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                                                                                            伺服相關的這幾個頻率,都啥意思?

                                                                                            發表時間:2021-08-25 文章出處:網絡人氣:-


                                                                                            伺服系統一般由三環控制,即電流環、速度環和位置環,其中電流環為最內環,位置環為最外環。


                                                                                            三環的控制頻率由它們坐在環中的位置決定,位置越靠內,頻率越要高才行。

                                                                                            基于力矩控制時,驅動器只需要工作在電流環下即可;
                                                                                            基于速度控制時,驅動器需要由電流環和速度環實現;

                                                                                            基于位置控制時,驅動器需要三環控制;


                                                                                            由此可知,位置環頻率決定速度環頻率,速度環頻率決定電流環頻率。當需要更高的運動精度時,位置環頻率就需要越高,因此位置環頻率是由系統決定的。理論上來講,3環的頻率越高越好,但高頻率受硬件計算力的影響,頻率越高就意味著需要有更高的帶寬,才能實現系統的有效響應。下面我們來具體介紹下:



                                                                                            控制環的采樣頻率

                                                                                            常見的伺服,采用的都是嵌套的三環結構,如圖1:

                                                                                            圖1:嵌套的三閉環結構

                                                                                            1.webp.jpg




                                                                                            電流環對霍爾元件或電流傳感器采樣,速度和位置環對編碼器采樣。這三個環的采樣頻率分別為電流環采樣頻率,速度環采樣頻率和位置環采樣頻率。

                                                                                            如對于ABB Microflex e190伺服驅動器而言,這三個環的默認頻率分別為16kHz,4kHz和4kHz。



                                                                                            圖2:指令頻率及采樣頻率

                                                                                            2.png




                                                                                            由上表可見,除了三環的采樣頻率外,還有個Profiler rate。此頻率是輪廓規劃器(Profiler)輸出指令的頻率,即1ms更新一次Setpoint或SetPosition,SetPoint或Set Position是給位置環的指令。


                                                                                            引申到基于總線控制的伺服,比如基于EtherCAT總線的PLC控制。Profiler存在于PLC中,若總線周期(Cycle Time)設置為1ms,則其ProfilerRate 為1kHz。如總線周期設置為2模式,則其Profiler Rate 為500Hz。



                                                                                            三環的響應頻率

                                                                                            翻閱某品牌伺服驅動器的樣本,介紹其響應頻率為2kHz

                                                                                            圖3:響應頻率

                                                                                            3.png




                                                                                            那么響應頻率是個啥概念?響應頻率是與響應時間成反比的。響應頻率=1/響應時間。響應時間即響應設定值的時間。通常都用速度環的響應衡量伺服的性能。


                                                                                            當伺服系統速度環給定一個正弦信號,則電機的速度也以正弦規律變化。保持給定正弦波的幅值,逐漸提高正弦信號的頻率,電機速度的響應也會加高頻率。當給定頻率提高到一定程度時,響應正弦波的相位發生滯后,幅值下降3dB,這一點的給定頻率就是響應頻率,也稱響應帶寬。這是伺服的一個重要指標,它表征系統的響應速度、抗擾動的能力,也極大地影響靜態指標。


                                                                                            注:幅值下降3dB,相當于當實際震幅衰減到命令振幅的70% (根號二/2)。


                                                                                            對伺服驅動器的速度環進行整定時,可以設置整定帶寬。帶寬越大,系統剛性越高。但帶寬設置過大容易引起振蕩和噪音。



                                                                                            圖4:速度環帶寬整定 

                                                                                            4.webp.jpg




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                                                                                            圖5:電流環帶寬整定
                                                                                            5.png




                                                                                            位置環響應頻率與電流環和速度環的界定原則相同。


                                                                                            電流環帶寬一定比速度環和位置環高。伺服一般常用速度環的響應頻率指示伺服的響應特性,故常說的響應頻率指速度響應頻率!






                                                                                            上一篇 返回列表 最后一篇
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