伺服控制系統(tǒng)的電機(jī)控制和運(yùn)動控制
工業(yè)伺服控制主要分兩個方向,一個是運(yùn)動控制,通常用于機(jī)械領(lǐng)域;另一個就是電機(jī)過程控制,通常使用于化工領(lǐng)域。而運(yùn)動控制指的是一種起源于早期的伺服系統(tǒng),基于電動機(jī)的控制,以實(shí)現(xiàn)物體對角位移、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等等物理量改變的控制。
一個運(yùn)動控制系統(tǒng)的基本架構(gòu)組成包括:
運(yùn)動控制器:用以生成軌跡點(diǎn)(期望輸出)和閉合位置反饋環(huán)。許多控制器也可以在內(nèi)部閉合一個速度環(huán)。
運(yùn)動控制器主要分為三類,分別是PC-Based、專用控制器、PLC。其中PC-Based運(yùn)動控制器在電子、EMS等行業(yè)被廣泛應(yīng)用;專用控制器的代表行業(yè)是風(fēng)電、光伏、機(jī)器人、成型機(jī)械等等;PLC則在橡膠、汽車、冶金等行業(yè)備受青睞。
驅(qū)動或放大器:用以將來自運(yùn)動控制器的控制信號(通常是速度或扭矩信號)轉(zhuǎn)換為更高功率的電流或電壓信號。更為先進(jìn)的智能化驅(qū)動可以自身閉合位置環(huán)和速度環(huán),以獲得更精確的控制。
執(zhí)行器:如液壓泵、氣缸、線性執(zhí)行機(jī)或電機(jī),用以輸出運(yùn)動。
反饋傳感器:如光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或霍爾效應(yīng)設(shè)備等,用以反饋執(zhí)行器的位置到位置控制器,以實(shí)現(xiàn)和位置控制環(huán)的閉合。
眾多機(jī)械部件用以將執(zhí)行器的運(yùn)動形式轉(zhuǎn)換為期望的運(yùn)動形式,它包括齒輪箱、軸、滾珠絲杠、齒形帶、聯(lián)軸器以及線性和旋轉(zhuǎn)軸承。
在上面的定義中,有提到電機(jī)控制,但電機(jī)控制和運(yùn)動控制是不同的。
從關(guān)注點(diǎn)來說,電機(jī)控制(這里指伺服電機(jī))主要關(guān)注的是控制單個電機(jī)的轉(zhuǎn)距、速度、位置中的一個或多個參數(shù)達(dá)到給定值。而運(yùn)動控制主要關(guān)注點(diǎn)在于協(xié)調(diào)多個電機(jī),完成指定的運(yùn)動(合成軌跡、合成速度),比較著重軌跡規(guī)劃、速度規(guī)劃、運(yùn)動學(xué)轉(zhuǎn)換;比如數(shù)控機(jī)床里面要協(xié)調(diào)XYZ軸電機(jī),完成插補(bǔ)動作。
電機(jī)控制常常作為運(yùn)動控制系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)(通常是電流環(huán),工作在力矩模式下),更著重于對電機(jī)的控制,一般包括位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制三個控制環(huán),一般沒有規(guī)劃的能力(有部分驅(qū)動器有簡單的位置和速度規(guī)劃能力)。
運(yùn)動控制往往是針對產(chǎn)品而言的,包含機(jī)械、軟件、電氣等模塊,例如機(jī)器人、無人機(jī)、運(yùn)動平臺等等,是對機(jī)械運(yùn)動部件的位置、速度等進(jìn)行實(shí)時的控制管理,使其按照預(yù)期的運(yùn)動軌跡和規(guī)定的運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動的一種控制。
兩者有部分內(nèi)容是重合的:位置環(huán)/速度環(huán)/轉(zhuǎn)距環(huán)可以在電機(jī)的驅(qū)動器中實(shí)現(xiàn),也可以在運(yùn)動控制器中實(shí)現(xiàn),因此兩個屬于容易混淆。
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