伺服电机的位置控制转矩控制速度控制是什么样的一个模式之欧阳道创编.docx

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伺服电机的位置控制转矩控制速度控制是什么样的一个模式之欧阳道创编

伺服电机的位置控制转矩控制速度控制是什么样的一个模式

时间：

2021.03.06

创作：

欧阳道

伺服电机的位置控制，转矩控制，速度控制是什么样的一个模式，有什么不同？

例如位置控制模式，他工作的时候是不是PLC发脉冲的时候开始转动，然后plc一直发脉冲，伺服就一直走，PLC脉冲停止的时候伺服电机就停止转动？

还是怎么样工作呢？

1、上图就是由用户设定的指令脉冲数的图；

2、用户根据工件实际需要移动的距离，和自己选定的脉冲当量，首先计算出伺服应该转动多少个指令脉冲数，就到达指定位置；

3、然后用户根据“PLC发脉冲额定频率例如200KHZ”，知道指令脉冲额定频率，并根据指令脉冲数计算出指令运算时间，得到上图设定曲线；

4、这个曲线在伺服还没有运行前，由用户设定的曲线；

5、这条曲线设定后，伺服就知道指令脉冲额定频率，知道伺服电机的上限运行速度

伺服上线运行速度=指令脉冲额定频率×伺服上限速度

6、有了这条曲线，伺服就知道用户要它要转过多少个指令脉冲数，到转过这么多指令脉冲数时，伺服就指令伺服停车；

7、当你设定好这个曲线后，启动伺服运转，伺服就开始启动、加速、匀速……转动起来了；

8、这时候没有“PLC发脉冲”，谁也没有发脉冲，指令脉冲只是个“数”！

9、那为什么大家说“PLC发脉冲”，那是因为位置环就是PLC的计数器，那个指令脉冲数就是给计数器设定的一个基数；

10、PLC并不发脉冲，没有实际存在的脉冲，只有一个脉冲数，当然没有指令脉冲受干扰的问题！

1、这个曲线是可以用示波器观察到的曲线；

2、它是伺服运转时编码器检测发出的反馈脉冲数，以及反馈脉冲数的频率曲线；

3、这条曲线也可以看成伺服运转的速度曲线，因为

编码器反馈脉冲的频率=编码器周反馈脉冲数×伺服电机速度（r/s）

4、这条曲线，反映了伺服运转的全过程，启动→加速→匀速→减速→停车，伺服的运动是一大步完成的。

5、这条曲线与横轴时间所围成的面积就是伺服运动全过程编码器的反馈脉冲数；

6、编码器的反馈脉冲数/电子齿轮比=指令脉冲数时，PLC计数器发出停车信号，驱动器停车！

7、这就是伺服运动控制的核心原理！

！

！

8、这个过程就是位置环的工作原理，或者说是PLC计数器的工作过程，指令脉冲为计数器基数，编码器反馈脉冲进入计数器计数端，当输出指令脉冲数“编码器的反馈脉冲数/电子齿轮比-指令脉冲数时=0”时，伺服停车！

9、仔细观察这条曲线，编码器反馈脉冲频率的最大值，对应的就是伺服运转的最大速度；

10、这个最大速度必须小于伺服电机的上限速度，也就是说这个曲线的高度要比指令脉冲曲线的高度“矮”；

11、这一点很重要，如果伺服运转速度，在某一个时刻“超速”，就会出现反馈脉冲丢失或者指令脉冲增多的故障！

12、仔细观察这条曲线，伺服停车前要减速，伺服停车必须在速度缓慢的情况下完成；

13、这一点非常重要，如果伺服停车时，伺服速度大，那么伺服惯性大，就不能准停，就会向前继续惯性转一下，出现编码器反馈脉冲数大于指令脉冲数的情况；

14、仔细观察这条曲线，伺服运转的最大速度是可以由用户设置的；

15、用户在速度环上设定编码器反馈脉冲频率，伺服的运转速度就是

设定编码器反馈脉冲频率=编码器周反馈脉冲数×伺服电机设定速度（r/s）

16、因为

指令脉冲频率=编码器反馈脉冲频率/电子齿轮比

所以，用户也可以设定“指令脉冲频率”，来设定伺服电机速度；

17、仔细观察这条曲线，伺服电机的加速、减速，就是靠驱动器变频、变压的速度环完成的，所需要的动力转矩是由电流环完成的，这就是ShowMotion说的，“位置环可以包含速度环，也可以直接包含力矩环”！

如何选择伺服电机控制方式？

如何选择伺服电机控制方式？

一般伺服电机都有三种控制方式：

速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。

速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。

位置控制是通过发脉冲来控制的。

具体采用什么控制方式要根据客户的要求，满足何种运动功能来选择。

如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。

如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。

如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。

如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。

就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。

对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。

那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。

如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。

换一种说法是：

1、转矩控制：

转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:

如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。

可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。

应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。

2、位置控制：

位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。

由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。

应用领域如数控机床、印刷机械等等。

3、速度模式：

通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。

位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。

随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。

为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用全数字式交流伺服电机作为执行电动机。

在控制方式上用脉冲串和方向信号实现。

　　一般伺服都有三种控制方式：

速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。

　　速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。

位置控制是通过发脉冲来控制的。

具体采用什么控制方式要根据客户的要求，满足何种运动功能来选择。

　　如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。

　　如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。

如果上位技术'>控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。

如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。

　　就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。

　　对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。

那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。

如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。

　　换一种说法是：

　　1、转矩控制：

转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:

如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。

可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。

应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。

　　2、位置控制：

位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。

由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。

应用领域如数控机床、印刷机械等等。

　　3、速度模式：

通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。

位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。

理解

根据使用电机的主要目的,或者说关心的方面,就很容易理解电机的三种控制模式.

1.只关心输出力的大小,不关系位置\速度,那么就是转矩模式;例如饶线装置或拉光纤设备

2.更多关心位置,采用位置模式;一般应用于定位装置。

应用领域如数控机床、印刷机械等等.

2.1位置控制模式同时也有较好的速度控制功能.

3.更多关心运行速度,则用速度模式.

3.1在有上位控制装置的外环PID控制时,也可以进行定位.

时间：

2021.03.06

创作：

欧阳道