伺服控制器基本介紹

伺服驅(qū)動器（servo drives）又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位，目前是傳動技術(shù)的產(chǎn)品。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動器設(shè)計(jì)中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用伺服驅(qū)動器是現(xiàn)代運(yùn)動控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人及數(shù)控加工中心等自動化設(shè)備中。

在伺服驅(qū)動器速度閉環(huán)中，電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)速度測量精度對于改善速度環(huán)的轉(zhuǎn)速控制動靜態(tài)特性至關(guān)重要。

伺服控制器如何同步

在分布式無軸傳動同步控制系統(tǒng)中，需要各個(gè)印刷機(jī)組之間統(tǒng)一協(xié)調(diào)地工作，所以各個(gè)機(jī)組必須要有統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)，以保證各個(gè)印刷機(jī)組協(xié)調(diào)工作，完成印刷任務(wù)。

具體的時(shí)鐘同步實(shí)現(xiàn)方法分為硬件時(shí)鐘同步，同步報(bào)文授時(shí)同步和協(xié)議授時(shí)同步。

(1)硬件時(shí)鐘同步。硬件時(shí)鐘同步是指利用一定的硬件設(shè)施(如GPS接收機(jī)、UTC接收機(jī)、的時(shí)鐘信號線路等)進(jìn)行的局部時(shí)鐘之間的同步，操作對象是計(jì)算機(jī)的硬件時(shí)鐘。硬件同步可以獲得很高的同步精度(通常為10-9 秒至10-6秒)。

(2)同步報(bào)文授時(shí)同步。在每個(gè)通訊周期開始，主站以廣播形式發(fā)送一次同步報(bào)文。例如在SERCOS協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸層中，每個(gè)SERCOS的通訊周期開始都以主戰(zhàn)發(fā)送的同步報(bào)文MST為標(biāo)志。MST的數(shù)據(jù)域非常短，只占1個(gè)字節(jié)。MST報(bào)文的同步精度很高，如果用光纜做傳輸介質(zhì)，同步精度可在4微妙之內(nèi)。

(3)協(xié)議授時(shí)同步。協(xié)議授時(shí)也叫軟件授時(shí)，指利用網(wǎng)絡(luò)將主時(shí)鐘源，通過網(wǎng)絡(luò)，發(fā)給其他的子系統(tǒng)，以達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間同步性。通過計(jì)算從發(fā)出主時(shí)鐘信息到發(fā)送到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接受該信息并產(chǎn)生中斷之間的時(shí)間差，可以得出延遲時(shí)間。然后通過補(bǔ)償來達(dá)到時(shí)間同步。軟件授時(shí)成本低，可由于同步信息在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)难舆t大且有很大的不確定性，所以授時(shí)精度低(通常為10-6秒到10-3秒)。

綜合考慮，本文的時(shí)鐘同步方案采用的是硬件時(shí)鐘同步，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)系統(tǒng)中的主時(shí)鐘來調(diào)整它們的時(shí)鐘，具體實(shí)現(xiàn)方法是：添加硬件時(shí)鐘同步信號線CONCLK用來傳輸時(shí)間同步信號，同步控制信號周期為2ms，以同步信號的上升沿作為同步點(diǎn)。在控制器中設(shè)置同步信號發(fā)生器，并在各個(gè)驅(qū)動器內(nèi)部設(shè)置同步接受單元。驅(qū)動器從站的同步接受單元檢測到主戰(zhàn)的CONCLK上升沿后，各從站時(shí)鐘同時(shí)清零。這樣定期清零不僅保持了各從站時(shí)鐘的一致性，同時(shí)也避免了同步誤差的累計(jì)。

伺服控制器

在大慣量負(fù)載印刷系統(tǒng)中，編碼器和伺服系統(tǒng)的選擇尤為重要。以BF4250卷筒紙印刷機(jī)為例，其負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量很大，其中柔印機(jī)組為0.13 kg·m2，膠印機(jī)組轉(zhuǎn)動慣量大，為0.33 kg·m2。由于系統(tǒng)定位精度要求≤0.03mm，考慮到負(fù)載的大慣量性，把控制周期定為2ms，要求位置環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差為±1個(gè)脈沖。根據(jù)定位精度和穩(wěn)態(tài)誤差，可以折算出編碼器線數(shù)為17000線，可是考慮到在實(shí)際印刷過程中，要不斷調(diào)整不同機(jī)組的位置，如果編碼器分辨率選17000線，在調(diào)整印輥時(shí)，由于機(jī)組轉(zhuǎn)動慣量很大，將會產(chǎn)生很大的角加速度，進(jìn)而產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩。例如對于膠印機(jī)組，調(diào)整角加速度超過700 rad/s2，調(diào)整轉(zhuǎn)矩超過200N·m，一般的電機(jī)無法滿足要求。綜合考慮，選擇編碼器分辨率為40000線，這樣在調(diào)整過程中，減小了電機(jī)的調(diào)整加速度，進(jìn)而減小了調(diào)整轉(zhuǎn)矩。例如在負(fù)載慣量膠印機(jī)組中，調(diào)整角加速度為78.6rad/s2，調(diào)整轉(zhuǎn)矩為26 N·m，凱奇電氣公司的90M系列伺服電機(jī)完全可以滿足要求。