松下伺服電機的控制模式詳解

1. 轉矩控制：

轉矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小，具體表現(xiàn)為例如 10V 對應 5Nm 的話，當外部模擬量設定為 5V 時電機軸輸出為 2.5Nm:如果電機軸負載低于 2.5Nm 時電機正轉，外部負載等于 2.5Nm 時電機不轉，大于 2.5Nm 時電機反轉（通常在有重力負載情況下產生）。可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。應用主要在對材質的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設備，轉矩的設定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。

2. 位置控制：

位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。

由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制，所以一般應用于定位裝置。

3. 速度模式：

通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán) PID 控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加整個系統(tǒng)的定位精度。

4. 全閉環(huán)控制模式：全閉環(huán)控制是相對于半閉環(huán)控制而言的。

首先我們來了解下半閉環(huán)控制，半閉環(huán)是指數(shù)控系統(tǒng)或 PLC發(fā)出速脈沖指令。伺服接受指令，然后執(zhí)行，在執(zhí)行的過程中，伺服本身的編碼器進行位置反饋給伺服，伺服自己進行偏差修正，伺服本身誤差可避免，但是機械誤差無法避免，因為控制系統(tǒng)不知道實際的位置。而全閉環(huán)是指伺服接受上位控制器發(fā)出速度可控的脈沖指令，伺服接受信號執(zhí)行，執(zhí)行的過程中，在機械裝置上有位置反饋的裝置，直接反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過比較，判斷出與實際偏差，給伺服指令，進行偏差修正，這樣控制系統(tǒng)通過頻率可控的脈沖信號完成伺服的速度環(huán)控制， 然后又通過位置傳感器（光柵尺、編碼器）完成伺服的位置環(huán)控制，這種把松下伺服電機、運動控制器、位置傳感器三者有機的結合在一起的控制模式稱之為全閉環(huán)控制。

松下伺服電機PID三環(huán)對伺服控制的影響

松下伺服電機一般為三個環(huán)控制，所謂三環(huán)就是 3 個閉環(huán)負反饋PID調節(jié)系統(tǒng)。從內向外分別為電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)。

1. 電流環(huán)： 最內的 PID 環(huán)就是電流環(huán)，此環(huán)完全在伺服驅動器內部進行，通過霍爾裝置檢測驅動器給電機的各相的輸出電流，負反饋給電流的設定進行 PID 調節(jié)，從而達到輸出電流盡量接近等于設定電流，電流環(huán)就是控制電機轉矩的，所以在轉矩模式下驅動器的運算最小，動態(tài)響應最快。

2. 速度環(huán)：通過檢測的電機編碼器的信號來進行負反饋 PID 調節(jié)，它的環(huán)內 PID 輸出直接就是電流環(huán)的設定，所以速度環(huán)控制時就包含了速度環(huán)和電流環(huán)，換句話說任何模式都必須使用電流環(huán)，電流環(huán)是控制的根本，在速度和位置控制的同時系統(tǒng)實際也在進行電流（轉矩）的控制以達到對速度和位置的相應控制。

3. 位置環(huán)：它是最外環(huán)，可以在驅動器和電機編碼器間構建也可以在外部控制器和電機編碼器或最終負載間構建，要根據(jù)實際情況來定。由于位置控制環(huán)內部輸出就是速度環(huán)的設定，位置控制模式下系統(tǒng)進行了所有 3 個環(huán)的運算，此時的系統(tǒng)運算量最大，動態(tài)響應速度也最慢。

三環(huán)的增益調整

1. 首先電流環(huán)： 電流環(huán)的輸入是速度環(huán) PID 調節(jié)后的那個輸出，我們稱為“電流環(huán)給定”吧，然后呢就是電流環(huán)的這個給定和“電流環(huán)的反饋”值進行比較后的差值在電流環(huán)內做 PID 調節(jié)輸出給電機，“電流環(huán)的輸出”就是電機的每相的相電流，“電流環(huán)的反饋”不是編碼器的反饋而是在驅動器內部安裝在每相的霍爾元件（磁場感應變?yōu)殡娏麟妷盒盘枺┓答伣o電流環(huán)的。

2. 速度環(huán)： 速度環(huán)的輸入就是位置環(huán) PID 調節(jié)后的輸出以及位置設定的前饋值，我們稱為“速度設定”，這個“速度設定”和“速度環(huán)反饋”值進行比較后的差值在速度環(huán)做PID 調節(jié)（主要是比例增益和積分處理）后輸出就是上面講到的“電流環(huán)的給定”。速度環(huán)的反饋來自于編碼器的反饋后的值經過“速度運算器”得到的。

3. 位置環(huán)：位置環(huán)的輸入就是外部的脈沖（通常情況下，直接寫數(shù)據(jù)到驅動器地址的伺服例外），外部的脈沖經過平滑濾波處理和電子齒輪計算后作為“位置環(huán)的設定”，設定和來自編碼器反饋的脈沖信號經過偏差計數(shù)器的計算后的數(shù)值在經過位置環(huán)的 PID 調節(jié)（比例增益調節(jié)，無積分微分環(huán)節(jié)）后輸出和位置給定的前饋信號的合值就構成了上面講的速度環(huán)的給定。位置環(huán)的反饋也來自于編碼編碼器安裝于松下伺服電機尾部，它和電流環(huán)沒有任何聯(lián)系，他采樣來自于電機的轉動而不是電機電流，和電流環(huán)的輸入、輸出、反饋沒有任何聯(lián)系。而電流環(huán)是在驅動器內部形成的，即使沒有電機，只要在每相上安裝模擬負載（例如電燈泡）電流環(huán)就能形成反饋工作。