Řízení rychlosti i točivého momentu pro servomotory jsou realizovány pomocí analogových signálů, zatímco řízení polohy je dosaženo generováním impulsů. Konkrétní režim ovládání, který má být přijat, je vybrán na základě požadavků klienta a specifických pohybových funkcí, které je třeba splnit.
tři režimy řízení pro servomotory
- Pokud nemáte žádné konkrétní požadavky na rychlost nebo polohu motoru-a jednoduše potřebujete vydávat konstantní točivý moment-, režim točivého momentu je jasná volba.
- Pokud požadujete určitou úroveň přesnosti, pokud jde o polohu a rychlost, ale nezabýváte se zvláště hodnotami točivého momentu v reálném čase-, obecně je vhodnější použít režim rychlosti nebo režim polohy.
- Pokud váš hostitelský řadič disponuje robustními možnostmi řízení s uzavřenou{0}}smyčkou, použití Speed Control obvykle přinese vynikající výsledky. A naopak, pokud vaše požadavky nejsou příliš přísné-nebo pokud neexistují prakticky žádné požadavky na odezvu v reálném čase{{3}-, klade použití řízení polohy menší nároky na hostitelský ovladač.
Pokud jde o rychlost odezvy servopohonu: Torque Mode zahrnuje nejnižší výpočetní zatížení, což má za následek nejrychlejší odezvu měniče na řídicí signály; naopak režim polohy zahrnuje nejvyšší výpočetní zatížení, což má za následek nejpomalejší odezvu měniče na řídicí signály.
Když je během pohybu vyžadována vysoká dynamika,-nastavení motoru v reálném čase se stává zásadní.
- Pokud má samotný ovladač relativně nízkou rychlost zpracování (např. PLC nebo nízko{2}}koncový ovladač pohybu), mělo by se použít Řízení polohy.
- Pokud má ovladač relativně vysokou rychlost zpracování, lze použít Speed Control; to zahrnuje přesunutí polohové smyčky z měniče na řídicí jednotku, čímž se sníží pracovní zatížení měniče a zvýší se celková efektivita.
- Pokud je k dispozici ještě pokročilejší hostitelský řadič, lze použít Torque Control; to zahrnuje posunutí rychlostní smyčky-kromě polohové smyčky-od pohonu. Tento přístup je obvykle proveditelný pouze u špičkových-specializovaných ovladačů.
Obecně je vysoce intuitivní metrika pro hodnocení kvality řízení měniče známá jako "šířka pásma odezvy".
Při provozu v režimech řízení točivého momentu nebo řízení rychlosti se používá generátor pulsů ke vstupu signálu čtvercových{0}}vln, což způsobuje, že motor nepřetržitě střídá mezi otáčením vpřed a vzad. Jak se frekvence signálu progresivně zvyšuje, osciloskop zobrazuje signál s rozmítaným-frekvenčním signálem. Když vrchol obálky signálu klesne na 70,7 % své maximální hodnoty, znamená to, že systém ztratil synchronizaci (tj. „vystoupil“). Četnost, s jakou k tomu dochází, slouží jako přímý ukazatel kvality řídicího systému; proudová smyčka může typicky dosahovat šířky pásma přesahující 1000 Hz, zatímco rychlostní smyčka je obecně omezena na několik desítek Hertzů.
Řízení točivého momentu
Řízení točivého momentu je metoda používaná k nastavení velikosti externího výstupního točivého momentu hřídele motoru, dosaženého buď prostřednictvím externího analogového vstupního signálu, nebo přímým přiřazením hodnoty konkrétní adrese. Provozně to znamená,-například-, že pokud 10V vstup odpovídá 5 Nm točivého momentu, pak nastavení externího analogového vstupu na 5V bude mít za následek výstup na hřídeli motoru 2,5 Nm. Za těchto podmínek: pokud je zatížení hřídele motoru menší než 2,5 Nm, motor se otáčí v dopředném směru; pokud se vnější zatížení rovná 2,5 Nm, motor zůstane v klidu; a pokud zatížení překročí 2,5 Nm, motor se otáčí v opačném směru (scénář, který se obvykle vyskytuje u aplikací zahrnujících gravitační zatížení). Nastavenou hodnotu točivého momentu lze upravit v reálném čase{12}} buď změnou analogového vstupního signálu, nebo úpravou číselné hodnoty odpovídající adresy prostřednictvím komunikačního rozhraní.
Tento režim ovládání se primárně využívá v navíjecích a odvíjecích systémech, kde existují přísné požadavky týkající se napětí aplikovaného na materiál,-jako jsou stroje na navíjení drátů{1}nebo optické tahací zařízení-vláknových vláken. V takových aplikacích musí být nastavení krouticího momentu dynamicky upravováno v reálném-čase, aby se kompenzovaly změny poloměru vinutí, čímž se zajistí, že napětí vyvíjené na materiál zůstane konstantní bez ohledu na změny průměru vinutí.
Řízení polohy
V režimu řízení polohy je rychlost otáčení obvykle určena frekvencí externích vstupních impulzů, zatímco úhel natočení je určen počtem impulzů. Některé servosystémy navíc umožňují přímé přiřazení hodnot rychlosti a zdvihu přes komunikační rozhraní. Vzhledem k tomu, že režim polohy umožňuje přesné ovládání rychlosti i polohy, běžně se používá v polohovacích mechanismech.
Oblasti použití zahrnují CNC obráběcí stroje, tiskařské stroje a podobná zařízení.
Režim řízení rychlosti
Rychlost otáčení lze řídit buď pomocí analogových vstupů, nebo úpravou pulzní frekvence. Když je integrován do vnějšího -systému PID řízení smyčky řízeného regulátorem vyšší-úrovně, lze režim rychlosti použít také pro úlohy určování polohy; je však nezbytné předávat zpět signál polohy motoru-nebo signál polohy přímo ze zátěže-do řídicího-úrovně vyšší úrovně pro výpočetní zpracování. Režim polohy také podporuje detekci polohových signálů přímo z vnější smyčky zátěže; v této konfiguraci kodér namontovaný na hřídeli motoru monitoruje pouze rychlost otáčení motoru, zatímco signál skutečné polohy je poskytován detekčním zařízením umístěným na koncovém konci zatížení. Primární výhodou tohoto přístupu je, že minimalizuje chyby vzniklé během mezistupňů přenosu, čímž se zvyšuje celková přesnost polohování celého systému.
Ovládání tří-smyček
Servomotory obvykle využívají tří{0}}smyčkovou řídicí strukturu-, konkrétně systém zahrnující tři uzavřené-negativní{3}}smyčkové regulační systémy PID se zpětnou vazbou. Nejvnitřnější PID smyčka je "proudová smyčka". Tato smyčka funguje zcela uvnitř samotného servopohonu; využívá senzory Hallova{6}}efektu k detekci výstupního proudu tekoucího z měniče do každé fáze motoru a poté aplikuje negativní zpětnou vazbu na nastavenou hodnotu proudu, aby se provedla regulace PID. Cílem je zajistit, aby skutečný výstupní proud těsně odpovídal požadované hodnotě. V zásadě proudová smyčka řídí točivý moment motoru; v důsledku toho, když měnič pracuje v režimu točivého momentu, výpočetní zatížení je minimální, což má za následek nejrychlejší dynamickou odezvu.
Druhá smyčka je "rychlostní smyčka". Provádí negativní{1}}zpětnou vazbu PID regulace na základě signálů detekovaných kodérem motoru. Výstup PID generovaný v této smyčce slouží přímo jako žádaná hodnota pro proudovou smyčku. Proto při provozu v režimu řízení rychlosti systém účinně zapojí jak rychlostní smyčku, tak proudovou smyčku. Jinými slovy, proudová smyčka je nepostradatelná v jakémkoli provozním režimu; tvoří základní základ kontroly. Dokonce i během operací řízení rychlosti a polohy systém současně provádí řízení proudu (točivého momentu), aby bylo dosaženo přesné regulace rychlosti a polohy.
Třetí smyčka je "poziční smyčka". Jako nejvzdálenější smyčka může být konfigurována buď mezi měničem a enkodérem motoru, nebo mezi externím ovladačem a enkodérem motoru (nebo konečnou zátěží), v závislosti na konkrétních požadavcích aplikace. Protože interní výstup polohové regulační smyčky slouží jako žádaná hodnota pro rychlostní smyčku, provoz v režimu polohové regulace vyžaduje současné provedení všech tří smyček. V důsledku toho tento režim klade nejvyšší výpočetní zátěž na systém a má za následek nejnižší rychlost dynamické odezvy.