控制系統(tǒng)中的伺服運(yùn)動(dòng)

伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在需要考慮位置和速度等運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用中尤其有用。簡(jiǎn)單或較舊的電機(jī)以恒定速度和方向運(yùn)行，只能通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉電機(jī)來(lái)控制。

然而，伺服電機(jī)是一種更強(qiáng)大的機(jī)構(gòu)。伺服電機(jī)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(yùn)動(dòng)控制創(chuàng)造更多可能性。這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在廣泛用于自動(dòng)化流程，其中伺服電機(jī)的速度和精度使制造商能夠提高生產(chǎn)效率。

由驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、編碼器（放大）、執(zhí)行器和傳感器組成的簡(jiǎn)單伺服系統(tǒng)

假設(shè)我們需要將電機(jī)移動(dòng)到目標(biāo)，但目標(biāo)的位置是可變的。這將使我們的電機(jī)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(jī)始終知道其相對(duì)于目標(biāo)位置的位置，以成功完成此運(yùn)動(dòng)。我們需要反饋。

反饋裝置的重要性

使用伺服電機(jī)時(shí)，您通常會(huì)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(jī)軸的位置。有了這些信息，電機(jī)不僅知道它的軸位置，而且可以實(shí)時(shí)推導(dǎo)出它的速度。有了這些信息，我們可以命令電機(jī)以更可控的方式移動(dòng)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(jī)執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)與電機(jī)實(shí)際執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行比較。有時(shí)會(huì)有偏差。假設(shè)我們命令電機(jī)以60 RPM移動(dòng)，并且我們希望它在1秒內(nèi)達(dá)到該速度。然后我們通過(guò)電機(jī)的繞組發(fā)送一些電流，軸斜升至60 RPM。

如果我們?cè)噲D移動(dòng)的物體的負(fù)載和重量在控制這個(gè)速度的同時(shí)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(jī)將動(dòng)力不足。加速到60 RPM可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間，或者它可能沒(méi)有足夠的電流來(lái)克服系統(tǒng)中的摩擦，而電機(jī)只是停轉(zhuǎn)而不移動(dòng)。我們需要適應(yīng)。

反饋使我們能夠監(jiān)控情況并在此過(guò)程中進(jìn)行更正。在這種情況下，隨著電機(jī)負(fù)載的增加，電機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果，會(huì)增加電機(jī)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(guò)電機(jī)的電流以將速度降低回60 RPM。

它不斷監(jiān)測(cè)實(shí)際運(yùn)動(dòng)并與所需運(yùn)動(dòng)進(jìn)行比較，并迅速調(diào)整它發(fā)送到電機(jī)的電流量，使實(shí)際運(yùn)動(dòng)越來(lái)越接近所需的命令運(yùn)動(dòng)。

這個(gè)命令、比較和校正的過(guò)程稱(chēng)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(yùn)動(dòng)。沒(méi)有反饋，當(dāng)今的大部分工業(yè)和自動(dòng)化都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。至少，它不可能發(fā)生得如此迅速、可靠和自動(dòng)。

伺服電機(jī)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(jī)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(lèi)型的設(shè)備上成功運(yùn)行。

它們可以由最終用戶安裝在電機(jī)軸的外部，也可以由制造商安裝在電機(jī)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(duì)振動(dòng)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(lái)堅(jiān)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(jī)的基本知識(shí)，一些關(guān)鍵部件，以及它們?cè)诜答佅到y(tǒng)中的重要性。本系列的第二部分將進(jìn)一步探討不同類(lèi)型的反饋設(shè)備及其工作原理。