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先容交换伺服驱动器的节制回路


节制回路与主电路的干系

如前文交换伺服驱动器的主回路简介所述,交换伺服驱动器的节制电路经由进程节制逆变器的开关逻辑,完成对逆变器输入电流和电压的切确节制,从而完成对伺服机电疾速、切确及不变的节制。

伺服节制回路接管节制指令并接管伺服机电的电流反应和地位反应旌旗灯号,计较天生节制伺服逆变器的相电压指令(开关逻辑),用于节制伺服驱动器的输入。

图1:节制回路与主回路的干系
节制回路与主回路的干系

节制电路的首要节制战略

活动节制须要切确的扭矩、速率和地位节制。伺服驱动器普通罕见的有电流环、速率环和地位环三个闭环。电流环是伺服驱动器的最内环,也是必须的节制环。电流环外,伺服的节制回路有3种罕见的节制战略。

1.  级联的速率环和地位环,其观点如图2所示:

图2:级联的速率环和地位环

图2:级联的速率环和地位环

这类布局是最经常使用的,地位环内嵌一个速率环,速率环内嵌电流环。这三个环别离用于节制伺服的地位、速率和扭矩。

2. 单环PID地位节制,其观点如图3所示:

图3:单环PID地位节制

 

图3:单环PID地位节制

 

此节制战略与级联的速率环和地位环节制战略比拟,不速率环,故不能做速率节制,只能做地位和扭矩节制。

3. 含有前馈节制的级联闭环,其观点如图4所示:

图4:带前馈节制的级联闭环

 图4:带前馈节制的级联闭环

由上图可见,这类节制战略在传统级联的速率环和地位环以外,加了速率前馈和加速率前馈。此前馈在速率环和地位环以外,是以不会致使体系的不不变。

伺服节制欲保障其疾速性、不变性和精确性,普通请求体系具备高增益。可增益太高轻易引发不不变,出格是PID节制器中的积分增益。普通在定位遏制时才投入积分器,以终究消弭跟踪偏差。而在活动进程中偏差的消弭,就要借助速率前馈和加速率前馈。

速率前馈:输入速率曲线间接反应给速率环,当速率发生渐变时,体系敏捷呼应,从而消弭跟踪偏差。如速率前馈增益设置的太高,在速率曲线的加/加速区间会发生偏差尖峰。

加速率前馈:经由进程加一个加速率前馈,能够处置速率前馈增益太高引发的超调,即偏差尖峰题目,使全部体系有疾速呼应才能及强扰动按捺才能。

以后进步前辈的伺服驱动器都有速率和加速率前馈功效!

节制电路三个环的简略先容

地位环接管内部指令,并输入速率指令,作为速率环的输入。速率环输入电流指令,作为电流环的输入。所谓伺服的整定,便是对伺服三个闭环的PID整定。

电流环:电流环是伺服的最内环,由电流环向机电的定子注入电流,完成机电的加加速节制。电流环的输入是速率环的输入,和及时的电流反应旌旗灯号。电流环必须被起首整定,且要整定杰出。由于电流环就像大楼的地基一样。电流环机能差,是没法经由进程速率或地位环的整定填补的。

经常使用阶跃旌旗灯号对电流环停止整定。普通环境下,阶跃呼应是体系能够碰到的最糟的环境。地位外环发生给速率环,和速率环发生给电流环的指令都是比阶跃旌旗灯号光滑很多的指令。是以,若是体系能对阶跃旌旗灯号有一个对劲的呼应,它在更光滑的运转前提下,呼应会更好。

图5:电流环整定曲线

图5:电流环整定曲线

速率环:速率环的输入是地位环的输入,和机电的反应速率。速率环的输入是一个电流指令给到电流环。速率环的机能,首要考查速率跟从环境。以下图左图,增益较小,跟从偏差较大。右图跟从偏差要小很多。

图6:速率环整定曲线
图6:速率环整定曲线
速率环整定普通接纳PI战略,比例增益增大体系阻尼(按捺过冲), 积分增益晋升体系呼应。普通请求加加速时,速率过冲小,速率跟从疾速,且匀速活动或运动时无发抖。

注:有的伺服驱动器,当接纳单环PID地位节制战略时,是不速率环的。普通以为这类节制体例可晋升地位节制的节制精度。

 

地位环:地位环首要考查现实地位与给定地位之间的跟从偏差,特别是加加速阶段,请求跟从偏差幅值小,且能疾速降为0。

图7:地位环整定曲线

图7:地位环整定曲线

 如上图,粉白色曲线为跟从偏差,粉白色坐标为其纵坐标。其加加速阶段,最大跟从偏差为0.008个用户单元,跟从偏差不变约需180ms

节制回路的几个频次参数

Profiler Rate: 节制回路领受的内部指令为希冀地位,或Setposition. SetPosition由Profiler(又称轨迹计划器,或表面计划器)天生,间接给到地位环。Profiler以必然的频次更新给定的SetPosition指令,此频次为Profiler Rate。如由上位PLC经由进程EtherCAT总线节制伺服,总线周期为2ms时,其Profiler Rate为500KHz。

伺服环革新频次:三个环都有一个反应旌旗灯号采样周期。普通最内环的采样周期最短,即革新频次最大。对电流环而言是对霍尔元件或电流互感器采样,对速率和地位环而言,是对编码器采样。速率环的反应旌旗灯号,可由及时反应地位的微分获得。三环的革新频次普通由伺服驱动器默许设置。有的也能够停止变动。晋升采样频次可晋升驱动器机能,但会增添处置芯片的承担。

PWM开关频次:对应逆变器中,IGBT的开关频次。晋升PWM开关频次有助于降落乐音,晋升电流环机能。但开关元件发烧回升,最大输入电流会有所降落。

总结

本文简略先容了伺服驱动器的节制电路。起首报告节制回路与主回路之间的干系,而后是伺服驱动器经常使用的节制战略,最初简述节制回路的三个闭环,和与这几个闭环对应的几个频次参数。

伺服节制是很庞杂的手艺,仅PWM节制就有多种算法和战略。PID整定也长短常庞杂的算法。本文仅从观点上,对交换伺服驱动器的节制电路做一个简略先容。



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