“伺服機構(gòu)系統(tǒng)”源自servomechanism system,系指經(jīng)過閉環(huán)控制方式達到一個機械系統(tǒng)位置,、速度,、或加速度控制的系統(tǒng)。一個伺服系統(tǒng)的構(gòu)成通常包含被控對象(plant),、驅(qū)動器(actuator),、控制器(controller)等幾個部分,被控對象系指被控制的物體,,例如一個機械手臂,,或是一個機械工作平臺。驅(qū)動器的功能在于主要提供被控對象的動力,,可能以氣壓,、液壓、或是電力驅(qū)動的方式呈現(xiàn),,若是采用液壓驅(qū)動方式,,一般稱之為液壓伺服系統(tǒng)。目前盡大多數(shù)伺服系統(tǒng)采用電力驅(qū)動方式,,驅(qū)動器包含了電機與功率放大器,,特別設(shè)計應(yīng)用于伺服系統(tǒng)的電機蒙古自治區(qū)稱之為伺服電機(servo motor),通常內(nèi)部含有位置反饋裝置,,如光電編碼器(optical encoder)或是旋轉(zhuǎn)變壓器(resolver),,目前主要應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)界的伺服電機包括直流伺服電機、永磁交流伺服電機和感應(yīng)交流伺服電機,,其中又以永磁交流伺服電機占盡大多數(shù),。控制器的功能在于提供整個伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制,,如轉(zhuǎn)矩控制,、速度控制和位置控制等。目前一般產(chǎn)業(yè)用伺服驅(qū)動器(servo drive)通常包含了控制器和功率放大器,。
一個傳統(tǒng)伺服機構(gòu)系統(tǒng)的組成如圖1所示,,伺服驅(qū)動器主要包含功率放大器與伺服控制器,伺服控制器通常包含速度控制器與轉(zhuǎn)矩控制器,,電機通常提供模擬式的速度反饋信號,,控制界面采用±10V的模擬信號,經(jīng)過外回路的模擬命令,,可直接控制電機的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩,。采用這種伺服驅(qū)動器,,通常必須再加上一個位置控制器(posiTIon controller)才能完成位置控制。圖2所示是一個現(xiàn)代的伺服機構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,,其中的伺服驅(qū)動器包含了伺服控制器與功率放大器,伺服電機提供高分辨率的光電編碼器反饋信號,。
什么是伺服系統(tǒng),?
伺服系統(tǒng)(servomechanism)又稱隨動系統(tǒng),是用來精確地跟隨或復現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng),。伺服系統(tǒng)使物體的位置,、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(或給定值)的任意變化的自動控制系統(tǒng),。
它的主要任務(wù)是按控制命令的要求,、對功率進行放大、變換與調(diào)控等處理,,使驅(qū)動裝置輸出的力矩,、速度和位置控制非常靈活方便。在很多情況下,,伺服系統(tǒng)專指被控制量(系統(tǒng)的輸出量)是機械位移或位移速度,、加速度的反饋控制系統(tǒng),其作用是使輸出的機械位移(或轉(zhuǎn)角)準確地跟蹤輸入的位移(或轉(zhuǎn)角),,其結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別,。
注意:伺服系統(tǒng)不單單指以伺服電機構(gòu)成的電氣伺服系統(tǒng),還有以伺服閥構(gòu)成的液壓伺服系統(tǒng),。
伺服系統(tǒng)調(diào)試步驟
初始化參數(shù)
在接線之前,,先初始化參數(shù),。在控制卡上:選好控制方式,;將PID參數(shù)清零;讓控制卡上電時默認使能信號關(guān)閉,;將此狀態(tài)保存,,確??刂瓶ㄔ俅紊想姇r即為此狀態(tài)。
伺服系統(tǒng)調(diào)試步驟
在伺服電機上:設(shè)置控制方式,;設(shè)置使能由外部控制,;編碼器信號輸出的齒輪比;設(shè)置控制信號與電機轉(zhuǎn)速的比例關(guān)系,。一般來說,,建議使伺服工作中的最大設(shè)計轉(zhuǎn)速對應(yīng)9V的控制電壓。
接線
將控制卡斷電,,連接控制卡與伺服之間的信號線,。以下的線是必須要接的:控制卡的模擬量輸出線,、使能信號線、伺服輸出的編碼器信號線,。復查接線沒有錯誤后,,伺服電機和控制卡(以及PC)上電。此時電機應(yīng)該不動,,而且可以用外力輕松轉(zhuǎn)動,,如果不是這樣,檢查使能信號的設(shè)置與接線,。用外力轉(zhuǎn)動電機,,檢查控制卡是否可以正確檢測到電機位置的變化,否則檢查編碼器信號的接線和設(shè)置,。
試方向
對于一個閉環(huán)控制系統(tǒng),,如果反饋信號的方向不正確,后果肯定是災難性的,。通過控制卡打開伺服的使能信號,。這是伺服應(yīng)該以一個較低的速度轉(zhuǎn)動,這就是傳說中的“零漂”,。一般控制卡上都會有抑制零漂的指令或參數(shù),。使用這個指令或參數(shù),看電機的轉(zhuǎn)速和方向是否可以通過這個指令(參數(shù))控制,。
如果不能控制,,檢查模擬量接線及控制方式的參數(shù)設(shè)置。確認給出正數(shù),,電機正轉(zhuǎn),,編碼器計數(shù)增加;給出負數(shù),,電機反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn),,編碼器計數(shù)減小。如果電機帶有負載,,行程有限,,不要采用這種方式。測試不要給過大的電壓,,建議在1V以下,。如果方向不一致,可以修改控制卡或電機上的參數(shù),,使其一致,。
抑制零漂
在閉環(huán)控制過程中,零漂的存在會對控制效果有一定的影響,,最好將其抑制住,。使用控制卡或伺服上抑制零飄的參數(shù),,仔細調(diào)整,使電機的轉(zhuǎn)速趨近于零,。由于零漂本身也有一定的隨機性,,所以,不必要求電機轉(zhuǎn)速絕對為零,。
建立閉環(huán)控制
再次通過控制卡將伺服使能信號放開,,在控制卡上輸入一個較小的比例增益,至于多大算較小,,這只能憑感覺了,如果實在不放心,,就輸入控制卡能允許的最小值,。將控制卡和伺服的使能信號打開。這時,,電機應(yīng)該已經(jīng)能夠按照運動指令大致做出動作了,。
調(diào)整閉環(huán)參數(shù)
細調(diào)控制參數(shù),確保電機按照控制卡的指令運動,,這是必須要做的工作,,而這部分工作,更多的是經(jīng)驗,,這里只能從略了,。