Dostępne są trzy tryby sterowania serwomotorem: impulsowy, analogowy i komunikacyjny. Jak wybrać tryb sterowania serwomotorem w różnych scenariuszach aplikacji?
1. Tryb sterowania impulsem silnika serwo
W niektórych małych, samodzielnych urządzeniach wykorzystanie sterowania impulsowego do pozycjonowania silnika powinno być najczęstszym zastosowaniem, ten tryb sterowania jest prosty i łatwy do zrozumienia. Podstawowa idea sterowania: całkowity impuls określa przemieszczenie silnika, częstotliwość impulsów określa prędkość silnika. Impuls jest wybierany do realizacji sterowania serwomotorem. Otwórz instrukcję obsługi serwomotoru, pojawi się następująca tabela:
Oba są sterowane impulsowo, ale implementacja jest inna:
Najpierw sterownik otrzymuje dwa szybkie impulsy (A, B) i określa kierunek obrotów silnika na podstawie różnicy faz między tymi dwoma impulsami. Na powyższym rysunku, jeśli faza B jest o 90 stopni szybsza niż faza A, jest dodatnia. Jeśli B jest o 90 stopni wolniejszy niż A, jest odwrócony. Podczas pracy, dwa impulsy fazowe tego sterowania są naprzemienne, więc ten tryb sterowania nazywamy również sterowaniem różnicowym. Ma charakterystyczną różnicę, która pokazuje również, że ten tryb sterowania, impuls sterujący ma wyższą zdolność przeciwzakłóceniową, w niektórych scenariuszach aplikacji z silnymi zakłóceniami ten tryb jest preferowany. Ale w ten sposób wał silnika musi zajmować dwa szybkie porty impulsowe, co jest niewygodne w napiętej sytuacji szybkiego portu impulsowego.
Po drugie, sterownik nadal otrzymuje dwa szybkie impulsy, ale te dwa szybkie impulsy nie istnieją w tym samym czasie. Gdy jeden impuls jest w stanie wyjściowym, drugi musi być w stanie nieprawidłowym. Wybierając ten tryb sterowania, ważne jest, aby upewnić się, że na raz wysyłany jest tylko jeden impuls. Dwa impulsy, jedno wyjście dla kierunku dodatniego, drugie dla kierunku ujemnego. Podobnie jak w powyższym przypadku, ten tryb jest również wałem silnika, który musi zajmować dwa szybkie porty impulsowe.
Po trzecie, do sterownika należy podać tylko jeden sygnał impulsowy, a dodatnie i ujemne działanie silnika jest określane przez sygnał IO w jednym kierunku. Ten tryb sterowania jest prostszy i zajmuje najmniej zasobów szybkiego portu impulsowego. W typowym małym systemie jest to preferowane.
2. Tryb sterowania symulacją silnika serwo
W scenariuszu aplikacji, który wymaga wykorzystania serwomotoru do realizacji sterowania prędkością, możemy wybrać wielkość analogową do realizacji sterowania prędkością silnika, wartość wielkości analogowej określa prędkość obrotową silnika. Wielkość analogową można wybrać na dwa sposoby, prąd lub napięcie. Tryb napięcia, wystarczy dodać pewną ilość napięcia na końcu sygnału sterującego. Implementacja jest prosta, w niektórych scenariuszach wykorzystuje się potencjometr do uzyskania kontroli. Jednakże, gdy napięcie jest używane jako sygnał sterujący, łatwo jest zakłócić napięcie w złożonym środowisku, co powoduje niestabilną kontrolę. Tryb prądowy: wymagany jest odpowiedni moduł wyjścia prądowego. Ale obecny sygnał ma silne właściwości przeciwzakłóceniowe i może być używany w złożonych scenach.
3. Tryb sterowania komunikacją serwomotoru
CAN, EtherCAT, Modbus i Profibus to powszechne sposoby realizacji sterowania serwomotorami za pomocą komunikacji. Sterowanie silnikiem za pomocą komunikacji jest preferowaną metodą sterowania w niektórych złożonych i dużych scenariuszach aplikacji systemowych. Korzystając z trybu komunikacji, rozmiar systemu, liczba wałów silnika są łatwe do cięcia, bez skomplikowanego okablowania sterującego. Zbudowany system jest niezwykle elastyczny.
Kontrola prędkości i kontrola momentu obrotowego serwomotoru są kontrolowane przez wielkość analogową. Sterowanie położeniem odbywa się poprzez wysyłanie impulsów. Konkretny tryb sterowania powinien być wybrany zgodnie z wymaganiami klientów i spełniać funkcję ruchu. Jeśli nie masz wymagań dotyczących prędkości i położenia silnika, o ile wyjście stałego momentu obrotowego jest oczywiście trybem momentu obrotowego.
Jeśli pozycja i prędkość mają określone wymagania dotyczące dokładności, a moment obrotowy w czasie rzeczywistym nie jest bardzo zainteresowany, tryb momentu obrotowego nie jest zbyt wygodny, tryb prędkości lub pozycji jest lepszy. Jeśli górny kontroler ma dobrą funkcję sterowania w pętli zamkniętej, efekt kontroli prędkości będzie lepszy. Jeśli wymagania nie są bardzo wysokie lub nie ma wymogu czasu rzeczywistego, tryb sterowania pozycją nie ma wysokich wymagań w stosunku do górnego kontrolera.
Jeśli chodzi o szybkość odpowiedzi serwonapędu, tryb momentu obrotowego wymaga najmniejszych obliczeń, a sterownik najszybciej reaguje na sygnał sterujący. Tryb pozycji ma najwięcej obliczeń, a reakcja kierowcy na sygnał sterujący jest najwolniejsza.
Konieczne jest dostosowanie silnika w czasie rzeczywistym, gdy wymagana jest dynamika w ruchu. Więc jeśli sam kontroler jest powolny (taki jak PLC lub kontroler ruchu z niższej półki), użyj sterowania pozycją. Jeśli kontroler ma dużą prędkość obliczeniową, pierścień pozycji można przenieść ze sterownika do kontrolera w szybki sposób, aby zmniejszyć obciążenie sterownika i poprawić wydajność (tak jak w przypadku większości kontrolerów ruchu średniej i wyższej klasy); Jeśli masz lepszy górny kontroler, możesz również użyć kontroli momentu obrotowego, pętla prędkości jest również usuwana z napędu, jest to na ogół tylko wysokiej klasy dedykowany kontroler, który może to zrobić iw tej chwili nie trzeba używać siłownik.
Ogólnie rzecz biorąc, sterowanie sterownikami nie jest dobre, każdy producent twierdzi, że robi wszystko, co w jego mocy, ale teraz istnieje bardziej intuicyjny sposób porównania, zwany przepustowością odpowiedzi. Podczas kontroli momentu obrotowego lub kontroli prędkości do generatora impulsów podawany jest sygnał fali prostokątnej, aby silnik stale się obracał i cofał oraz stale dostosowywał częstotliwość. To, co jest wyświetlane na oscyloskopie, to sygnał częstotliwości przemiatania. Gdy wierzchołek obwiedni osiągnie 70,7 procent najwyższej wartości, oznacza to, że krok wyszedł poza krok. Średnia pętla prądowa może działać z częstotliwością większą niż 1000 Hz, podczas gdy pętla prędkości może działać tylko z dziesiątkami herców.
Ujmując to bardziej technicznie:
1. Sterowanie momentem obrotowym silnika serwo
Tryb kontroli momentu obrotowego polega na ustawieniu wyjściowego momentu obrotowego wału silnika poprzez wejście zewnętrznego adresu analogowego lub bezpośredniego. Konkretna wydajność jest następująca: na przykład, jeśli 10 V odpowiada 5 Nm, gdy zewnętrzny analog jest ustawiony na 5 V, moc wyjściowa wału silnika jest
2,5 Nm: Jeśli obciążenie wału silnika jest mniejsze niż 2,5 Nm, silnik zmieni kierunek na dodatni; jeśli obciążenie zewnętrzne jest równe 2,5 Nm, silnik nie będzie się obracał; jeśli silnik jest większy niż 2,5 Nm, silnik odwróci się (zwykle generowany, gdy występuje obciążenie grawitacyjne). Moment obrotowy można zmienić, natychmiast zmieniając ustawienie wielkości analogowej, a odpowiednią wartość adresu można również zmienić za pomocą komunikacji.
Stosowany jest głównie w urządzeniach do nawijania i rozwijania, które mają surowe wymagania dotyczące siły materiału, takich jak urządzenie drutowe lub sprzęt do wyciągania włókien. Ustawienie momentu obrotowego powinno być zmieniane w dowolnym momencie zgodnie ze zmianą promienia nawijania, aby zapewnić, że siła materiału nie zmieni się wraz ze zmianą promienia nawijania.
2. Sterowanie położeniem serwomotoru:
Tryb sterowania odbywa się ogólnie poprzez zewnętrzną częstotliwość impulsów wejściowych w celu określenia wielkości prędkości obrotowej, poprzez liczbę impulsów w celu określenia kąta obrotu, niektóre serwomechanizmy mogą być również bezpośrednio w trybie komunikacji prędkości i przypisania przemieszczenia. Ponieważ tryb pozycji może mieć bardzo ścisłą kontrolę prędkości i pozycji, jest powszechnie używany w urządzeniach pozycjonujących. Zastosowania takie jak obrabiarki CNC, maszyny drukarskie i tak dalej.
3. Tryb prędkości silnika serwo:
Za pomocą wejścia analogowego lub częstotliwości impulsów można sterować prędkością obrotową, w górnym urządzeniu sterującym pętli zewnętrznej PID można również ustawić tryb prędkości, ale sygnał położenia silnika lub sygnał położenia obciążenia muszą być kierowane do górnego sprzężenia zwrotnego w celu obliczenia. Tryb położenia obsługuje również pierścień zewnętrzny z bezpośrednim obciążeniem w celu wykrycia sygnału położenia. W tym przypadku enkoder na końcu wału silnika wykrywa tylko prędkość silnika, a sygnał położenia jest dostarczany przez bezpośrednie urządzenie wykrywające na końcowym końcu obciążenia. Zaletą tego trybu jest to, że można zmniejszyć błąd w pośrednim procesie transmisji i zwiększyć dokładność pozycjonowania całego systemu.
4. Porozmawiaj o 3 pierścieniach
Serwonapęd jest generalnie kontrolowany przez trzy pierścienie, a tak zwane trzy pierścienie to trzy systemy regulacji PID z ujemnym sprzężeniem zwrotnym w pętli zamkniętej. Najbardziej wewnętrzny pierścień PID to pierścień prądowy, który jest całkowicie realizowany wewnątrz serwonapędu. Urządzenie Halla wykrywa prąd wyjściowy każdej fazy sterownika do silnika i przekazuje ujemne sprzężenie zwrotne do ustawienia prądu dla regulacji PID, tak aby uzyskać prąd wyjściowy jak najbardziej równy ustawionemu prądowi. Pierścień prądowy ma sterować momentem obrotowym silnika, więc praca sterownika w trybie momentowym jest minimalna.
Reakcja dynamiczna jest najszybsza.
Drugi pierścień to pierścień prędkości, który jest regulowany przez ujemne sprzężenie zwrotne PID poprzez sygnał wykrytego enkodera silnika. Wyjście PID w pierścieniu jest bezpośrednio ustawieniem bieżącego pierścienia, więc kontrola pierścienia prędkości obejmuje pierścień prędkości i pierścień prądu, innymi słowy, każdy tryb musi wykorzystywać bieżący pierścień, bieżący pierścień jest korzeniem kontroli . W tym samym czasie kontroli prędkości i pozycji, w systemie przeprowadzana jest również kontrola prądu (momentu obrotowego), aby uzyskać odpowiednią kontrolę prędkości i pozycji.
Trzeci pierścień to pierścień pozycji, który jest najbardziej zewnętrznym pierścieniem i może być zbudowany między sterownikiem a enkoderem silnika lub między zewnętrznym sterownikiem a enkoderem silnika lub końcowym obciążeniem w zależności od sytuacji. Ponieważ wewnętrznym wyjściem pierścienia regulacji położenia jest ustawienie pierścienia prędkości, system wykonuje operację wszystkich trzech pierścieni w trybie sterowania pozycją, a w tym czasie system ma największą ilość obliczeń i najwolniejszą dynamiczną prędkość odpowiedzi .