作為一名PLC工程師，面對工廠車間里的各種伺服電機(jī)，是否感覺有點(diǎn)摸不著頭腦？別急！要想真正駕馭伺服電機(jī)，先搞清楚它的控制方式才是關(guān)鍵。
今天我們就來聊聊伺服電機(jī)的三種常見控制方式——轉(zhuǎn)矩控制、速度控制和位置控制。學(xué)會(huì)了這些，不僅讓你在PLC編程中游刃有余，還能避免“用錯(cuò)模式，事倍功半”的尷尬局面！
轉(zhuǎn)矩控制，說白了，就是控制電機(jī)輸出的力有多大。通過外部模擬量輸入（比如通過PLC給定電壓信號），可以設(shè)定電機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩大小。例如，假設(shè)10V對應(yīng)5Nm的轉(zhuǎn)矩，外部給個(gè)5V電壓時(shí)，電機(jī)就輸出2.5Nm的力。如果負(fù)載正好等于2.5Nm，電機(jī)不動(dòng)；低于這個(gè)數(shù)，電機(jī)會(huì)正轉(zhuǎn)；大于它，電機(jī)會(huì)反轉(zhuǎn)。這種控制方式主要用于對力有嚴(yán)格要求的場景，比如繞線裝置和光纖拉絲設(shè)備。這些設(shè)備的繞線半徑會(huì)變化，轉(zhuǎn)矩必須實(shí)時(shí)調(diào)整，才能保證線材的受力不變。
不過，這種模式的運(yùn)算量最小，響應(yīng)速度最快。如果你是那種對電機(jī)實(shí)時(shí)反應(yīng)要求極高的“完美主義者”，那么轉(zhuǎn)矩控制絕對是你的菜。
相比轉(zhuǎn)矩控制，位置控制要復(fù)雜得多，它是通過外部脈沖信號來確定電機(jī)的速度和位置。脈沖的頻率決定了轉(zhuǎn)動(dòng)速度，而脈沖的數(shù)量決定了轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。簡單說，電機(jī)轉(zhuǎn)多少，動(dòng)多快，全靠脈沖數(shù)和頻率。位置控制常用于對精度要求非常高的設(shè)備，比如數(shù)控機(jī)床和印刷機(jī)械。
有些伺服驅(qū)動(dòng)器還能通過通訊直接對速度和位置賦值，這樣可以進(jìn)一步提升控制精度。如果你追求的是精確的定位和運(yùn)動(dòng)控制，那么位置控制肯定是你的首選。
但話說回來，位置控制的運(yùn)算量是三種控制方式中最大的，也就是說它的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度最慢。所以，如果你急著讓電機(jī)“閃電般”動(dòng)作，可能要三思了。
速度控制則是兩者之間的“中庸之道”。通過模擬量輸入或者脈沖頻率，你可以控制電機(jī)的速度。要注意，速度控制通常需要上位控制器（比如PLC）的PID控制來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，這樣才能對速度進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整。更妙的是，速度控制還可以通過檢測負(fù)載位置來實(shí)現(xiàn)定位，減少了中間傳動(dòng)過程中的誤差，從而提高系統(tǒng)的定位精度。
如果你的控制器運(yùn)算速度夠快，速度控制的效果會(huì)更佳，你甚至可以把位置環(huán)的控制任務(wù)從伺服驅(qū)動(dòng)器“卸”給控制器來完成，降低驅(qū)動(dòng)器的負(fù)擔(dān)。總的來說，速度控制是個(gè)比較靈活的選擇，適用于那些對位置和速度都有較高要求的場景。
提到伺服電機(jī)，就不得不說它的三環(huán)控制：電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)。所謂三環(huán)，就是三層閉環(huán)控制系統(tǒng)，逐層遞進(jìn)，最終達(dá)到精確控制。
電流環(huán)：最內(nèi)層的環(huán)，用于控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。它的運(yùn)算量最小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)最快。
速度環(huán)：通過電機(jī)編碼器的反饋信號進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，速度環(huán)控制時(shí)同時(shí)包含了電流環(huán)。
位置環(huán)：最外層的環(huán)，包含了前兩層環(huán)的運(yùn)算，負(fù)責(zé)對電機(jī)位置進(jìn)行控制。它的運(yùn)算量最大，因此動(dòng)態(tài)響應(yīng)最慢。
如果你是一個(gè)追求極致控制的工程師，理解這三環(huán)如何協(xié)同工作，將有助于你在復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)化中如魚得水。
伺服電機(jī)的三種控制方式各有優(yōu)劣，如何選擇取決于你的應(yīng)用需求。如果你關(guān)心的是實(shí)時(shí)的力矩輸出，那么轉(zhuǎn)矩控制是你的不二選擇；如果你對位置精度要求很高，位置控制會(huì)是你的最佳拍檔；而如果你希望在速度和位置之間找到平衡點(diǎn)，速度控制將為你提供更靈活的解決方案。
不論你是哪種PLC工程師，掌握這些控制方式后，你將不再局限于簡單的開關(guān)控制，而是能夠在更復(fù)雜的工業(yè)控制場景中游刃有余。
