西门子电源模块6ES7307-1BA01-0AA0

伺服的控制术语有很多：闭环控制、半闭环控制、开环控制，速度环、电流环、位置环，很多朋友相信没有弄清楚，今天就为大家详细解答一下，伺服的控制模式是怎样的？该怎样系统的掌握这一块？

控制系统的控制类型

开环控制：没有检测装置，或者不反馈机床的位移量到控制器。就位置控制而言，指令信号形式多为pulse

半闭环控制：检测装置安装上，间接反馈机床的位移量到控制器，不考虑机械误差。

全闭环控制：检测装置安装机床本体上，直接反馈机床的位移量到控制器。后二者，就位置控制而言指令信号形式多为模拟量电压。

控制模式种类

伺服放大器三种控制方式

1转矩控制：通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，主要应用于需要严格控制转矩的场合。——电流环控制

2速度控制：通过模拟量的输入或脉冲的频率对转动速度的控制。——速度环控制

3位置控制：伺服中*常用的控制，位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，所以一般应用于定位装置。

控制理论概念

位置控制模式

位置控制的区分：

1．半闭回路控制ⅰ「马达轴端检出」

2．半闭回路控制ⅱ「减速机端检出」

3．全闭回路控制「机械位置检出」

使用ac伺服马达用于位置控制，一般是指由与伺服马达轴心一体化的位置检出器 （编码器、角度检测器等） 取得回授讯号，当与位置指令量一致时，使马达轴停止之控制，并执行伺服锁定之机能（servo lock）。

适用于位置控制

ac 伺服马达用于位置控制，以用途分别可区分为2大项

位置环的作用

★定位指令通常以脉冲列形式输入，脉冲总数为定位量，定位速度是单位时间（秒）的脉冲量。（pps：pulse／second）

★输入的脉冲量与反馈的脉冲数量相一致时，这才实现定位完了。

★在位置控制部中，因为有输入脉冲的加算、反馈脉冲的减算，所以有一个计数器。（也称偏差计数器）

位置控制时：机及上位控制器发出位置指令信号，脉冲＋方向，送入脉冲列，经伺服齿轮分频后，在偏差可逆计数器中与反馈脉冲信号比较后形成偏差信号，反馈脉冲是由光电编码器检测到电机实际所产生的脉冲数。经四倍频后的，位置偏差信号经位置环的复合前馈控制器调节后，形成速度指令信号，速度指令信号与速度反馈信号比较后的偏差信号经速度环比例积分控制器调节后产生电流指令信号，在电流环中经矢量变后，由spwm输出转矩电流，控制交流伺服的运行，位置控制精度由光电编码器每转产生的脉冲数控制，有**与增量两种，增量的易于掌握，平均寿命长，分辨率高，但断电后无保持。

速度控制模式

1 引言

某进口设备大面积的严重损坏。经过修理，更换了一大批电子元件，才勉强恢复原有的技术指标。但其工作已不是很可靠。由于该设备已停产，并且没有相关的代替设备.为配合生产需要，我们投入了对该设备的研制。原设备完全由晶体管电路构成，考虑到研制周期及可靠性等因素。我们决定采用PLC(Fx2N-32T)和触摸屏(MT506S)控制技术重新进行设计。

2 功能概述

该设备实质上就是一台专用的测控步进电机装置的设备。步进电机装置由步进电机及其相关电路组成。该设备功能包括:距离(工作步数)设定、启动、位置显示及清零，(自动、手动)连续或单次运行，(自动、手动)回原点，步进电机欠电流检测报警，原点到位显示等。

3 装置原理介绍

3.1 系统工作原理

系统工作原理如图1所示。图中触摸屏作为人机界面,用来显示并进行操作;PLC作为控制器,接收触摸屏的设定数据并进行逻辑处理,再控制步进电机。步进电机装置是受控对象，不能进行修改。它包括多种电源形式:步进电机工作在－24V三相双三拍直流矩形波的供电方式，还包括＋12V、－12V、+5V等电压和极性不同的信号。为了使多种信号的检测和驱动、步进电机装置相匹配，增加了信号的转换电路。

图1 系统工作原理框图

3.2 转换电路原理

信号转换电路的部分电路，如图2，3所示。

图2中,当5V或0V信号到达电阻R1后，通过光电耦合器使PLC输入1信号接通，此时电机回原点运行的过程中开始计数,记录运行步数。当+12V信号到达“±12V信号”后, 首先点亮发光管D6，然后通过光电耦合器U1-3使PLC输入3接通，指示到达原点，电机停止运行;当-12V信号到达“±12V信号”后,通过光电耦合器U1-2使PLC输入2接通，超出设定极限。当-12V信号到达“-12V信号2”通过光电耦合器U1-3使PLC输入接通，指示到达原点，电机停止运行。

图2 信号转换电路

图3 步进电机驱动电路

3.3 电流检测原理

在步进电机驱动器中，内置了电流检测电路。电机发生断电或欠电流运行时，发出报警信号，使系统停止运行。检测原理是利用三相双三拍步进电机的工作特性，在任意时刻均有两相得电。只要检测任意时刻流过公共地线的电流大于相应额定电流的2/3即可认为工作正常，如小于相应额定电流的2/3，则认为欠电流运行。电路原理和时序图，如图3，4所示。

图3中，R是电流检测电阻，C用于消除竞争。在图4中IN表示三相双三拍电机流过公共点电流检测电阻的额定工作电流;In表示检测电流的门限，In=2/3IN;I表示电机的实际工作电流。ALM表示欠电流报警。系统运行后，当I≥In时，ALM报警，直到故障排除，系统复位后报警解除。图4中的细实线表示ALM未报警时的时序图。

图4 电流波形图

3.4 触摸屏的软件设计

(1) 首页:打开电源开关后，提示输入登录密码。正确输入密码后，自动进入首页。设备进入准备状态。

(2) 输入窗口:输入窗口主要用于设定并进行操作。包括键盘和主要操作控件，操作者可以直接对设备进行操作。

(3) 配方数据窗口:对于经常用到的操作数据，可以按照提供的格式存放到配方卡记忆体里面,当需要时把它调出来，而不需要临时输入数据，可以大大地提高操作效率。

(4) 控制窗口:控制窗口主要用于对设备的基本功能的操作和显示。包括一个隐藏的小键盘窗口，可以在需要设定数据时弹出。

(5) 元件检查窗口:用于对PLC内部关键元件的监测，以便出错时查找故障。

(6) 梯形图检查窗口:用于对PLC梯形图的实时监控(由于MT506S不具备直接显示PLC内部梯形图的功能，故采用了单独制作显示PLC各元件的方法组合成关键部分梯形图)。

3.5 PLC的软件设计

PLC程序流程图如图5所示。

系统初始化后,完成了距离设定,选择运行方式后.再看系统是否有故障或是否到达原点。当完全准备妥后，分别执行自动或手动操作。在按设定距离执行自动往返运行的过程中，当中间执行断开操作后，系统保持运行方向，运行到设定距离，保持显示，然后停止运行;当执行复位操作后，系统首先运行显示归零(计数清零)，然后停止运行。在执行手动运行中，当到达设定距离后，系统保持显示，并停止运行;当运行中执行断开操作，方向不变，到达设定距离后，系统保持显示并停止运行;当执行复位操作，则运行显示归零(计数清零)，然后停止运行。

图5 PLC程序流程框图

4 结束语

控制器采用触摸屏和PLC来实现,缩短了开发周期，提高了运行的可靠性，尤其适合此类要求工程周期短，可靠性高，批量小的设备开发。另外，软件的灵活性还有利于设备的改造和升级。