控制系統(tǒng)中的伺服運動

伺服運動控制系統(tǒng)在需要考慮位置和速度等運動的應(yīng)用中尤其有用。簡單或較舊的電機以恒定速度和方向運行，只能通過打開和關(guān)閉電機來控制。

然而，伺服電機是一種更強大的機構(gòu)。伺服電機通常配備高速和扭矩構(gòu)建技術(shù)。它們通常采用更智能的控制方法，為運動控制創(chuàng)造更多可能性。這項技術(shù)現(xiàn)在廣泛用于自動化流程，其中伺服電機的速度和精度使制造商能夠提高生產(chǎn)效率。

由驅(qū)動器、電機、編碼器（放大）、執(zhí)行器和傳感器組成的簡單伺服系統(tǒng)

假設(shè)我們需要將電機移動到目標(biāo)，但目標(biāo)的位置是可變的。這將使我們的電機需要穿越的距離（其軸旋轉(zhuǎn)的次數(shù)）可變。我們需要一種方法讓電機始終知道其相對于目標(biāo)位置的位置，以成功完成此運動。我們需要反饋。

反饋裝置的重要性

使用伺服電機時，您通常會看到內(nèi)置的反饋設(shè)備，例如編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器。這些反饋裝置持續(xù)監(jiān)控電機軸的位置。有了這些信息，電機不僅知道它的軸位置，而且可以實時推導(dǎo)出它的速度。有了這些信息，我們可以命令電機以更可控的方式移動并執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)。

反饋使我們能夠?qū)⑽覀兠铍姍C執(zhí)行的運動與電機實際執(zhí)行的運動進行比較。有時會有偏差。假設(shè)我們命令電機以60 RPM移動，并且我們希望它在1秒內(nèi)達到該速度。然后我們通過電機的繞組發(fā)送一些電流，軸斜升至60 RPM。

如果我們試圖移動的物體的負載和重量在控制這個速度的同時增加怎么辦？如果我們繼續(xù)發(fā)出與以前相同的電流，我們的電機將動力不足。加速到60 RPM可能需要更長的時間，或者它可能沒有足夠的電流來克服系統(tǒng)中的摩擦，而電機只是停轉(zhuǎn)而不移動。我們需要適應(yīng)。

反饋使我們能夠監(jiān)控情況并在此過程中進行更正。在這種情況下，隨著電機負載的增加，電機會發(fā)現(xiàn)并沒有達到預(yù)期的效果，會增加電機中的電流量以獲得所需的速度和加速度。如果它發(fā)送太多并且轉(zhuǎn)子以大于60 RPM的值旋轉(zhuǎn)，它將減少通過電機的電流以將速度降低回60 RPM。

它不斷監(jiān)測實際運動并與所需運動進行比較，并迅速調(diào)整它發(fā)送到電機的電流量，使實際運動越來越接近所需的命令運動。

這個命令、比較和校正的過程稱為閉環(huán)反饋控制。它是伺服系統(tǒng)的主要特征之一，使它們能夠執(zhí)行復(fù)雜而精確的運動。沒有反饋，當(dāng)今的大部分工業(yè)和自動化都無法實現(xiàn)。至少，它不可能發(fā)生得如此迅速、可靠和自動。

伺服電機反饋裝置

反饋設(shè)備本身通常以旋轉(zhuǎn)變壓器或編碼器的形式出現(xiàn)。

這是提供電機軸位置反饋的兩種不同技術(shù)。盡管它們執(zhí)行相同的功能，但兩種技術(shù)之間存在差異，這使得它們更適合特定應(yīng)用。但是，這兩種設(shè)備之間存在一些重疊，并且某些應(yīng)用程序可以在任一類型的設(shè)備上成功運行。

它們可以由最終用戶安裝在電機軸的外部，也可以由制造商安裝在電機外殼的內(nèi)部。編碼器可以非常精確，但它們也可能很昂貴并且對振動和沖擊等力在物理上很敏感。旋轉(zhuǎn)變壓器可能更便宜且看起來堅不可摧，但它們可能缺乏高精度應(yīng)用所需的位置分辨率。

在文章中，我們講解了伺服電機的基本知識，一些關(guān)鍵部件，以及它們在反饋系統(tǒng)中的重要性。本系列的第二部分將進一步探討不同類型的反饋設(shè)備及其工作原理。