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向量控制和伺服控制

向量控制方式——

   向量控制,最簡單的說,就是將交流電機調速通過一系列等效變換,等效成直流電機的調速特性,就這麼簡單,至於深入瞭解,那就得深入瞭解變頻器的數學模型,電機學等學科。

向量控制原理是模仿直流電動機的控制原理,根據非同步電動機的動態數學模型,利用一系列座標變換把定子電流向量分解為勵磁分量和轉矩分量,對電機的轉矩電流分量和勵磁分量分別進行控制。

    在轉子磁場定向後實現磁場和轉矩的解耦,從而達到控制非同步電動機轉矩的目的,使非同步電機得到接近他勵直流電機的控制性能。

    具體做法是將非同步電動機的定子電流向量分解為產生磁場的電流分量 (勵磁電流)和產生轉矩的電流分量(轉矩電流)分別加以控制,並同時控制兩分量間的幅值和相位,即控制定子電流向量,所以稱這種控制方式稱為向量控制方式。

電機伺服控制方式      一般伺服包含三種控制方式: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控制的,位置控制是通過發脈衝來控制的。     (1)如果對電機的速度、位置都沒有要求,只要輸出一個恆轉矩,當然是用轉矩模式。     (2)如果對位置和速度有一定的精度要求,而對實時轉矩不是很關心,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控制功能,用速度控制效果會好一點。如果本身要求不是很高,或者基本沒有實時性的要求,用位置控制方式對上位控制器沒有很高的要求。     就伺服驅動器的響應速度來看,轉矩模式運算量最小,驅動器對控制訊號的響應最快;位置模式運算量最大,驅動器對控制訊號的響應最慢。     對運動中的動態效能有比較高的要求時,需要實時對電機進行調整。那麼如果控制器本身的運算速度很慢(比如PLC,或低端運動控制器),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,把位置環從驅動器移到控制器上,減少驅動器的工作量,提高效率(比如大部分中高階運動控制器);如果有更好的上位控制器,還可以用轉矩方式控制,把速度環也從驅動器上移開,這一般只是高階專用控制器才能這麼幹,而且,這時完全不需要使用伺服電機。     換一種說法是:     1、轉矩控制:轉矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來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,當外部模擬量設定為5V時電機軸輸出為2.5Nm;如果電機軸負載低於2.5Nm時電機正轉,外部負載等於2.5Nm時電機不轉,大於2.5Nm時電機反轉(通常在有重力負載情況下產生)。可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小,也可通過通訊方式改變對應的地址的數值來實現。     應用主要在對材質的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中,例如饒線裝置或拉光纖裝置,轉矩的設定要根據纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質的受力不會隨著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外部輸入的脈衝的頻率來確定轉動速度的大小,通過脈衝的個數來確定轉動的角度,也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由於位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制,所以一般應用於定位裝置。     應用領域如數控機床、印刷機械等等。     3、速度模式:通過模擬量的輸入或脈衝的頻率都可以進行轉動速度的控制,在有上位控制裝置的外環PID控制時,速度模式也可以進行定位,但必須將電機的位置訊號或直接負載的位置訊號作為上位機的反饋訊號,以進行運算控制。位置模式也支援直接負載外環檢測位置訊號,此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉速,位置訊號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了,這樣的優點在於可以減少中間傳動過程中的誤差,增加了整個系統的定位精度。     判別一個驅動器的優劣:響應頻寬。當轉矩控制或者速度控制時,通過脈衝發生器給他一個方波訊號,使電機不斷的正轉、反轉,不斷的調高頻率,示波器上顯示的是個掃頻訊號,當包絡線的頂點到達最高值的70.7%時,表示已經失步,此時的頻率的高低,就能顯示出誰的產品牛了,一般的電流環能作到1000Hz 以上,而速度環只能作到幾十赫茲。