Es gibt drei Servomotorsteuerungsmodi: Impuls-, Analog- und Kommunikationssteuerung. Wie wählt man den Servomotor-Steuerungsmodus in verschiedenen Anwendungsszenarien?
1. Impulssteuerungsmodus des Servomotors
In einigen kleinen eigenständigen Geräten sollte die Verwendung der Impulssteuerung zur Motorpositionierung die häufigste Anwendung sein. Dieser Steuermodus ist einfach und leicht zu verstehen. Grundlegende Steuerungsidee: Der Gesamtimpuls bestimmt die Motorverdrängung, die Impulsfrequenz bestimmt die Motordrehzahl. Der Impuls wird ausgewählt, um die Steuerung des Servomotors zu realisieren. Öffnen Sie das Benutzerhandbuch des Servomotors, es wird eine Tabelle wie folgt angezeigt:
Beide sind pulsgesteuert, aber die Implementierung ist unterschiedlich:
Zunächst erhält der Fahrer zwei Hochgeschwindigkeitsimpulse (A, B) und bestimmt die Drehrichtung des Motors durch die Phasendifferenz zwischen den beiden Impulsen. Wenn B in der obigen Abbildung 90 Grad schneller ist als Phase A, ist es positiv. Wenn B 90 Grad langsamer als A ist, wird es invertiert. Im Betrieb wechseln sich die beiden Phasenimpulse dieser Regelung ab, daher nennen wir diese Regelungsart auch Differenzregelung. Es hat die Differenzcharakteristik, die auch zeigt, dass dieser Steuermodus, der Steuerimpuls, eine höhere Entstörungsfähigkeit hat, in einigen Anwendungsszenarien mit starken Störungen wird dieser Modus bevorzugt. Aber auf diese Weise muss eine Motorwelle zwei Hochgeschwindigkeits-Impulsanschlüsse belegen, was für die angespannte Situation des Hochgeschwindigkeits-Impulsanschlusses unangenehm ist.
Zweitens empfängt der Fahrer immer noch zwei Hochgeschwindigkeitsimpulse, aber die zwei Hochgeschwindigkeitsimpulse existieren nicht gleichzeitig. Wenn sich ein Impuls im Ausgangszustand befindet, muss der andere im ungültigen Zustand sein. Bei der Wahl dieses Steuermodus ist darauf zu achten, dass immer nur ein Impuls ausgegeben wird. Zwei Impulse, ein Ausgang für die positive Richtung, der andere für die negative Richtung. Wie im obigen Fall ist auch dieser Modus eine Motorwelle, die zwei Hochgeschwindigkeits-Impulsports belegen muss.
Drittens muss nur ein Impulssignal an den Treiber gegeben werden, und der positive und negative Betrieb des Motors wird durch das IO-Signal in einer Richtung bestimmt. Dieser Steuermodus ist einfacher und belegt die geringsten Ressourcen des Hochgeschwindigkeits-Impulsports. In einem typischen kleinen System wird dies bevorzugt.
2. Servomotor-Simulationssteuerungsmodus
In dem Anwendungsszenario, das einen Servomotor zur Realisierung der Drehzahlregelung verwenden muss, können wir die analoge Größe zur Realisierung der Drehzahlregelung des Motors wählen, der Wert der analogen Größe bestimmt die Laufgeschwindigkeit des Motors. Die analoge Größe kann auf zwei Arten ausgewählt werden, Strom oder Spannung. Spannungsmodus, muss nur eine bestimmte Menge an Spannung am Ende des Steuersignals hinzufügen. Die Implementierung ist einfach, in einigen Szenarien wird ein Potentiometer verwendet, um die Steuerung zu erreichen. Wenn jedoch die Spannung als Steuersignal verwendet wird, kann die Spannung in der komplexen Umgebung leicht gestört werden, was zu einer instabilen Steuerung führt. Strommodus: Es wird das entsprechende Stromausgangsmodul benötigt. Das Stromsignal hat jedoch eine starke Anti-Jamming-Fähigkeit und kann in komplexen Szenen verwendet werden.
3. Servomotor-Kommunikationssteuerungsmodus
CAN, EtherCAT, Modbus und Profibus sind gängige Wege, um die Servomotorsteuerung mittels Kommunikation zu realisieren. Die Steuerung des Motors mittels Kommunikation ist die bevorzugte Steuerungsmethode in einigen komplexen und großen Systemanwendungsszenarien. Im Kommunikationsmodus sind die Größe des Systems und die Anzahl der Motorwellen einfach zu schneiden, keine komplexe Steuerverkabelung. Das aufgebaute System ist äußerst flexibel.
Die Drehzahlregelung und die Drehmomentregelung des Servomotors werden durch eine analoge Größe gesteuert. Die Positionsregelung wird durch das Senden von Impulsen gesteuert. Der spezifische Steuermodus sollte entsprechend den Anforderungen der Kunden ausgewählt werden und die Bewegungsfunktion erfüllen. Wenn Sie keine Anforderungen an die Drehzahl und Position des Motors haben, solange die Ausgabe eines konstanten Drehmoments erfolgt, ist der Drehmomentmodus natürlich.
Wenn für Position und Geschwindigkeit bestimmte Genauigkeitsanforderungen gelten und das Echtzeitdrehmoment nicht sehr wichtig ist, ist der Drehmomentmodus nicht sehr praktisch, der Geschwindigkeits- oder Positionsmodus ist besser. Wenn der obere Regler eine gute Regelungsfunktion hat, ist die Wirkung der Geschwindigkeitsregelung besser. Wenn die Anforderungen nicht sehr hoch sind oder keine Echtzeitanforderung besteht, stellt der Lageregelungsmodus keine hohen Anforderungen an die übergeordnete Steuerung.
In Bezug auf die Reaktionsgeschwindigkeit des Servotreibers erfordert der Drehmomentmodus die geringste Berechnung und der Treiber reagiert am schnellsten auf das Steuersignal. Der Positionsmodus hat die meisten Berechnungen und die Reaktion des Fahrers auf das Steuersignal ist am langsamsten.
Es ist notwendig, den Motor in Echtzeit anzupassen, wenn die dynamische Leistung in Bewegung erforderlich ist. Wenn also die Steuerung selbst langsam ist (z. B. eine SPS oder eine Low-End-Bewegungssteuerung), verwenden Sie die Positionssteuerung. Wenn der Controller eine schnelle Rechengeschwindigkeit hat, kann der Positionsring schnell vom Treiber zum Controller bewegt werden, um die Arbeitsbelastung des Treibers zu verringern und die Effizienz zu verbessern (wie bei den meisten mittleren und High-End-Motion-Controllern); Wenn Sie einen besseren oberen Controller haben, können Sie auch die Drehmomentregelung verwenden, der Drehzahlregelkreis wird auch vom Antrieb entfernt, dies ist im Allgemeinen nur ein dedizierter High-End-Controller, der dies tun kann und derzeit keinen verwenden muss Servomotor.
Im Allgemeinen ist die Treibersteuerung nicht gut, jeder Hersteller sagt, dass er das Beste tut, aber jetzt gibt es einen intuitiveren Vergleich, der als Reaktionsbandbreite bezeichnet wird. Bei der Drehmoment- oder Drehzahlregelung wird dem Impulsgenerator ein Rechtecksignal zugeführt, damit sich der Motor kontinuierlich dreht und umkehrt und die Frequenz ständig angepasst wird. Was auf dem Oszilloskop angezeigt wird, ist ein Wobbelfrequenzsignal. Wenn die Spitze der Hüllkurve 70,7 Prozent des höchsten Werts erreicht, zeigt dies an, dass der Schritt aus dem Tritt geraten ist. Die durchschnittliche Stromschleife kann mit mehr als 1000 Hz betrieben werden, während die Geschwindigkeitsschleife nur mit einigen zehn Hertz betrieben werden kann.
Um es technischer auszudrücken:
1. Drehmomentregelung des Servomotors
Der Drehmomentregelungsmodus besteht darin, das Ausgangsdrehmoment der Motorwelle durch die Eingabe der externen analogen oder direkten Adresszuweisung einzustellen. Die spezifische Leistung ist wie folgt: Wenn beispielsweise 10 V 5 Nm entsprechen, ist der Ausgang der Motorwelle, wenn das externe Analog auf 5 V eingestellt ist
2,5 Nm: Wenn die Motorwellenlast weniger als 2,5 Nm beträgt, dreht der Motor positiv; wenn die externe Last gleich 2,5 Nm ist, dreht sich der Motor nicht; Wenn der Motor mehr als 2,5 Nm hat, kehrt der Motor um (normalerweise erzeugt, wenn eine Schwerkraftlast vorhanden ist). Das Drehmoment kann geändert werden, indem die Einstellung der analogen Größe sofort geändert wird, und der entsprechende Adresswert kann auch durch Kommunikation geändert werden.
Es wird hauptsächlich in Auf- und Abwickelgeräten verwendet, die strenge Anforderungen an die Kraft des Materials haben, wie z. B. Drahtgeräte oder Faserziehgeräte. Die Einstellung des Drehmoments sollte jederzeit entsprechend der Änderung des Wickelradius geändert werden, um sicherzustellen, dass sich die Kraft des Materials nicht mit der Änderung des Wickelradius ändert.
2. Positionskontrolle des Servomotors:
Der Steuermodus erfolgt im Allgemeinen durch die externe Eingangsimpulsfrequenz, um die Größe der Drehzahl zu bestimmen, durch die Anzahl der Impulse, um den Drehwinkel zu bestimmen, einige Servos können auch direkt durch den Kommunikationsmodus der Geschwindigkeits- und Verschiebungszuordnung sein. Da der Positionsmodus eine sehr strenge Steuerung von Geschwindigkeit und Position haben kann, wird er im Allgemeinen in Positionierungsgeräten verwendet. Anwendungen wie CNC-Werkzeugmaschinen, Druckmaschinen und so weiter.
3. Geschwindigkeitsmodus des Servomotors:
Über Analogeingang oder Impulsfrequenz kann die Drehzahl gesteuert werden, im oberen Steuergerät der äußeren Schleife kann auch der PID-Regelungsgeschwindigkeitsmodus positioniert werden, aber das Motorpositionssignal oder das direkte Lastpositionssignal muss zur Berechnung an die obere Rückführung weitergeleitet werden. Der Positionsmodus unterstützt auch den direkten Lastaußenring, um das Positionssignal zu erkennen. In diesem Fall erfasst der Encoder am Motorwellenende nur die Motordrehzahl, und das Positionssignal wird von der Direkterfassungseinrichtung am Endlastende bereitgestellt. Der Vorteil dieses Modus besteht darin, dass der Fehler im Zwischenübertragungsprozess reduziert und die Positioniergenauigkeit des gesamten Systems erhöht werden kann.
4. Sprechen Sie über 3 Ringe
Der Servo wird im Allgemeinen von drei Ringen gesteuert, und die sogenannten drei Ringe sind drei PID-Regelsysteme mit geschlossener Schleife und negativer Rückkopplung. Der innerste PID-Ring ist der Stromring, der komplett im Servotreiber ausgeführt wird. Die Hall-Vorrichtung erfasst den Ausgangsstrom jeder Phase des Treibers zum Motor und gibt eine negative Rückmeldung zur Einstellung des Stroms für die PID-Regelung, um den Ausgangsstrom so nahe wie möglich an den eingestellten Strom anzupassen. Der Stromring dient zur Steuerung des Motordrehmoments, sodass der Betrieb des Treibers im Drehmomentmodus minimal ist.
Die dynamische Reaktion ist am schnellsten.
Der zweite Ring ist der Geschwindigkeitsring, der durch die negative Rückkopplung PID durch das Signal des erfassten Motorgebers eingestellt wird. Der PID-Ausgang im Ring ist direkt die Einstellung des aktuellen Rings, sodass die Geschwindigkeitsringsteuerung den Geschwindigkeitsring und den aktuellen Ring umfasst, mit anderen Worten, jeder Modus muss den aktuellen Ring verwenden, der aktuelle Ring ist die Wurzel der Steuerung . Gleichzeitig mit der Geschwindigkeits- und Positionssteuerung wird im System auch eine Strom-(Drehmoment-)Steuerung durchgeführt, um die entsprechende Steuerung von Geschwindigkeit und Position zu erreichen.
Der dritte Ring ist der Positionsring, der der äußerste Ring ist und je nach Situation zwischen dem Treiber und dem Motorgeber oder zwischen der externen Steuerung und dem Motorgeber oder der Endlast eingebaut werden kann. Da die interne Ausgabe des Positionssteuerrings die Einstellung des Geschwindigkeitsrings ist, führt das System den Betrieb aller drei Ringe im Positionssteuermodus durch, und zu diesem Zeitpunkt hat das System den größten Rechenaufwand und die langsamste dynamische Reaktionsgeschwindigkeit .