伺服電機的幾種控制方式
發(fā)布者： admin 時(shí)間：2021/7/10 18:36:05
伺服電機都有多少種控制方式你知道嗎？
氣動(dòng)和液壓伺服控制
盡管氣動(dòng)和液壓伺服在當今的自動(dòng)化運控市場(chǎng)并不十分常見(jiàn)，但在很多行業(yè)應用場(chǎng)合中它們還是具備極強的不可替代性。因此有必要在這里先簡(jiǎn)單提一提。
氣動(dòng)和液壓伺服都是以流體壓力作為動(dòng)力驅動(dòng)和控制負載運行的，因此二者在產(chǎn)品形態(tài)和系統架構上有著(zhù)不少相似之處。
首先，能夠為氣動(dòng)或液壓系統提供流體壓縮動(dòng)力的，自然就是泵站，也就是空壓機和液壓站。它們通過(guò)內部的電機驅動(dòng)葉輪旋轉，壓縮流體管路的氣體或液壓油，然后借助特定的壓力調節裝置，在系統回路（氣路或油路）中產(chǎn)生穩定的流體壓縮動(dòng)力。
但此時(shí)管路中的壓縮動(dòng)力是不能直接用來(lái)控制負載運動(dòng)的，原因在于其輸出的方向和大小并未根據應用需求進(jìn)行過(guò)調節和控制，這就需要在流體回路中使用各種閥。例如：用節流閥可以手動(dòng)實(shí)現最基本的速度調節；通過(guò)帶有控制輸入的比例方向閥或比例壓力閥，能夠對輸出速度或壓力進(jìn)行動(dòng)態(tài)調節；而如果要做到比較精準的位置控制，就需要用到伺服比例閥，并結合特定的位置反饋裝置。
如果說(shuō)各類(lèi)閥的作用是將泵站的輸出經(jīng)調節轉換成應用所需的可變流體動(dòng)力，那么氣缸或液壓缸就是基于這些流體壓縮動(dòng)力最終驅動(dòng)和控制負載運動(dòng)的執行機構。無(wú)論是氣缸還是液壓缸，其原理都是通過(guò)流體壓縮后產(chǎn)生的壓力驅動(dòng)其內部推桿產(chǎn)生活塞式運動(dòng)，因此這些缸的輸出都是在有限行程范圍內的往復直線(xiàn)運動(dòng)，并能夠在其末端產(chǎn)生一定的推力或拉力。
上面說(shuō)的這些其實(shí)都僅僅是氣動(dòng)和液壓技術(shù)在動(dòng)力傳動(dòng)環(huán)節的產(chǎn)品，而要能夠將其稱(chēng)之為伺服并用于實(shí)現精準的運動(dòng)控制，反饋裝置則是必不可少的。在氣動(dòng)和液壓伺服系統中，通常會(huì )使用專(zhuān)門(mén)的氣缸或油缸位置傳感器（例如：缸體內置的霍爾元件等），而設備控制系統則會(huì )基于傳感器的反饋與設定的應用參數，通過(guò)對各類(lèi)閥的開(kāi)閉動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)調節，調整缸體內流體的壓力和方向，以最終實(shí)現對負載運行姿態(tài)的控制。
變頻伺服控制
必須承認，由于技術(shù)日趨成熟，以及總體成本和技術(shù)門(mén)檻不斷降低，變頻伺服已經(jīng)在大量應用中取代了包括上述氣動(dòng)和液壓在內的其他類(lèi)型的伺服技術(shù)，逐漸成為工業(yè)運控領(lǐng)域的絕對主力。
變頻伺服，顧名思義，它是以可變頻交流電為動(dòng)力的伺服技術(shù)。而我們知道，以我們目前掌握的電力驅動(dòng)技術(shù)來(lái)說(shuō)，這種可變頻率的交流電基本上必須通過(guò)直流電逆變生成的，因此，變頻伺服系統所使用的動(dòng)力通常是來(lái)自穩定的直流電源，可以是電池組，也可以是能夠將交流電轉換為直流電的整流裝置。
有了穩定的直流電源，要產(chǎn)生可變頻率的交流電輸出，就需要使用變頻驅動(dòng)器（俗稱(chēng)“伺服驅動(dòng)器”）作為中間的動(dòng)力轉換裝置。在伺服系統中使用的變頻伺服驅動(dòng)器與一般的工業(yè)變頻器在工作原理上并沒(méi)有太大的差別，不過(guò)由于其所面對的設備應用在運行精度和動(dòng)態(tài)性能方面有著(zhù)更為嚴苛的要求，因此往往會(huì )表現出更加激進(jìn)的控制特性（如：較高的頻響帶寬），與此同時(shí)，集成運控反饋端口也就成為了伺服驅動(dòng)器的標配。
在變頻伺服系統中，將可變頻交流電轉換為機械動(dòng)力的傳動(dòng)執行部件通常是各類(lèi)電機，這個(gè)也是和一般的變頻傳動(dòng)技術(shù)類(lèi)似的。但為了能夠在更寬的速度范圍內（尤其是低速）獲得優(yōu)質(zhì)的動(dòng)態(tài)響應特性，變頻伺服通常會(huì )使用集成運動(dòng)反饋的永磁同步電機。
此外，為了能夠簡(jiǎn)化設備系統的傳動(dòng)環(huán)節、提升綜合傳動(dòng)效率和控制性能，除了有普通旋轉電機以外，變頻伺服的傳動(dòng)執行部件還經(jīng)常會(huì )有一些不同類(lèi)型的動(dòng)力輸出形式，如：旋轉直接驅動(dòng)電機、直線(xiàn)電機、直線(xiàn)電動(dòng)缸等等。
在將旋轉伺服電機的輸出動(dòng)力傳遞到最終運動(dòng)負載的過(guò)程中，運控系統系統往往還需要使用到各種伺服級別的機械傳動(dòng)組件，如：聯(lián)軸器、減速機、同步帶、絲杠等等，這一點(diǎn)也是有必要提醒大家注意的。 同樣，變頻伺服控制也需要使用反饋裝置，也就是編碼器，這是所有伺服運控系統都必備的。如果是旋轉伺服電機，一般就是其軸末端的反饋編碼器；若是直線(xiàn)電機，則是直線(xiàn)編碼器和光柵尺；有時(shí)，伺服系統還可能會(huì )在某個(gè)負載工位上使用不止一個(gè)編碼器反饋，以減少因中間傳動(dòng)環(huán)節引起的測量誤差，從而進(jìn)一步提升系統反饋精度。
當然，在使用伺服傳動(dòng)技術(shù)時(shí)，除了上面提到的這些高性能驅動(dòng)和反饋裝置，往往還需要有包括：控制器、輸入輸出 I/O 模組、傳感器、軟件、網(wǎng)絡(luò )、安全、連接器、線(xiàn)纜等在內的各類(lèi)產(chǎn)品和技術(shù)組件。不難看出，這幾乎已經(jīng)是一套完整的設備控制系統了。
另外，隨著(zhù)工業(yè)設備的智能化程度越來(lái)越高，其機電系統也正在變得越來(lái)越龐大、復雜，各類(lèi)部件之間各種功能和結構上的集成與融合也就是很自然的發(fā)展趨勢，于是我們看到了市面上不斷涌現出來(lái)的各式各樣的機電一體化產(chǎn)品，如：集成驅動(dòng)電機、電驅傳輸軌道、集成減速機電機等等。