25Nm:如果电机轴负裂低于2.5Nm时电机正转，外部负我等于2.5Nm时电机不转,大于2.5Nm时电机反转通常.在有求力负税情况下产生）。可以通过即时的改变模拟汆的设定来改变设定的力矩大小,也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现，应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中,例如饶线装腔或拉光纤设的.转矩的设定要根抠缠境的半径的变化时时更改以确保材侦的受力不会

2、1.者缠绕半径的变化而改变.2.位商控制位置控制模式一般是通过外部输入的脓冲的频率来价定游动速度的大小,通过脉冲的个数来确定转动的角度,也有些向微可以通过通讯方式直接对速陵和位移进行赋值.由于位置模式可以对速度和位置格书很严格的控制，所以一般应用于定位装T1.3,速度模式通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环P1.D控制时速度模式也可以进行定位,但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用.位置模式也支持出接负教外环检测位置伯,此时的电机轴罐的编码器只检测电机转速，位置信号就由口接的以终他我端的检测装田来提供了，这样的优点在于可以减少中间

3、传动过程中的误差,增加整个系统的定位精度.4.全闭环控制模式全闭环控制是相对于半闭环控制而言的.首先我们来了解下半闭环控制，半闭环是指数控系统或P1.C发出速脉冲指令。伺服接殳指令，然后执行，在执行的过程中,同眼本分的编码器进行位置反健给伺服，伺服自1.1.进行偏差修正,何眼本身误差可避免,但是机械误差无法避免.因为控制系统不知道实际的位乳.而全闭环是指伺服接受上位控制器发出速度可控的脉冲指令,伺服接受信号执行,执行的过程中，在机械装建上有位汽反馈的装汽，直接反馈给控制系统，控制系统通过比较，判断出与实际偏差，给伺服指令，进行偏差修正，这样控制系统通过频率UJ控的脓冲信号完成何眼的速度环控制,

4、然后乂通过位置传感滞光栅尺、娟眄；完成何服的位置环控制.这种把同服电机、运动控制器、位置传感器-:若有机的结合在一起的控制模式称之为全闭环控制。伺眼电机P1.D三环时伺服控制的影响何服电机一般为三个坏控制.所谓三环就是3个闭环负反馈PID调节系统.从内向外分别为电流环、速度环、位置环.1 .电流环：最内的PID环就是电流环，此环完全在伺服羯动器内部进行，通过霍尔装理检测界动器给电机的各相的输出电流，.负反馈给电流的设定进行P1.D调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流,电流环就是控制电机转矩的.所以在转柜模式下驱动零的运算最小，动态响应被快.2 .速度环：通过依测的电机编码器的信号来进行负

5、反馈PID调节，它的环内PID输出直接就是电流环的设定,所以速度环控制时就包含了速度环和电流环，换句话说任何模式都必须使用电流环,电流环是捽制的根本,在速度和位置捽制的同时系统实际也在进行电流（转矩）的控制以达到对速度和位置的相应控制.3 .位汽环：它是G外环，可以在驱动器和电机编码器间构建也可以在外部控制器和电机编码甥或用终负载间构建，要根据实际情况来定，由于位置控制环内部输出就是速度环的设定.位贸控制模式下系统进行了所有3个环的运算.此时的系统运算Ift最大,动态响应速度也嫌慢.三环的埴益调整1 .甘先电流环：电流环的输入是速度环PID调节后的那个输出，我们称为“电流环给定”吧.然后呢就是

6、电流环的这个给定和“电流环的反馈”值进行比较后的差值在电流环内做PID调节输出给电机，“电流环的输出”就是电机的每相的相电流，”电流环的反馈”不是编码器的反馈而是在驱动器内部安装在好相的霍尔元件（磁场博应变为电流电压信号）反馈给电流环的，2 .速度环：速度环的输入就是位置环P1.D调节后的输出以及位置设定的前馈值.我们称为“速度设定二这个“速度设定”和“速度环反馈”佗进行比较后的差值在速度环做PID调节（主要是比例增益和积分处理后输出就是上面讲到的“电流环的给定”。速度环的反馈来自于编码器的反馈后的假经过“速度运算器”得到的。3 .位置环：位置环的融入就是外部的脉冲（通常情况下.比接写数据到驱

7、动潺地址的同眼例外），外部的脉冲羟过平滑港波处理和电子齿轮计算后作为“位置环的设定”,设定和来自编码器反馈的脉冲信号经过偏差计数器的计算后的数例在羟过位范环的PID调节（比例增益调节，无枳分微分环节）后输出和位置给定的前馈信号的合值就构成了上面讲的速度环的给定.位置环的反馈也来自于编码编码牌安装于何眼电机尾部,它和电流环没有任何联系.他采样来自于电机的转动而不是电机电流，和电流环的输入给出、反馈没有任何联系.而电流环是在胭动器内部形成的，即使没有电机，只要在斑相上安装模拟负我（例如电灯泡）电流环就能形成反惭工作。PID控制的概念PID是控制系统中的理要参数，指控制方式，指输出与输入之间的响应方

8、式，英文字母比例（PK积分（IX微分（D）eP1.D控制把收集到的数据和一个参考值进行比较.然后把这个差别用于计售新的输入值.这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值.和其他简单的仲制运竟不同，PID控制可以根据历史数据和差别的出现率来得整输入伯，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反发的情况卜.，个PID反付用1路却可以保持系统的柩定简单来说P1.D控制就是反馈控制通过测Qt关心的变量与期望值比较，然后用这个误差纠正调节捽制系统.PID各自对差值两节对系统的影响1 .取独的P（比例）就是将差值进行成比例的运算，它的

9、显存特点就是有差调节，有差的意义就是调节过程结束后，被调T不可能与设定值准确相等，它们之间定有残差,残差具体（ft可以通过比例关系计算出.增加比例将会有效减小残差并增加系统响应,但容易导致系统激烈徙薪扰至不稳定.2 .单独的1（积分）就是使调节器的输出信号的变化速度与差值信号成正比，大家不难理解，如果差值大，则积分环节的变化速度大，这个环节的正比常数的比例倒数我们在伺眼系统里通常叫它为积分时间常数积分时间常数越小意味着系统的变化速度越快.所以同样如果增大积分速度（也就足减小积分时间常数）将会降低控制系统的稳定程度，直到最后H1.现发放的熊荡过程，这个环节酸大的好处就是被调业以后是没有残差的，3

10、 .PI（比例枳分就是综合P和I的优点，利用P调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差.4 .冷独的D（微分）就是根据差位的方向和大小进行冏节的.圜节器的输出与差依对于时间的炉数成正比，微分环节只能起到辅助的调节作用，它可以与其他调节结合成PD和PID调节。它的好处是可以根据被调节埴差值）的变化速度来进行询节而不要等到出现了很大的体型后才开始动作.其实就是赋予了调节器以某种程度上的预见性,可以增加系统对微小变化的响应特性，伺服的电流环的PID常数一般都是在驱动器内部设定好的，操作使用者不需要更改。速度环主要进行PI（比例和积分），比例就是增益，所以我们要对速度增益和速度枳分时间常数进行合

11、适的调节才能达到理想效果.位置环主要诳行P（比例）调节.对此我们只要设定位次环的比例增益就好了。位置环、速度环的参数询节没有什么固定的数值,要根据外部负载的机械传动连接方式、负载的运动方式、负就惯量、对速度、加速度要求以及电机本身的转子惯量和谕出惯盘殍等很多条件来决定，调节的简单方法是在根据外部负坡的情况进行大体廷验的范围内将增益参数从小往大调，枳分时间常数从大往小调，以不出现徭动超调的稳态值为以佳值进行设定。当进行（置模式需要调节位置环时,最好先调节逑度环（此时位置环的比例增益设定在经脸俄的最小（ft）词节速度环枪定后,在调节位置坏增益.适量逐步增加,位置环的响械最好比速度环慢一点，不然也容

12、易出现速度燕荡.增益调整的原则及注意!”顶松卜和三菱伺服都有自动增益功能。通常下都应该设置成自动墙益,不需要特别去调整了.但也有一些何用需要手工调整。手工调整时需注意以下几点位置环足间整静态增益的.速度环是调整动态增益的.筒单讲就是，在马达停止的时候调整位阀环，在马达运行时候调整速度环。位置环埴益，提高位置响应的速度,也就是说找到位置的快微，增益越高达到目标的时间越短,不足速度的关系,闭环系统在最后定位结束的地方是个高速凝荡的过程,在目标值附近快速熊荡,最后找到目标,增益鸟，这个麴荡结束就快，这个是何服电机的曳要性能指标之一。速度环增益当然就是对应速度.达到目标速度的性能，看起来增益是越高越好

13、,实际操作不是这样何极系统增益过高会脩来共振,产生巨大的噪声，造成电机猛烈的段动，建议把增益得得尽求低,马达就不会乱叫了.因为大部分人使用伺服的时候，都不需要很高的响应。只御要保证马达不发生共振就行了。过而的埴益还会带来超速，过栽，过流等等的同胞.因为理想的计算值与实际电机的能力还是有差距的,包括电子元件的电流负荷能力和响应能力等等.伺服电机控制方式有脉冲、模拟hi和通讯这三种.在不同的应用场块下，我们该如何选择伺.服电机的控制方式呢？一、伺服电机脉冲控制方式在一些小型单.机设备,选用脉冲控制实现电机的定位，应该是最常见的应用方式,这种控制方式简单，易于理解.权本的控制思路：脉冲总吊确定电机位

14、移，脉冲频率确定电机速JK选用了脉冲来实现向眼电机的控制，iW开向来电机的使用手册，一般会有如卜这样的表格：指令脉冲影荟僖号名称正方向指令负方向指令90位相82怛踪冲（A相相）Pu1.ssignBSttAmtt90*BettAme90*正方向脉冲列负方向蜘例Pu1.ssignP11-n-脉冲+符号PU1.SSIGN7jfjy1Hk都是脉冲控制,但是实现方式并不一样：第一种，驱动器接收两路（A、B路）高速脉冲，通过两路脉冲的相位基.确定电机的旋转方向。如上图中，如果B相比A相快90度，为正转：那么B相比A相慢90度，则为反转。运行时,这种控制的两相脉冲为交替状.因此我们也叫这样的控制方式为差分控

15、制.具布叁分的特点，那也说明了这种控制方式,控制脉冲具有更高的抗干扰能力，在一些干扰较强的应用场景，优先选用这种方式.但是这种方式一个电机轴需要占用两路高速脓冲端口，对商逑脓冲口紧张的情况,比较不适用.第二种，业动器依然接收两路高速时:冲，但是两路高速脉冲并不同时存在,一路脉冲处于输出状态时,另一路必须处于无效状态.第二种，驱动涔依然接收两路高速脉冲，但是两路高速脉冲并不同时存在，一路脉冲处于输出状态时，另一路必须处于无效状密，选用这种控制方式时，一定要确保在同一时刻只有一路脓冲的输出.两路脓冲，一路输出为正方向运行，另一路为负方向运行。和上面的情况一样这种方式也是一个电机轴需要占用两路高速脉

16、冲端口.第二种，只需要给骁动器一路脉冲信号，电机正反向运行由一路方向IO信号确定.这种控制方式控制更加简单，而速脉冲口资源占用也最少。在一般的小型系统中，可以优先选用这抑方式.二、何服电机模拟量控制方式在需要使用伺服电机实现速僮控制的应用场景,我们可以选用模拟后来实现电机的速度控制，模拟质的值决定了电机的运行速度。模拟地有两种方式可以选择,电流或电压。电压方式：只需要在控制信号端加入一定大小的电压即可在有些场景甚至使用一个电位器即可实现控制，非常的简单-但选用电压作为控制信号，在环境笑条的场景下，电压容易被干扰，造成拄制不稳定，电流方式：需要时应的电流输出模块，但电流信号抗干扰能力强，可以使用在处杂的场景.三、伺服电机通信控制方