松下伺服驅(qū)動(dòng)器速度模式和位置模式的區(qū)別

松下伺服驅(qū)動(dòng)器速度模式和位置模式的區(qū)別2008-05-1620:39:10|分類：默認(rèn)分類|字號(hào)訂閱一般伺服都有三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式，位置控制方式。一、 速度控制和轉(zhuǎn)矩控制都是用模擬量來(lái)控制的。二、 位置控制是通過(guò)發(fā)脈沖(數(shù)字量)來(lái)控制的。如果您對(duì)電機(jī)的速度、位置都沒(méi)有要求，只要輸出一個(gè)恒轉(zhuǎn)矩，當(dāng)然是用轉(zhuǎn)矩模式。如果對(duì)位置和速度有一定的精度要求，而對(duì)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心，用轉(zhuǎn)矩模式不太方便，用速度或位置模式比較好。如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會(huì)好一點(diǎn)。如果本身要求不是很高，或者，基本沒(méi)有實(shí)時(shí)性的要求，用位置控制方式對(duì)上位控制器沒(méi)有很高的要求。就伺服驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)速度來(lái)看，轉(zhuǎn)矩模式運(yùn)算量最小，驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)最快；位置模式運(yùn)算量最大，驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)最慢。1、 轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來(lái)設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過(guò)即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來(lái)改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過(guò)通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用主要在對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì)隨著纏繞半徑的變化而改變。2、 位置控制：位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過(guò)通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。由于位置模式可以對(duì)速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等等。3、 速度模式：通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測(cè)位置信號(hào)，此時(shí)的電機(jī)軸端的編碼器只檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號(hào)就由直接的最終負(fù)載端的檢測(cè)裝置來(lái)提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過(guò)程中的誤差，增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。運(yùn)動(dòng)控制(MotionControl)是在電驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而形成的一門綜合性多學(xué)科的交叉技術(shù)。在當(dāng)今自動(dòng)化技術(shù)中，運(yùn)動(dòng)控制代表著用途最廣而又最復(fù)雜的任務(wù)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制功能的多樣化和復(fù)雜性，從而滿足新的生產(chǎn)要求，同時(shí)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展將帶來(lái)生產(chǎn)的靈活性，產(chǎn)品質(zhì)量的提高和設(shè)備成本降低。要實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制功能的多樣化和復(fù)雜性，使得運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具有高速度、高精度、高效率和高可靠性四位一體的高性能控制，伺服控制是基礎(chǔ)和關(guān)鍵的技術(shù)之一。文章中通過(guò)多伺服控制模式使得運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的運(yùn)動(dòng)控制和多樣化的運(yùn)動(dòng)功能。實(shí)現(xiàn)了坐標(biāo)平臺(tái)的精確往返運(yùn)動(dòng)控制和滾筒的連續(xù)勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制。在某些傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)，既需要對(duì)某些被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)高精度的位置控制，同時(shí)又需要對(duì)其它被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)各種不同的運(yùn)動(dòng)控制功能。單一的伺服控制模式，無(wú)論是位置伺服控制、速度伺服控制還是轉(zhuǎn)矩伺服控制往往都很難實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的高精度位置控制的一個(gè)基本條件是需要有高精度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。以永磁同步電機(jī)及其伺服驅(qū)動(dòng)器為執(zhí)行部件的交流伺服系統(tǒng)能以較低的成本獲取極高的位置控制，同時(shí)永磁同步電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器具有位置伺服控制、速度伺服控制和轉(zhuǎn)矩伺服控制等多種伺服控制模式，可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)各種被控對(duì)象的不同運(yùn)動(dòng)控制要求。在位置伺服控制模式下，通過(guò)輸入的脈沖數(shù)來(lái)使電機(jī)定位運(yùn)行，電機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖頻率相關(guān)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與脈沖個(gè)數(shù)相關(guān)。伺服驅(qū)動(dòng)器接收上位數(shù)控裝置發(fā)出的位置指令信號(hào)（脈沖/方向），送入脈沖列形態(tài)，經(jīng)電子齒輪分倍頻后，在偏差可逆計(jì)數(shù)器中與反饋脈沖信號(hào)比較后形成位置偏差信號(hào)。位置偏差信號(hào)經(jīng)位置環(huán)的復(fù)合前饋控制器調(diào)節(jié)后，形成速度指令信號(hào)。速度指令信號(hào)與速度反饋信號(hào)（與位置檢測(cè)裝置相同）比較后的偏差信號(hào)經(jīng)速度環(huán)比例積分控制器調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流指令信號(hào)，在電流環(huán)中經(jīng)矢量變換后，由SPWM輸出轉(zhuǎn)矩電流，控制交流伺服電機(jī)的運(yùn)行。為了提高位置伺服控制模式時(shí)實(shí)時(shí)自動(dòng)增益調(diào)整的精度，驅(qū)動(dòng)器中增加了適配增益功能，其作用就相當(dāng)于自動(dòng)加入一個(gè)增益，使穩(wěn)定（停止到位）時(shí)間最短。在速度伺服控制模式下，直接通過(guò)電位器調(diào)整輸入伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流電壓（模擬量速度指令）來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)速度。實(shí)現(xiàn)速度在0~3000r/min之間可調(diào)，并且電機(jī)可以在該速度范圍內(nèi)以一恒定的速度持續(xù)運(yùn)行。伺服驅(qū)動(dòng)器采用負(fù)載模型以估測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)亩岣唔憫?yīng)性能，并減弱停止后的振動(dòng)，即時(shí)的速度觀測(cè)器就是用來(lái)提高速度檢測(cè)精度的。以伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器作為執(zhí)行部件，把位置伺服控制模式和速度伺服控制模式結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，既能達(dá)到系統(tǒng)高精度、高速度、響應(yīng)快、調(diào)速范圍寬、低速高轉(zhuǎn)矩的高性能控制，又能實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)系統(tǒng)中對(duì)多種被控對(duì)象、多種控制功能分布式控制。位置/速度伺服控制模式的應(yīng)用在某過(guò)程實(shí)驗(yàn)中，需要對(duì)4個(gè)單坐標(biāo)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確的往返運(yùn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)另外4個(gè)滾筒實(shí)現(xiàn)連續(xù)勻速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如果采用單一的伺服控制模式很難實(shí)現(xiàn)，即便實(shí)現(xiàn)起來(lái)也需要增加硬件設(shè)備，從而增加成本。因此，考慮對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多伺服控制模式的方案，同時(shí)采用位置伺服控制模式和速度伺服控制模式。對(duì)控制單坐標(biāo)平臺(tái)往返運(yùn)動(dòng)的電機(jī)采用位置伺服控制模式，而對(duì)控制滾筒作連續(xù)勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電機(jī)采用速度伺服控制模式。系統(tǒng)的組成該系統(tǒng)基于位置/速度多伺服控制模式，控制硬件主要是由PC機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡（德國(guó)MOVTEC公司的DEC4T運(yùn)動(dòng)控制卡）、帶伺服驅(qū)動(dòng)器的永磁同步伺服電機(jī)。采用位置伺服控制模式的電機(jī)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡內(nèi)部對(duì)信號(hào)處理運(yùn)算以后給伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出一定頻率的脈沖和方向指令，伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)運(yùn)動(dòng)控制板卡發(fā)來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)PID等控制運(yùn)算后輸出電壓信號(hào)，產(chǎn)生力矩使電機(jī)按照指令運(yùn)轉(zhuǎn)。伺服運(yùn)動(dòng)控制卡DEC4T是基于PC機(jī)的專用模擬運(yùn)動(dòng)控制卡，與PC機(jī)的ASI擴(kuò)展插槽相連接，控制軸數(shù)為1?4軸，最多可以控制4軸4聯(lián)動(dòng)。因此，系統(tǒng)中可以通過(guò)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)控制4個(gè)單坐標(biāo)平臺(tái)的往返運(yùn)動(dòng)。圖1所示是位置伺服控制模式伺服驅(qū)動(dòng)原理圖。對(duì)采用速度伺服控制模式的電機(jī)，通過(guò)電位器調(diào)節(jié)給定的輸入直流電壓（模擬量速度指令）來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)速度。通過(guò)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)的調(diào)整來(lái)消除包括控制器在內(nèi)的外部模擬速度指令系統(tǒng)的漂移。系統(tǒng)參數(shù)分析用于位置伺服控制模式和速度伺服控制模式的伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器都選用松下MINSAA系列。其主要參數(shù):額定輸出400W，額定轉(zhuǎn)速3000r/min，增量式編碼器分辨率10000（單位:脈沖pulse），單坐標(biāo)平臺(tái)用的滾珠絲杠螺距5mm。為了確定位置伺服控制模式下電機(jī)的脈沖當(dāng)量6p，即每一個(gè)電脈沖負(fù)載產(chǎn)生的直線位移量，必須先設(shè)定驅(qū)動(dòng)器的參數(shù):Pr46（第1指令脈沖分倍頻分子）、Pr4A（指令脈沖分倍頻分子倍率）、pr4B（指令脈沖分倍頻分母），該系統(tǒng)中設(shè)定Pr46=10000、Pr4A=3、Pr4B=10000。增量式編碼器分辨率10000記作F（單位:脈沖pulse），而電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈所需脈沖數(shù)是f（單位:脈沖pulse），那么指令脈沖分倍頻的分子Pr46、分子倍率Pr4A和分母Pr4B必須滿足：因此，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈所需脈沖數(shù)f是f=1250pulse，可以得出脈沖當(dāng)量6p=0.004mm/p。在速度伺服控制模式下的電機(jī)，在驅(qū)動(dòng)器中參數(shù)Pr02（控制模式選擇）設(shè)置為1（速度控制模式），Pr07（速度監(jiān)視器選擇）根據(jù)6V/額定轉(zhuǎn)速可得，速度指令的方向和比例根據(jù)參數(shù)設(shè)定可調(diào)，本系統(tǒng)中對(duì)控制滾筒旋轉(zhuǎn)的伺服電機(jī)參數(shù)選擇出廠默認(rèn)值。通過(guò)逐漸增加Pr11（第1速度環(huán)增益）值，使電機(jī)不產(chǎn)生異常響聲和振動(dòng);逐漸減小Pr12（第1速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)）使超調(diào)/失調(diào)減低到可以接受的程度。速度指令的漂移通過(guò)調(diào)整參數(shù)Pr52,使得速度指令輸入為0V時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。本系統(tǒng)中需要對(duì)位置伺服控制模式下的電機(jī)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。系統(tǒng)中單坐標(biāo)平臺(tái)的絲杠行程為200mm，運(yùn)行時(shí)速度設(shè)定為50mm/s，加速度設(shè)為200mm/s2，從而可以得出，加/減速時(shí)間各為0.25s，加/減速運(yùn)行的距離為25mm;以50mm/s勻速運(yùn)行距離為150mm，時(shí)間為3s。因此，電機(jī)往返運(yùn)行一次需要7s。如果要設(shè)定電機(jī)運(yùn)行的時(shí)間，可以通過(guò)在控制程序中設(shè)定執(zhí)行運(yùn)行次數(shù)來(lái)控制時(shí)間。結(jié)語(yǔ)永磁同步伺服電機(jī)的效率和功率因數(shù)都比較高，而且體積較同容量的異步電機(jī)小，具有很好的控制性能。本系統(tǒng)中，利用永磁同步電機(jī)的位置/速度伺服控制模式，提出全新的控制概念，集速度控制，位置控制為一體，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)功能的多樣化和復(fù)雜性，同時(shí)滿足了系統(tǒng)的高速度、高精度、高效率和高可靠性四位一體的高性能控制要求。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，緊湊，性能可靠;在控制精度，功能和抗干擾能力上都有很大的優(yōu)勢(shì);系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)也保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。該系統(tǒng)為各種機(jī)電一體化設(shè)備提供最佳解決方案，不僅在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，在化工、材料、生物工程等過(guò)程控制領(lǐng)域中也同樣有良好的應(yīng)用前景。三菱J2-2s位置模式：位置控制模式是利用上