Existují tři režimy řízení servomotoru: pulzní, analogové a komunikační řízení. Jak zvolit režim řízení servomotoru v různých aplikačních scénářích?
1. Režim pulzního řízení servomotoru
V některých malých samostatných zařízeních by mělo být použití pulzního ovládání k dosažení polohy motoru nejběžnější aplikací, tento režim ovládání je jednoduchý a snadno pochopitelný. Základní myšlenka ovládání: celkový impuls určuje zdvihový objem motoru, frekvence impulsů určuje otáčky motoru. Impuls je zvolen pro realizaci řízení servomotoru. Otevřete uživatelskou příručku servomotoru, bude zde následující tabulka:
Oba jsou pulzně řízeny, ale implementace je odlišná:
Nejprve ovladač obdrží dva vysokorychlostní impulsy (A, B) a určí směr otáčení motoru prostřednictvím fázového rozdílu mezi těmito dvěma impulsy. Na obrázku výše, pokud je B o 90 stupňů rychlejší než fáze A, je kladná. Pokud je B o 90 stupňů pomalejší než A, je převrácené. V provozu se dva fázové impulsy tohoto řízení střídají, proto tento režim řízení nazýváme také diferenciální řízení. Má rozdílovou charakteristiku, která také ukazuje, že tento režim řízení, řídící puls má vyšší odolnost proti rušení, v některých aplikačních scénářích se silným rušením je tento režim preferován. Ale tímto způsobem musí hřídel motoru obsadit dva vysokorychlostní pulzní porty, což je nepříjemné pro napjatou situaci vysokorychlostního pulzního portu.
Za druhé, řidič stále přijímá dva vysokorychlostní impulsy, ale dva vysokorychlostní impulsy neexistují současně. Když je jeden impuls ve stavu výstupu, druhý musí být v neplatném stavu. Při volbě tohoto režimu řízení je důležité zajistit, aby byl na výstupu vždy pouze jeden impuls. Dva impulsy, jeden výstup pro kladný směr, druhý pro záporný směr. Stejně jako ve výše uvedeném případě je tento režim také hřídelí motoru, která musí obsadit dva vysokorychlostní pulzní porty.
Za třetí, ovladači je třeba dát pouze jeden pulzní signál a kladný a záporný chod motoru je určován signálem IO v jednom směru. Tento režim ovládání je jednodušší a zabírá nejméně zdrojů vysokorychlostního pulzního portu. V typickém malém systému je toto preferováno.
2. Režim řízení simulace servomotoru
V aplikačním scénáři, který potřebuje k realizaci řízení rychlosti použít servomotor, můžeme zvolit analogovou veličinu pro realizaci regulace rychlosti motoru, hodnota analogové veličiny určuje rychlost chodu motoru. Analogovou veličinu lze volit dvěma způsoby, proudem nebo napětím. Režim napětí, stačí přidat určité množství napětí na konec řídicího signálu. Implementace je jednoduchá, v některých scénářích pomocí potenciometru k dosažení ovládání. Pokud je však jako řídicí signál použito napětí, může být napětí ve složitém prostředí snadno rušeno, což má za následek nestabilní řízení. Proudový režim: Je vyžadován odpovídající proudový výstupní modul. Ale aktuální signál má silnou schopnost bránit rušení a lze jej použít ve složitých scénách.
3. Režim řízení komunikace servomotoru
CAN, EtherCAT, Modbus a Profibus jsou běžné způsoby, jak realizovat řízení servomotoru pomocí komunikace. U některých složitých a rozsáhlých systémových aplikačních scénářů je preferovanou řídicí metodou ovládání motoru pomocí komunikace. Pomocí komunikačního režimu lze snadno řezat velikost systému, počet hřídelí motoru, žádné složité ovládací kabely. Vybudovaný systém je extrémně flexibilní.
Regulace rychlosti a momentu servomotoru je řízena analogovou veličinou. Řízení polohy je řízeno vysíláním impulsů. Konkrétní režim ovládání by měl být zvolen podle požadavků zákazníků a splňovat funkci pohybu. Pokud nemáte žádné požadavky na otáčky a polohu motoru, pokud výstup konstantního momentu, samozřejmě je to momentový režim.
Pokud poloha a rychlost mají určité požadavky na přesnost a moment v reálném čase se příliš netýká, režim točivého momentu není příliš pohodlný, režim rychlosti nebo polohy je lepší. Pokud má horní regulátor dobrou regulační funkci v uzavřené smyčce, bude účinek regulace otáček lepší. Pokud požadavky nejsou příliš vysoké nebo neexistuje požadavek v reálném čase, režim řízení polohy nemá vysoké požadavky na horní ovladač.
Pokud jde o rychlost odezvy servomotoru, režim točivého momentu vyžaduje nejmenší výpočty a ovladač reaguje nejrychleji na řídicí signál. Polohový režim má nejvíce výpočtů a odezva řidiče na řídicí signál je nejpomalejší.
Při požadavku na dynamický výkon v pohybu je nutné motor seřídit v reálném čase. Pokud je tedy samotný ovladač pomalý (jako například PLC nebo low-end pohybový ovladač), použijte polohové řízení. Pokud má řídicí jednotka vysokou výpočetní rychlost, lze polohovací kroužek přesunout z ovladače na řídicí jednotku rychlostí, aby se snížilo pracovní zatížení řidiče a zlepšila se efektivita (jako je tomu u většiny středních a špičkových řídicích jednotek pohybu); Pokud máte lepší horní ovladač, můžete také použít řízení točivého momentu, rychlostní smyčka je také odstraněna z měniče, to obecně umí pouze specializovaný ovladač vyšší třídy a v tuto chvíli není nutné používat servomotor.
Obecně lze říci, že ovládání ovladače není dobré, každý výrobce říká, že to dělá nejlépe, ale nyní existuje intuitivnější způsob porovnání, kterému se říká šířka pásma odezvy. Při řízení točivého momentu nebo rychlosti je do generátoru pulsů vysílán obdélníkový signál, aby se motor neustále otáčel a couval a neustále upravoval frekvenci. To, co se zobrazuje na osciloskopu, je signál rozmítané frekvence. Když vrchol obálky dosáhne 70,7 procenta nejvyšší hodnoty, znamená to, že krok vyšel z kroku. Průměrná proudová smyčka může pracovat na více než 1000 Hz, zatímco rychlostní smyčka může pracovat pouze na desítkách Hertzů.
Abych to řekl techničtějším způsobem:
1. Řízení momentu servomotoru
Režim řízení točivého momentu slouží k nastavení výstupního točivého momentu hřídele motoru prostřednictvím vstupu externího analogového nebo přímého přiřazení adresy. Konkrétní výkon je následující: například pokud 10V odpovídá 5Nm, když je externí analog nastaven na 5V, výstup hřídele motoru je
2,5 Nm: Pokud je zatížení hřídele motoru menší než 2,5 Nm, motor se otočí na kladný; pokud se vnější zatížení rovná 2,5 Nm, motor se nebude otáčet; je-li motor větší než 2,5 Nm, motor bude reverzovat (obvykle vzniká při gravitační zátěži). Moment lze změnit okamžitou změnou nastavení analogové veličiny a pomocí komunikace lze změnit i odpovídající hodnotu adresy.
Používá se hlavně v navíjecích a odvíjecích zařízeních, která mají přísné požadavky na sílu materiálu, jako je drátěná zařízení nebo zařízení na tažení vláken. Nastavení krouticího momentu by se mělo kdykoli změnit podle změny poloměru navíjení, aby se zajistilo, že se změnou poloměru navíjení se nezmění síla materiálu.
2. Řízení polohy servomotoru:
Řídicí režim je obecně přes externí vstupní frekvenci pulsů pro určení velikosti rychlosti otáčení, přes počet pulsů pro určení úhlu rotace, některé servo může být také přímo přes komunikační režim přiřazení rychlosti a posunu. Protože polohovací režim může mít velmi přísnou kontrolu rychlosti a polohy, je obecně používán v polohovacích zařízeních. Aplikace, jako jsou CNC obráběcí stroje, tiskařské stroje a tak dále.
3. Režim rychlosti servomotoru:
Přes analogový vstup nebo pulzní frekvenci lze řídit rychlost otáčení, v horním řídicím zařízení vnější smyčky lze také nastavit rychlostní režim PID, ale pro výpočet musí být signál polohy motoru nebo signál polohy zátěže směrován do horní zpětné vazby. Režim polohy také podporuje vnější kroužek přímé zátěže pro detekci signálu polohy. V tomto případě enkodér na konci hřídele motoru detekuje pouze otáčky motoru a signál polohy je poskytován zařízením pro přímou detekci na koncovém konci zatížení. Výhodou tohoto režimu je, že lze snížit chybu v mezipřenosovém procesu a zvýšit přesnost polohování celého systému.
4. Mluvte o 3 kroužcích
Servo je obecně řízeno třemi kroužky a takzvané tři kroužky jsou tři regulační systémy PID s negativní zpětnou vazbou s uzavřenou smyčkou. Nejvnitřnější PID prstenec je proudový prstenec, který je kompletně proveden uvnitř servoměniče. Hallovo zařízení detekuje výstupní proud každé fáze budiče do motoru a dává negativní zpětnou vazbu k nastavení proudu pro PID regulaci, aby bylo dosaženo výstupního proudu co nejblíže nastavenému proudu. Proudový kroužek má řídit točivý moment motoru, takže provoz budiče v režimu točivého momentu je minimální.
Dynamická odezva je nejrychlejší.
Druhým kroužkem je kroužek otáček, který se nastavuje zápornou zpětnou vazbou PID prostřednictvím signálu detekovaného kodéru motoru. Výstup PID v kruhu je přímo nastavením aktuálního kroužku, takže ovládání kroužku rychlosti zahrnuje kroužek rychlosti a kroužek proudu, jinými slovy, jakýkoli režim musí používat aktuální kroužek, aktuální kroužek je kořenem ovládání . Současně s řízením rychlosti a polohy se v systému provádí také řízení proudu (momentu), aby se dosáhlo odpovídající řízení rychlosti a polohy.
Třetí kroužek je poziční kroužek, který je nejvzdálenějším kroužkem a může být zabudován mezi driver a enkodér motoru nebo mezi externí ovladač a enkodér motoru nebo koncovou zátěž v závislosti na situaci. Vzhledem k tomu, že vnitřním výstupem kroužku řízení polohy je nastavení kroužku rychlosti, systém provádí činnost všech tří kroužků v režimu řízení polohy a v tomto okamžiku má systém největší množství výpočtů a nejnižší dynamickou rychlost odezvy. .