Както контролът на скоростта, така и контролът на въртящия момент за серво мотори се изпълняват с помощта на аналогови сигнали, докато контролът на позицията се постига чрез генериране на импулси. Конкретният режим на управление, който трябва да бъде приет, се избира въз основа на изискванията на клиента и специфичните функции на движение, които трябва да бъдат изпълнени.
трите режима на управление за серво мотори
- Ако нямате специфични изисквания по отношение на скоростта или позицията на двигателя-и просто трябва да подадете постоянен въртящ момент-режимът на въртящ момент е очевидният избор.
- Ако се нуждаете от определено ниво на прецизност по отношение на позицията и скоростта, но не сте особено загрижени за-стойностите на въртящия момент в реално време, използването на режим на скорост или режим на позиция обикновено е за предпочитане.
- Ако вашият хост контролер притежава стабилни възможности за управление на затворен-контур, използването на Speed Control обикновено ще доведе до превъзходни резултати. Обратно, ако вашите изисквания не са особено строги-или ако на практика няма изисквания за-отзивчивост в реално време-използването на Position Control поставя по-малко изисквания към хост контролера.
По отношение на скоростта на реакция на серво задвижването: Режимът на въртящ момент включва най-ниското изчислително натоварване, което води до най-бързата реакция от задвижването към управляващите сигнали; обратно, режимът на позиция включва най-голямото изчислително натоварване, което води до най-бавната реакция от задвижването към управляващите сигнали.
Когато се изисква висока динамична производителност по време на движение,-корекциите в реално време на двигателя стават съществени.
- Ако самият контролер има относително ниска скорост на обработка (напр. PLC или контролер за движение от нисък клас), трябва да се използва контрол на позицията.
- Ако контролерът притежава относително висока скорост на обработка, може да се използва Speed Control; това включва изместване на веригата за позициониране от задвижването към контролера, като по този начин се намалява натоварването на задвижването и се повишава общата ефективност.
- Ако е наличен още по-усъвършенстван хост контролер, може да се използва Torque Control; това включва изместване на скоростния контур-в допълнение към позиционния контур-от задвижването. Този подход обикновено е осъществим само с-специализирани контролери от висок клас.
Като цяло, силно интуитивна метрика за оценка на качеството на управлението на задвижването е известна като "честотна лента на отговора".
Когато работите в режими за контрол на въртящия момент или контрол на скоростта, импулсен генератор се използва за въвеждане на правоъгълен-сигнал, което кара двигателя непрекъснато да редува въртене напред и назад. Тъй като честотата на сигнала прогресивно се увеличава, осцилоскопът показва честотен-сигнал. Когато пикът на обвивката на сигнала падне до 70,7% от максималната си стойност, това показва, че системата е загубила синхронизация (т.е. „излезе“). Честотата, с която това се случва, служи като пряк индикатор за качеството на системата за управление; обикновено токовият контур може да постигне честотна лента над 1000 Hz, докато скоростният контур обикновено е ограничен до няколко десетки херца.
Контрол на въртящия момент
Контролът на въртящия момент е метод, използван за задаване на големината на външния изходен въртящ момент на вала на двигателя, постигнат или чрез външен аналогов входен сигнал, или чрез директно присвояване на стойност на конкретен адрес. Оперативно това означава-например-, че ако вход от 10 V съответства на 5 Nm въртящ момент, тогава настройването на външния аналогов вход на 5 V ще доведе до изход на вала на двигателя от 2,5 Nm. При тези условия: ако натоварването на вала на двигателя е по-малко от 2,5 Nm, двигателят се върти в посока напред; ако външното натоварване е равно на 2,5 Nm, двигателят остава неподвижен; и ако натоварването надвишава 2,5 Nm, моторът се върти в обратна посока (сценарий, който обикновено се среща при приложения, включващи гравитационни натоварвания). Зададената стойност на въртящия момент може да се регулира в реално-време или чрез промяна на аналоговия входен сигнал, или чрез модифициране на числената стойност на съответния адрес чрез комуникационен интерфейс.
Този режим на управление се използва предимно в системи за навиване и развиване, където съществуват строги изисквания по отношение на напрежението, приложено към материала-като например в машини-намотаване на тел или-оборудване за теглене на оптични влакна. В такива приложения настройката на въртящия момент трябва да се регулира динамично в реално-време, за да се компенсират промените в радиуса на намотката, като по този начин се гарантира, че напрежението, упражнено върху материала, остава постоянно, независимо от промените в диаметъра на намотката.
Контрол на позицията
В режим на управление на позицията скоростта на въртене обикновено се определя от честотата на външните входни импулси, докато ъгълът на въртене се определя от броя на импулсите. Освен това някои серво системи позволяват директно задаване на стойности на скоростта и изместването чрез комуникационни интерфейси. Тъй като режимът на позициониране позволява строг контрол върху скоростта и позицията, той обикновено се използва в механизмите за позициониране.
Областите на приложение включват CNC машинни инструменти, печатни машини и подобно оборудване.
Режим на контрол на скоростта
Скоростта на въртене може да се контролира или чрез аналогови входове, или чрез регулиране на честотата на импулса. Когато е интегриран във външна-система за PID контрол, управлявана от контролер на по-високо-ниво, скоростният режим може също да се използва за задачи за позициониране; важно е обаче сигналът за позиция на двигателя да се подава обратно-или сигналът за позиция директно от товара-към контролера на по-високо-ниво за изчислителна обработка. Режимът на позиция също така поддържа откриването на сигнали за позиция директно от външния контур на товара; в тази конфигурация енкодерът, монтиран на вала на двигателя, следи само скоростта на въртене на двигателя, докато сигналът за действителната позиция се осигурява от устройство за откриване, разположено в края на крайния товар. Основното предимство на този подход е, че минимизира грешките, въведени по време на междинните етапи на предаване, като по този начин повишава общата точност на позициониране на цялата система.
Три{0}}Контролен цикъл
Серво моторите обикновено използват структура за управление с три-контур-по-специално система, включваща три системи за PID управление с-затворен{2}}контур с отрицателна{3}} обратна връзка. Най-вътрешният PID контур е "текущият контур". Този контур работи изцяло в рамките на самото серво задвижване; той използва сензори с-ефект на Хол, за да открие изходния ток, протичащ от задвижването към всяка фаза на двигателя, и след това прилага отрицателна обратна връзка към текущата зададена точка, за да извърши PID регулиране. Целта е да се гарантира, че действителният изходен ток съответства точно на желаната зададена точка. По същество токовият контур контролира въртящия момент на двигателя; следователно, когато задвижването работи в режим на въртящ момент, изчислителното натоварване е минимално, което води до най-бързата динамична реакция.
Вторият цикъл е "скоростният контур". Той извършва PID регулиране с отрицателна{1}}обратна връзка въз основа на сигнали, открити от енкодера на двигателя. PID изходът, генериран в този контур, служи директно като зададена точка за текущия контур. Следователно, когато работи в режим на контрол на скоростта, системата ефективно включва както веригата на скоростта, така и веригата на тока. С други думи, токовият контур е незаменим във всеки режим на работа; то съставлява фундаменталната основа на контрола. Дори по време на операции за контрол на скоростта и позицията, системата едновременно изпълнява контрол на тока (въртящия момент), за да постигне прецизно регулиране на скоростта и позицията.
Третият цикъл е "позиционният цикъл". Като най-външен контур, той може да бъде конфигуриран или между задвижването и енкодера на двигателя, или между външен контролер и енкодера на двигателя (или крайния товар), в зависимост от специфичните изисквания на приложението. Тъй като вътрешният изход на веригата за управление на позицията служи като зададена точка за веригата на скоростта, работата в режим на управление на позицията налага едновременното изпълнение и на трите вериги. Следователно този режим поставя най-голямото изчислително бреме върху системата и води до най-ниската скорост на динамична реакция.