Serwosterownik to sterownik używany do sterowania serwosilnikami, który działa podobnie do przetwornicy częstotliwości działającej na zwykłym silniku prądu przemiennego. Jest częścią układu serwo i jest głównie używany w systemach pozycjonowania o wysokiej precyzji.
Serwonapędy są ważnym elementem nowoczesnego sterowania ruchem i są szeroko stosowane w urządzeniach automatyki, takich jak roboty przemysłowe i centra obróbcze CNC. Serwonapędy mają zazwyczaj trzy tryby sterowania: tryb sterowania położeniem, tryb sterowania momentem obrotowym i tryb sterowania prędkością.
|
|
|
1. Kontrola położenia
Tryb sterowania położeniem jest zazwyczaj określany przez częstotliwość zewnętrznych impulsów wejściowych w celu określenia prędkości obrotowej oraz przez liczbę impulsów w celu określenia kąta obrotu. Niektóre serwomechanizmy mogą również bezpośrednio przypisywać wartości do prędkości i przemieszczenia poprzez komunikację. Ponieważ tryb położenia może mieć ścisłą kontrolę zarówno nad prędkością, jak i położeniem, jest on zazwyczaj stosowany w urządzeniach pozycjonujących.
2. Kontrola momentu obrotowego
Metoda sterowania momentem obrotowym polega na ustawieniu wyjściowego momentu obrotowego wału silnika na zewnątrz poprzez zewnętrzne wejście analogowe lub bezpośrednie przypisanie adresu. Ustawiony moment obrotowy można zmienić, natychmiast zmieniając ustawienie analogowe lub zmieniając odpowiednią wartość adresu poprzez komunikację.
Zastosowanie głównie w urządzeniach nawijających i odwijających, które mają ścisłe wymagania dotyczące materiału, takie jak urządzenia nawijające lub sprzęt światłowodowy. Ustawienie momentu obrotowego należy zmieniać w dowolnym momencie zgodnie ze zmianą promienia nawijania, aby zapewnić, że naprężenie materiału nie zmieni się wraz ze zmianą promienia nawijania.
3. Tryb prędkości
Prędkość obrotową można kontrolować za pomocą wejścia analogowego lub częstotliwości impulsów. W zewnętrznej pętli sterowania PID z górnym urządzeniem sterującym tryb prędkości można również pozycjonować, ale sygnał położenia silnika lub sygnał położenia obciążenia bezpośredniego musi zostać przesłany z powrotem do górnego sterowania w celu obliczenia. Tryb położenia obsługuje również bezpośrednie wykrywanie sygnałów położenia przez zewnętrzny pierścień obciążenia. W tym momencie enkoder na końcu wału silnika wykrywa tylko prędkość silnika, a sygnał położenia jest dostarczany przez bezpośrednie urządzenie wykrywające na końcu obciążenia końcowego. Zaletą tego jest to, że może zmniejszyć błędy w pośrednim procesie transmisji i zwiększyć dokładność pozycjonowania całego systemu.
Jeśli nie ma wymagań odnośnie prędkości i położenia silnika, a wyjściowy moment obrotowy jest stały, używany jest tryb momentu obrotowego.
Jeśli istnieją pewne wymagania dotyczące precyzji położenia i prędkości, ale moment obrotowy w czasie rzeczywistym nie jest szczególnie istotny, nie jest wygodne korzystanie z trybu momentu obrotowego. Lepiej jest korzystać z trybu prędkości lub położenia.
Jeśli górny sterownik ma dobrą funkcję sterowania w pętli zamkniętej, efekt sterowania prędkością będzie lepszy. Jeśli wymagania nie są bardzo wysokie lub nie ma zasadniczo wymogu czasu rzeczywistego, należy przyjąć metodę sterowania położeniem.
Serwonapędy, znane również jako „serworegulatory” lub „serwowzmacniacze”, to rodzaj sterownika używanego do sterowania serwosilnikami. Ich funkcja jest podobna do funkcji przetwornicy częstotliwości działającej na zwykły silnik prądu przemiennego i są częścią układu serwo. Są one głównie używane w systemach pozycjonowania o wysokiej precyzji. Generalnie, serwosilniki są sterowane za pomocą trzech metod: położenia, prędkości i momentu obrotowego, aby osiągnąć wysoce precyzyjne pozycjonowanie układu przekładni. Obecnie jest to produkt wysokiej klasy w technologii przekładni.
Serwonapędy są ważnym elementem nowoczesnego sterowania ruchem i są szeroko stosowane w urządzeniach automatyki, takich jak roboty przemysłowe i centra obróbcze CNC. Szczególnie w przypadku serwonapędów używanych do sterowania silnikami synchronicznymi prądu przemiennego z magnesami trwałymi stały się one gorącym punktem badań zarówno w kraju, jak i za granicą. Obecna konstrukcja serwonapędów komunikacyjnych powszechnie przyjmuje algorytm sterowania w pętli zamkniętej prądu, prędkości i położenia oparty na sterowaniu wektorowym. Racjonalność projektu pętli zamkniętej prędkości w tym algorytmie odgrywa kluczową rolę w wydajności całego układu sterowania serwomechanizmem, szczególnie pod względem sterowania prędkością.
Dokładność pomiaru prędkości w czasie rzeczywistym wirnika silnika ma kluczowe znaczenie dla poprawy dynamicznych i statycznych charakterystyk sterowania prędkością w pętli prędkości serwonapędu. Aby znaleźć równowagę między dokładnością pomiaru a kosztem systemu, jako czujniki prędkości stosuje się zazwyczaj inkrementalne enkodery fotoelektryczne, a odpowiednią powszechnie stosowaną metodą pomiaru prędkości jest metoda pomiaru prędkości M/T. Chociaż metoda pomiaru prędkości M/T charakteryzuje się pewną dokładnością pomiaru i szerokim zakresem pomiaru, ma ona wady, w tym głównie:
1. Podczas cyklu pomiaru prędkości musi zostać wykryty co najmniej jeden pełny impuls koła kodowego, co ogranicza minimalną mierzalną prędkość;
2. Przełączniki czasowe dwóch systemów sterowania używanych do pomiaru prędkości są trudne do ścisłego utrzymania synchronizacji, a dokładność pomiaru prędkości nie może być zagwarantowana w scenariuszach pomiarowych z dużymi zmianami prędkości. Dlatego tradycyjny schemat projektowania pętli prędkości wykorzystujący tę metodę pomiaru prędkości jest trudny do poprawy śledzenia prędkości i wydajności sterowania serwonapędów.
Obecnie popularne serwonapędy wykorzystują cyfrowe procesory sygnałowe (DSP) jako rdzeń sterujący, który może implementować złożone algorytmy sterowania, osiągać digitalizację, sieć i inteligencję. Urządzenia zasilające powszechnie wykorzystują obwody napędowe zaprojektowane z inteligentnymi modułami zasilania (IPM) jako rdzeń. IPM integrują obwody napędowe wewnętrznie i mają obwody wykrywania błędów i ochrony przed przepięciem, przetężeniem, przegrzaniem, niedonapięciem itp. Obwody łagodnego rozruchu są również dodawane do obwodu głównego w celu zmniejszenia wpływu procesu rozruchu na sterownik. Jednostka napędowa najpierw prostuje wejściową moc trójfazową lub moc sieciową przez trójfazowy obwód prostownika mostkowego w celu uzyskania odpowiedniej mocy DC. Po wyprostowaniu moc trójfazowa lub moc sieciowa jest wykorzystywana do napędzania trójfazowego synchronicznego silnika serwo AC z magnesami trwałymi przez trójfazowy sinusoidalny falownik PWM o konwersji częstotliwości. Cały proces jednostki napędowej można po prostu opisać jako proces AC-DC-AC. Główną topologią układu prostowniczego (AC-DC) jest trójfazowy, niesterowany układ prostowniczy z pełnym mostkiem.
Wraz z zastosowaniem systemów serwo na szeroką skalę, użytkowanie, debugowanie i konserwacja serwonapędów są ważnymi kwestiami technicznymi dla dzisiejszych serwonapędów. Coraz więcej dostawców usług technologii sterowania przemysłowego przeprowadziło dogłębne badania techniczne dotyczące serwonapędów.
Serwonapędy są ważnym elementem nowoczesnego sterowania ruchem i są szeroko stosowane w urządzeniach automatyki, takich jak roboty przemysłowe i centra obróbcze CNC. Szczególnie w przypadku serwonapędów używanych do sterowania silnikami synchronicznymi prądu przemiennego z magnesami trwałymi stały się one gorącym punktem badań zarówno w kraju, jak i za granicą. Obecna konstrukcja serwonapędów komunikacyjnych powszechnie przyjmuje algorytm sterowania w pętli zamkniętej prądu, prędkości i położenia oparty na sterowaniu wektorowym. Racjonalność projektu pętli zamkniętej prędkości w tym algorytmie odgrywa kluczową rolę w wydajności całego układu sterowania serwomechanizmem, szczególnie pod względem sterowania prędkością.