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伺服系統調試步驟

2019-10-31
來源:電子發燒友

  “伺服機構系統”源自servomechanism system,系指經過閉環控制方式達到一個機械系統位置、速度、或加速度控制的系統。一個伺服系統的構成通常包含被控對象(plant)、驅動器(actuator)、控制器(controller)等幾個部分,被控對象系指被控制的物體,例如一個機械手臂,或是一個機械工作平臺。驅動器的功能在于主要提供被控對象的動力,可能以氣壓、液壓、或是電力驅動的方式呈現,若是采用液壓驅動方式,一般稱之為液壓伺服系統。目前盡大多數伺服系統采用電力驅動方式,驅動器包含了電機與功率放大器,特別設計應用于伺服系統的電機蒙古自治區稱之為伺服電機(servo motor),通常內部含有位置反饋裝置,如光電編碼器(optical encoder)或是旋轉變壓器(resolver),目前主要應用于產業界的伺服電機包括直流伺服電機、永磁交流伺服電機和感應交流伺服電機,其中又以永磁交流伺服電機占盡大多數。控制器的功能在于提供整個伺服系統的閉環控制,如轉矩控制、速度控制和位置控制等。目前一般產業用伺服驅動器(servo drive)通常包含了控制器和功率放大器。

  一個傳統伺服機構系統的組成如圖1所示,伺服驅動器主要包含功率放大器與伺服控制器,伺服控制器通常包含速度控制器與轉矩控制器,電機通常提供模擬式的速度反饋信號,控制界面采用±10V的模擬信號,經過外回路的模擬命令,可直接控制電機的轉速或轉矩。采用這種伺服驅動器,通常必須再加上一個位置控制器(posiTIon controller)才能完成位置控制。圖2所示是一個現代的伺服機構系統結構圖,其中的伺服驅動器包含了伺服控制器與功率放大器,伺服電機提供高分辨率的光電編碼器反饋信號。

  什么是伺服系統?

  伺服系統(servomechanism)又稱隨動系統,是用來精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統。伺服系統使物體的位置、方位、狀態等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(或給定值)的任意變化的自動控制系統。

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  它的主要任務是按控制命令的要求、對功率進行放大、變換與調控等處理,使驅動裝置輸出的力矩、速度和位置控制非常靈活方便。在很多情況下,伺服系統專指被控制量(系統的輸出量)是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統,其作用是使輸出的機械位移(或轉角)準確地跟蹤輸入的位移(或轉角),其結構組成和其他形式的反饋控制系統沒有原則上的區別。

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  注意:伺服系統不單單指以伺服電機構成的電氣伺服系統,還有以伺服閥構成的液壓伺服系統。

  伺服系統調試步驟

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  初始化參數

  在接線之前,先初始化參數。在控制卡上:選好控制方式;將PID參數清零;讓控制卡上電時默認使能信號關閉;將此狀態保存,確保控制卡再次上電時即為此狀態。

  伺服系統調試步驟

  在伺服電機上:設置控制方式;設置使能由外部控制;編碼器信號輸出的齒輪比;設置控制信號與電機轉速的比例關系。一般來說,建議使伺服工作中的最大設計轉速對應9V的控制電壓。

  接線

  將控制卡斷電,連接控制卡與伺服之間的信號線。以下的線是必須要接的:控制卡的模擬量輸出線、使能信號線、伺服輸出的編碼器信號線。復查接線沒有錯誤后,伺服電機和控制卡(以及PC)上電。此時電機應該不動,而且可以用外力輕松轉動,如果不是這樣,檢查使能信號的設置與接線。用外力轉動電機,檢查控制卡是否可以正確檢測到電機位置的變化,否則檢查編碼器信號的接線和設置。

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  試方向

  對于一個閉環控制系統,如果反饋信號的方向不正確,后果肯定是災難性的。通過控制卡打開伺服的使能信號。這是伺服應該以一個較低的速度轉動,這就是傳說中的“零漂”。一般控制卡上都會有抑制零漂的指令或參數。使用這個指令或參數,看電機的轉速和方向是否可以通過這個指令(參數)控制。

  如果不能控制,檢查模擬量接線及控制方式的參數設置。確認給出正數,電機正轉,編碼器計數增加;給出負數,電機反轉轉,編碼器計數減小。如果電機帶有負載,行程有限,不要采用這種方式。測試不要給過大的電壓,建議在1V以下。如果方向不一致,可以修改控制卡或電機上的參數,使其一致。

  抑制零漂

  在閉環控制過程中,零漂的存在會對控制效果有一定的影響,最好將其抑制住。使用控制卡或伺服上抑制零飄的參數,仔細調整,使電機的轉速趨近于零。由于零漂本身也有一定的隨機性,所以,不必要求電機轉速絕對為零。

  建立閉環控制

  再次通過控制卡將伺服使能信號放開,在控制卡上輸入一個較小的比例增益,至于多大算較小,這只能憑感覺了,如果實在不放心,就輸入控制卡能允許的最小值。將控制卡和伺服的使能信號打開。這時,電機應該已經能夠按照運動指令大致做出動作了。

  調整閉環參數

  細調控制參數,確保電機按照控制卡的指令運動,這是必須要做的工作,而這部分工作,更多的是經驗,這里只能從略了。


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