PLC工程师都应了解的3种伺服电机控制方式

伺服电机速度控制和转矩控制由模拟量控制，位置控制由发送脉冲控制。具体的控制方式要根据客户的要求和运动功能来选择。

接下来，我们将介绍伺服电机的三种控制模式:

如果你对电机的转速和位置没有要求，输出一个恒定的扭矩就可以了，当然是在扭矩模式下。

如果对位置和速度有一定的精度要求，但对实时转矩不是很在意，最好使用速度或位置模式。

如果上位控制器有很好的闭环控制功能，速度控制效果会更好。如果要求本身不是很高，或者基本没有实时性要求，位置控制对上位控制器要求不高。

就伺服驱动器的响应速度而言，转矩模式的计算量最小，驱动器对控制信号的响应最快。位置计算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。

当运动中对动态性能有较高要求时，需要对电机进行实时调整。

如果控制器本身的运行速度很慢(如PLC或低端运动控制器)，则采用位置控制。

如果控制器的运行速度较快，可以将位置环以速度的方式从驱动器移到控制器，以减少驱动器的工作量，提高效率；

如果有更好的上位控制器，也可以用扭矩控制，速度环也可以从驱动中去掉，一般只有高端专用控制器才有。

一般来说，比较驱动控制的好坏有一个直观的方法，叫做响应带宽。

转矩控制或速度控制时，脉冲发生器给它一个方波信号，使电机不断地正反转，不断地提高频率。示波器显示一个扫描信号。当包络的峰值达到最高值的70.7%时，说明控制失步。这时候频率就能看出控制的好坏。一般电流环可以做到1000HZ以上，速度环只能做到几十HZ。

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扭矩控制

转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接地址分配来设定电机轴的外部输出转矩。具体表述为，比如10V对应5Nm，当外部模拟量设置为5V时，电机轴的输出为2.5Nm:电机轴负载低于2.5Nm时，电机正转，外部负载等于2.5Nm，大于2.5Nm时电机反转(通常是重力负载情况下)。您可以通过即时改变模拟量的设置，或通过通讯方式改变相应地址的值来改变设定扭矩。

主要用于对材料受力有严格要求的卷绕和放卷装置，如缠绕装置或光纤牵引装置。扭矩的设定要根据缠绕半径的变化随时改变，以保证材料的受力不会随着缠绕半径的变化而变化。

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位置控制

位置控制方式一般是通过外部输入脉冲的频率来决定转速，通过脉冲的个数来决定转角，有些伺服可以通过通讯的方式直接给速度和位移赋值。由于位置模式可以严格控制速度和位置，所以一般应用于定位设备。

数控机床、印刷机械等应用。

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速度模式

转速可由模拟量输入或脉冲频率控制，提供上位控制器外环PID控制时也可定位速度模式，但必须将电机的位置信号或直接负载的位置信号反馈给上位控制器进行计算。位置模式还支持直接负载外环来检测位置信号。此时电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号由直接最终负载端的检测装置提供。这样做的好处是减少了中间传输过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。

一般电机由三个回路控制，所谓三个回路就是三个闭环负反馈PID调节系统。最内部的PID回路是电流回路，完全在伺服驱动器内部进行。霍尔器件检测驱动器每相输出到电机的电流，负反馈通过PID调节电流设定，使输出电流尽可能接近设定电流，电流环控制电机转矩。因此，在扭矩模式下，驾驶员的计算量最小，动态响应最快。

第二个回路是速度回路，通过检测电机编码器的信号进行负反馈PID调节。它在环中的PID输出直接是电流环的设定，所以速度环控制包括速度环和电流环。换句话说，任何模式都必须使用电流回路，这是控制的基础。在速度和位置控制的同时，系统实际上是在控制电流(转矩)来实现速度和位置的相应控制。

第三环是位置环，是最外面的环。它可以建立在驱动器和电机编码器之间，也可以建立在外部控制器和电机编码器或最终负载之间，具体取决于实际情况。因为位置控制回路的内部输出是速度回路的设置，所以系统在位置控制模式下执行所有三个回路操作。此时系统计算量最大，动态响应速度最慢。