伺 服 電 動(dòng) 缸 是 將 伺 服 電 機 與 絲 杠 一 體 化 設 計 的 模 塊 化 產(chǎn) 品 ，將 伺 服 電 機的 旋 轉 運 動(dòng) 轉 換 成 直 線(xiàn) 運 動(dòng) ， 同 時(shí) 將 伺 服 電 機 最 佳 優(yōu) 點(diǎn) ： 精 確 轉 速 控 制 ， 精確 轉 數 控 制 ， 精 確 扭 矩 控 制 轉 變 成 精 確 速 度 控 制 ， 精 確 位 置 控 制 ， 精 確 推 力控 制 ； 實(shí) 現 高 精 度 直 線(xiàn) 運 動(dòng) 系 列 的 全 新 革 命 性 產(chǎn) 品 。

一 般 伺 服 都 有 三 種 控 制 方 式 ： 速 度 控 制 方 式 ， 轉 矩 控 制 方 式 ， 位 置 控 制方 式 。

速 度 控 制 和 轉 矩 控 制 都 是 用 模 擬 量 來(lái) 控 制 的 。位 置 控 制 是 通 過(guò) 發(fā) 脈 沖 來(lái)控 制 的 。 具 體 采 用 什 么 控 制 方 式 要 根 據 客 戶(hù) 的 要 求 ， 滿(mǎn) 足 何 種 運 動(dòng) 功 能 來(lái) 選擇 。

如 果 您 對 電 機 的 速 度 、 位 置 都 沒(méi) 有 要 求 ， 只 要 輸 出 一 個(gè) 恒 轉 矩 ， 當 然 是用 轉 矩 模 式 。

如 果 對 位 置 和 速 度 有 一 定 的 精 度 要 求 ， 而 對 實(shí) 時(shí) 轉 矩 不 是 很 關(guān) 心 ， 用 轉矩 模 式 不 太 方 便 ， 用 速 度 或 位 置 模 式 比 較 好 。 如 果 上 位 控 制 器 有 比 較 好 的 閉環(huán) 控 制 功 能 ， 用 速 度 控 制 效 果 會(huì ) 好 一 點(diǎn) 。 如 果 本 身 要 求 不 是 很 高 ， 或 者 ， 基本 沒(méi) 有 實(shí) 時(shí) 性 的 要 求 ， 用 位 置 控 制 方 式 對 上 位 控 制 器 沒(méi) 有 很 高 的 要 求 。就 伺 服 驅 動(dòng) 器 的 響 應 速 度 來(lái) 看 ， 轉 矩 模 式 運 算 量 最 小 ， 驅 動(dòng) 器 對 控 制 信 號 的響 應 最 快 ； 位 置 模 式 運 算 量 最 大 ， 驅 動(dòng) 器 對 控 制 信 號 的 響 應 最 慢 。

對 運 動(dòng) 中 的 動(dòng) 態(tài) 性 能 有 比 較 高 的 要 求 時(shí) ， 需 要 實(shí) 時(shí) 對 電 機 進(jìn) 行 調 整 。那么 如 果 控 制 器 本 身 的 運 算 速 度 很 慢（ 比 如 PLC ，或 低 端 運 動(dòng) 控 制 器 ），就 用 位置 方 式 控 制 。 如 果 控 制 器 運 算 速 度 比 較 快 ， 可 以 用 速 度 方 式 ， 把 位 置 環(huán) 從 驅動(dòng) 器 移 到 控 制 器 上 ， 減 少 驅 動(dòng) 器 的 工 作 量 ， 提 高 效 率 （ 比 如 大 部 分 中 高 端 運動(dòng) 控 制 器 ）；如 果 有 更 好 的 上 位 控 制 器 ，還 可 以 用 轉 矩 方 式 控 制 ，把 速 度 環(huán) 也從 驅 動(dòng) 器 上 移 開(kāi) ， 這 一 般 只 是 高 端 專(zhuān) 用 控 制 器 才 能 這 么 干 ， 而 且 ， 這 時(shí) 完 全不 需 要 使 用 伺 服 電 機 。

換 一 種 說(shuō) 法 是 ：

1、 轉 矩 控 制 ： 轉 矩 控 制 方 式 是 通 過(guò) 外 部 模 擬 量 的 輸 入 或 直 接 的 地 址 的 賦值 來(lái) 設 定 電 機 軸 對 外 的 輸 出 轉 矩 的 大 小 ，具 體 表 現 為 例 如 10V 對 應 5Nm 的 話(huà) ，當 外 部 模 擬 量 設 定 為 5V 時(shí) 電 機 軸 輸 出 為 2.5Nm: 如 果 電 機 軸 負 載 低 于 2.5Nm時(shí) 電 機 正 轉 ， 外 部 負 載 等 于 2.5Nm 時(shí) 電 機 不 轉 ， 大 于 2.5Nm 時(shí) 電 機 反 轉 （ 通常 在 有 重 力 負 載 情 況 下 產(chǎn) 生 ）?？?以 通 過(guò) 即 時(shí) 的 改 變 模 擬 量 的 設 定 來(lái) 改 變 設 定的 力 矩 大 小 ， 也 可 通 過(guò) 通 訊 方 式 改 變 對 應 的 地 址 的 數 值 來(lái) 實(shí) 現 。 應 用 主 要 在對 材 質(zhì) 的 受 力 有 嚴 格 要 求 的 纏 繞 和 放 卷 的 裝 置 中 ， 例 如 饒 線(xiàn) 裝 置 或 拉 光 纖 設備 ， 轉 矩 的 設 定 要 根 據 纏 繞 的 半 徑 的 變 化 隨 時(shí) 更 改 以 確 保 材 質(zhì) 的 受 力 不 會(huì ) 隨著(zhù) 纏 繞 半 徑 的 變 化 而 改 變 。

2、 位 置 控 制 ： 位 置 控 制 模 式 一 般 是 通 過(guò) 外 部 輸 入 的 脈 沖 的 頻 率 來(lái) 確 定 轉動(dòng) 速 度 的 大 小 ， 通 過(guò) 脈 沖 的 個(gè) 數 來(lái) 確 定 轉 動(dòng) 的 角 度 ， 也 有 些 伺 服 可 以 通 過(guò) 通訊 方 式 直 接 對 速 度 和 位 移 進(jìn) 行 賦 值 。 由 于 位 置 模 式 可 以 對 速 度 和 位 置 都 有 很?chē)?格 的 控 制 ， 所 以 一 般 應 用 于 定 位 裝 置 。 應 用 領(lǐng) 域 如 數 控 機 床 、 印 刷 機 械 等等 。

3、 速 度 模 式 ： 通 過(guò) 模 擬 量 的 輸 入 或 脈 沖 的 頻 率 都 可 以 進(jìn) 行 轉 動(dòng) 速 度 的 控制 ， 在 有 上 位 控 制 裝 置 的 外 環(huán) PID 控 制 時(shí) 速 度 模 式 也 可 以 進(jìn) 行 定 位 ， 但 必 須把 電 機 的 位 置 信 號 或 直 接 負 載 的 位 置 信 號 給 上 位 反 饋 以 做 運 算 用 。 位 置 模 式也 支 持 直 接 負 載 外 環(huán) 檢 測 位 置 信 號 ， 此 時(shí) 的 電 機 軸 端 的 編 碼 器 只 檢 測 電 機 轉速 ， 位 置 信 號 就 由 直 接 的 最 終 負 載 端 的 檢 測 裝 置 來(lái) 提 供 了 ， 這 樣 的 優(yōu) 點(diǎn) 在 于可 以 減 少 中 間 傳 動(dòng) 過(guò) 程 中 的 誤 差 ， 增 加 了 整 個(gè) 系 統 的 定 位 精 度 。

談 談 三 環(huán) 控 制 ：

伺 服 電 機 一 般 為 三 個(gè) 環(huán) 控 制 ， 所 謂 三 環(huán) 就 是 3 個(gè) 閉 環(huán) 負 反 饋 PID 調 節 系統 。

最 內 的 PID 環(huán) 就 是 電 流 環(huán) ， 此 環(huán) 完 全 在 伺 服 驅 動(dòng) 器 內 部 進(jìn) 行 ， 通 過(guò) 霍 爾裝 置 檢 測 驅 動(dòng) 器 給 電 機 的 各 相 的 輸 出 電 流 ， 負 反 饋 給 電 流 的 設 定 進(jìn) 行 PID 調節 ，從 而 達 到 輸 出 電 流 盡 量 接 近 等 于 設 定 電 流 ，電 流 環(huán) 就 是 控 制 電 機 轉 矩 的 ，所 以 在 轉 矩 模 式 下 驅 動(dòng) 器 的 運 算 最 小 ， 動(dòng) 態(tài) 響 應 最 快 。

第 2 環(huán) 是 速 度 環(huán) ，通 過(guò) 檢 測 的 電 機 編 碼 器 的 信 號 來(lái) 進(jìn) 行 負 反 饋 PID 調 節 ，它 的 環(huán) 內 PID 輸 出 直 接 就 是 電 流 環(huán) 的 設 定 ， 所 以 速 度 環(huán) 控 制 時(shí) 就 包 含 了 速 度環(huán) 和 電 流 環(huán) ， 換 句 話(huà) 說(shuō) 任 何 模 式 都 必 須 使 用 電 流 環(huán) ， 電 流 環(huán) 是 控 制 的 根 本 ，在 速 度 和 位 置 控 制 的 同 時(shí) 系 統 實(shí) 際 也 在 進(jìn) 行 電 流 （ 轉 矩 ） 的 控 制 以 達 到 對 速度 和 位 置 的 相 應 控 制 。

第 3 環(huán) 是 位 置 環(huán) ， 它 是 最 外 環(huán) ， 可 以 在 驅 動(dòng) 器 和 電 機 編 碼 器 間 構 建 也 可以 在 外 部 控 制 器 和 電 機 編 碼 器 或 最 終 負 載 間 構 建 ， 要 根 據 實(shí) 際 情 況 來(lái) 定 。 由于 位 置 控 制 環(huán) 內 部 輸 出 就 是 速 度 環(huán) 的 設 定 ， 位 置 控 制 模 式 下 系 統 進(jìn) 行 了 所 有3 個(gè) 環(huán) 的 運 算 ， 此 時(shí) 的 系 統 運 算 量 最 大 ， 動(dòng) 態(tài) 響 應 速 度 也 最 慢 。

運 動(dòng) 伺 服 一 般 都 是 三 環(huán) 控 制 系 統 ， 從 內 到 外 依 次 是 電 流 環(huán) 速 度 環(huán) 位 置 環(huán) 。

1、 首 先 電 流 環(huán) ： 電 流 環(huán) 的 輸 入 是 速 度 環(huán) PID 調 節 后 的 那 個(gè) 輸 出 ， 我 們 稱(chēng)為 “電 流 環(huán) 給 定 ”吧 ，然 后 呢 就 是 電 流 環(huán) 的 這 個(gè) 給 定 和 “電 流 環(huán) 的 反 饋 ”值 進(jìn)行 比 較 后 的 差 值 在 電 流 環(huán) 內 做 PID 調 節 輸 出 給 電 機 ， “電 流 環(huán) 的 輸 出 ”就 是電 機 的 每 相 的 相 電 流 ， “電 流 環(huán) 的 反 饋 ”不 是 編 碼 器 的 反 饋 而 是 在 驅 動(dòng) 器 內部 安 裝 在 每 相 的 霍 爾 元 件 （ 磁 場(chǎng) 感 應 變 為 電 流 電 壓 信 號 ） 反 饋 給 電 流 環(huán) 的 。

2、速 度 環(huán) ：速 度 環(huán) 的 輸 入 就 是 位 置 環(huán) PID 調 節 后 的 輸 出 以 及 位 置 設 定 的前 饋 值 ，我 們 稱(chēng) 為 “速 度 設 定 ”，這 個(gè) “速 度 設 定 ”和 “速 度 環(huán) 反 饋 ”值 進(jìn) 行比 較 后 的 差 值 在 速 度 環(huán) 做 PID 調 節 （ 主 要 是 比 例 增 益 和 積 分 處 理 ） 后 輸 出 就是 上 面 講 到 的 “電 流 環(huán) 的 給 定 ”。 速 度 環(huán) 的 反 饋 來(lái) 自 于 編 碼 器 的 反 饋 后 的 值經(jīng) 過(guò) “速 度 運 算 器 ”得 到 的 。

3、 位 置 環(huán) ：位 置 環(huán) 的 輸 入 就 是 外 部 的 脈 沖 （ 通 常 情 況 下 ，直 接 寫(xiě) 數 據 到驅 動(dòng) 器 地 址 的 伺 服 例 外 ），外 部 的 脈 沖 經(jīng) 過(guò) 平 滑 濾 波 處 理 和 電 子 齒 輪 計 算 后 作為 “位 置 環(huán) 的 設 定 ”， 設 定 和 來(lái) 自 編 碼 器 反 饋 的 脈 沖 信 號 經(jīng) 過(guò) 偏 差 計 數 器 的計 算 后 的 數 值 在 經(jīng) 過(guò) 位 置 環(huán) 的 PID 調 節 （ 比 例 增 益 調 節 ， 無(wú) 積 分 微 分 環(huán) 節 ）后 輸 出 和 位 置 給 定 的 前 饋 信 號 的 合 值 就 構 成 了 上 面 講 的 速 度 環(huán) 的 給 定 。 位 置環(huán) 的 反 饋 也 來(lái) 自 于 編 碼 器 。

編 碼 器 安 裝 于 伺 服 電 機 尾 部 ， 它 和 電 流 環(huán) 沒(méi) 有 任 何 聯(lián) 系 ， 他 采 樣 來(lái) 自 于電 機 的 轉 動(dòng) 而 不 是 電 機 電 流 ， 和 電 流 環(huán) 的 輸 入 、 輸 出 、 反 饋 沒(méi) 有 任 何 聯(lián) 系 。而 電 流 環(huán) 是 在 驅 動(dòng) 器 內 部 形 成 的 ， 即 使 沒(méi) 有 電 機 ， 只 要 在 每 相 上 安 裝 模 擬 負載 （ 例 如 電 燈 泡 ） 電 流 環(huán) 就 能 形 成 反 饋 工 作 。

談 談 PID 各 自 對 差 值 調 節 對 系 統 的 影 響 ：

1、 單 獨 的 P（ 比 例 ） 就 是 將 差 值 進(jìn) 行 成 比 例 的 運 算 ， 它 的 顯 著(zhù) 特 點(diǎn) 就 是有 差 調 節 ， 有 差 的 意 義 就 是 調 節 過(guò) 程 結 束 后 ， 被 調 量 不 可 能 與 設 定 值 準 確 相等 ， 它 們 之 間 一 定 有 殘 差 ， 殘 差 具 體 值 您 可 以 通 過(guò) 比 例 關(guān) 系 計 算 出 。。。 增 加比 例 將 會(huì ) 有 效 減 小 殘 差 并 增 加 系 統 響 應 ， 但 容 易 導 致 系 統 激 烈 震 蕩 甚 至 不 穩定 。

2、 單 獨 的 I （ 積 分 ） 就 是 使 調 節 器 的 輸 出 信 號 的 變 化 速 度 與 差 值 信 號 成正 比 ， 大 家 不 難 理 解 ， 如 果 差 值 大 ， 則 積 分 環(huán) 節 的 變 化 速 度 大 ， 這 個(gè) 環(huán) 節 的正 比 常 數 的 比 例 倒 數 我 們 在 伺 服 系 統 里 通 常 叫 它 為 積 分 時(shí) 間 常 數 ， 積 分 時(shí) 間常 數 越 小 意 味 著(zhù) 系 統 的 變 化 速 度 越 快 ， 所 以 同 樣 如 果 增 大 積 分 速 度 （ 也 就 是減 小 積 分 時(shí) 間 常 數 ） 將 會(huì ) 降 低 控 制 系 統 的 穩 定 程 度 ， 直 到 最 后 出 現 發(fā) 散 的 震蕩 過(guò) 程 ，。。。 這 個(gè) 環(huán) 節 最 大 的 好 處 就 是 被 調 量 最 后 是 沒(méi) 有 殘 差 的 。

3、 PI（ 比 例 積 分 ）就 是 綜 合 P 和 I 的 優(yōu) 點(diǎn) ，利 用 P 調 節 快 速 抵 消 干 擾 的影 響 ， 同 時(shí) 利 用 I 調 節 消 除 殘 差 。

4、 單 獨 的 D（ 微 分 ） 就 是 根 據 差 值 的 方 向 和 大 小 進(jìn) 行 調 節 的 ， 調 節 器 的輸 出 與 差 值 對 于 時(shí) 間 的 導 數 成 正 比 ， 微 分 環(huán) 節 只 能 起 到 輔 助 的 調 節 作 用 ， 它可 以 與 其 他 調 節 結 合 成 PD 和 PID 調 節 。。。它 的 好 處 是 可 以 根 據 被 調 節 量（ 差值 ） 的 變 化 速 度 來(lái) 進(jìn) 行 調 節 ， 而 不 要 等 到 出 現 了 很 大 的 偏 差 后 才 開(kāi) 始 動(dòng) 作 ，其 實(shí) 就 是 賦 予 了 調 節 器 以 某 種 程 度 上 的 預 見(jiàn) 性 ， 可 以 增 加 系 統 對 微 小 變 化 的響 應 特 性 。

伺 服 的 電 流 環(huán) 的 PID 常 數 一 般 都 是 在 驅 動(dòng) 器 內 部 設 定 好 的 ， 操 作 使 用 者 不 需要 更 改 。

速 度 環(huán) 主 要 進(jìn) 行 PI （ 比 例 和 積 分 ）， 比 例 就 是 增 益 ， 所 以 我 們 要 對 速 度增 益 和 速 度 積 分 時(shí) 間 常 數 進(jìn) 行 合 適 的 調 節 才 能 達 到 理 想 效 果 。

位 置 環(huán) 主 要 進(jìn) 行 P（ 比 例 ） 調 節 。。。 對 此 我 們 只 要 設 定 位 置 環(huán) 的 比 例 增益 就 好 了 。

位 置 環(huán) 、 速 度 環(huán) 的 參 數 調 節 沒(méi) 有 什 么 固 定 的 數 值 ， 要 根 據 外 部 負 載 的 機械 傳 動(dòng) 連 接 方 式 、 負 載 的 運 動(dòng) 方 式 、 負 載 慣 量 、 對 速 度 、 加 速 度 要 求 以 及 電機 本 身 的 轉 子 慣 量 和 輸 出 慣 量 等 等 很 多 條 件 來(lái) 決 定 ， 調 節 的 簡(jiǎn) 單 方 法 是 在 根據 外 部 負 載 的 情 況 進(jìn) 行 大 體 經(jīng) 驗 的 范 圍 內 將 增 益 參 數 從 小 往 大 調 ， 積 分 時(shí) 間常 數 從 大 往 小 調 ， 以 不 出 現 震 動(dòng) 超 調 的 穩 態(tài) 值 為 最 佳 值 進(jìn) 行 設 定 。

當 進(jìn) 行 位 置 模 式 需 要 調 節 位 置 環(huán) 時(shí) ， 最 好 先 調 節 速 度 環(huán) （ 此 時(shí) 位 置 環(huán) 的比 例 增 益 設 定 在 經(jīng) 驗 值 的 最 小 值 ）， 調 節 速 度 環(huán) 穩 定 后 ， 在 調 節 位 置 環(huán) 增 益 ，適 量 逐 步 增 加 ， 位 置 環(huán) 的 響 應 最 好 比 速 度 環(huán) 慢 一 點(diǎn) ， 不 然 也 容 易 出 現 速 度 震蕩 。