Режимы управления в сервосистемах: положение, скорость, крутящий момент

Сервосистемы широко применяются в автоматике, робототехнике, станках с ЧПУ и других точных системах привода. Одним из ключевых аспектов настройки и эксплуатации таких систем является выбор режима управления: по положению, по скорости или по крутящему моменту. Каждый из них предназначен для решения конкретных задач и требует различной конфигурации контроллеров и обратной связи.

1. Режим управления положением (Position Control Mode)

Описание: Этот режим обеспечивает точное перемещение в заданную позицию. Контроллер принимает позиционную команду и регулирует двигатель так, чтобы он достиг заданной точки с высокой точностью.

Как работает:

• Используется энкодер или другой датчик положения.
• Реализован вложенный ПИД-регулятор: позиция → скорость → ток.
• Формируется профиль движения для плавного перемещения.

Применение:

• Робототехника
• Станки с ЧПУ
• Манипуляторы и портальные системы
• Сервомеханизмы в камерах

Преимущества:

• Высокая точность
• Сложные траектории
• Ограничение по позиции

Недостатки:

• Требует точной настройки
• Чувствительность к перегрузкам

2. Режим управления скоростью (Speed Control Mode)

Описание: Позволяет управлять постоянной или переменной скоростью вращения вала двигателя. Положение может не контролироваться.

Как работает:

• Датчик скорости (обычно энкодер)
• ПИД-регулятор по скорости, вложенный токовый контур
• Контроллер задаёт скорость (например, 1500 об/мин)

Применение:

• Конвейеры
• Намотка/размотка
• Насосы, вентиляторы

Преимущества:

• Простота настройки
• Плавность движения

Недостатки:

• Нет точного позиционирования
• Положение может "плыть"

3. Режим управления крутящим моментом (Torque Control Mode)

Описание: Управление моментом на валу двигателя. Не контролируется напрямую ни положение, ни скорость.

Как работает:

• Ток измеряется или рассчитывается для задания момента
• Контроллер управляет силой (Н·м)

Применение:

• Натяжение ленты
• Прессование, завинчивание
• Роботы с тактильной обратной связью

Преимущества:

• Контроль усилия
• Безопасность при контакте

Недостатки:

• Положение может плавать
• Зависимость от внешних условий

Сравнительная таблица

Характеристика	Положение	Скорость	Крутящий момент
Управляемая величина	Координата	Скорость вращения	Момент (Н·м)
Обратная связь	Энкодер	Энкодер / тахо	Датчик тока
Тип управления	ПИД с профилем	ПИД по скорости	ПИД по току
Основное применение	Роботы, ЧПУ	Конвейеры, насосы	Натяжение, контакт
Точность позиционирования	Высокая	Низкая	Отсутствует
Управление силой	Ограничено	Нет	Прямое

Заключение

Выбор режима управления сервоприводом определяется задачей. Если важна точность — используют управление положением. Если важна равномерность движения — управление скоростью. Если важно усилие — управление моментом. Правильный выбор режима — ключ к надёжной и точной работе сервосистемы.