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伺服电机系统反馈控制技术的重要性

发表时间:2021-07-26 17:49【

控制系统中的伺服运动


伺服运动控制系统在需要考虑位置和速度等运动的应用中尤其有用。简单或较旧的电机以恒定速度和方向运行,只能通过打开和关闭电机来控制。


然而,伺服电机是一种更强大的机构。伺服电机通常配备高速和扭矩构建技术。它们通常采用更智能的控制方法,为运动控制创造更多可能性。这项技术现在广泛用于自动化流程,其中伺服电机的速度和精度使制造商能够提高生产效率。

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由驱动器、电机、编码器(放大)、执行器和传感器组成的简单伺服系统


假设我们需要将电机移动到目标,但目标的位置是可变的。这将使我们的电机需要穿越的距离(其轴旋转的次数)可变。我们需要一种方法让电机始终知道其相对于目标位置的位置,以成功完成此运动。我们需要反馈。


反馈装置的重要性


使用伺服电机时,您通常会看到内置的反馈设备,例如编码器或旋转变压器。这些反馈装置持续监控电机轴的位置。有了这些信息,电机不仅知道它的轴位置,而且可以实时推导出它的速度。有了这些信息,我们可以命令电机以更可控的方式移动并执行更复杂的任务。

伺服运动控制系统

反馈使我们能够将我们命令电机执行的运动与电机实际执行的运动进行比较。有时会有偏差。假设我们命令电机以60 RPM移动,并且我们希望它在1秒内达到该速度。然后我们通过电机的绕组发送一些电流,轴斜升至60 RPM。


如果我们试图移动的物体的负载和重量在控制这个速度的同时增加怎么办?如果我们继续发出与以前相同的电流,我们的电机将动力不足。加速到60 RPM可能需要更长的时间,或者它可能没有足够的电流来克服系统中的摩擦,而电机只是停转而不移动。我们需要适应。


反馈使我们能够监控情况并在此过程中进行更正。在这种情况下,随着电机负载的增加,电机会发现并没有达到预期的效果,会增加电机中的电流量以获得所需的速度和加速度。如果它发送太多并且转子以大于60 RPM的值旋转,它将减少通过电机的电流以将速度降低回60 RPM。


它不断监测实际运动并与所需运动进行比较,并迅速调整它发送到电机的电流量,使实际运动越来越接近所需的命令运动。

伺服电机

这个命令、比较和校正的过程称为闭环反馈控制。它是伺服系统的主要特征之一,使它们能够执行复杂而精确的运动。没有反馈,当今的大部分工业和自动化都无法实现。至少,它不可能发生得如此迅速、可靠和自动。


伺服电机反馈装置


反馈设备本身通常以旋转变压器或编码器的形式出现。


这是提供电机轴位置反馈的两种不同技术。尽管它们执行相同的功能,但两种技术之间存在差异,这使得它们更适合特定应用。但是,这两种设备之间存在一些重叠,并且某些应用程序可以在任一类型的设备上成功运行。


它们可以由最终用户安装在电机轴的外部,也可以由制造商安装在电机外壳的内部。编码器可以非常精确,但它们也可能很昂贵并且对振动和冲击等力在物理上很敏感。旋转变压器可能更便宜且看起来坚不可摧,但它们可能缺乏高精度应用所需的位置分辨率。


在文章中,我们讲解了伺服电机的基本知识,一些关键部件,以及它们在反馈系统中的重要性。本系列的第二部分将进一步探讨不同类型的反馈设备及其工作原理。