Контуры регулирования сервосистемы. Что это

Серводвигатели работают в замкнутой системе, которая включает устройство обратной связи, привод (усилитель) и контроллер. Контроллер использует выходной сигнал устройства обратной связи для сравнения заданного значения (положения, скорости или крутящего момента) с достигнутым значением и выдает команды приводу для исправления любых ошибок. Этот процесс отслеживания обратной связи и внесения исправлений называется контуром управления. В зависимости от приложения и требований к производительности сервосистема может включать любую комбинацию трех типов контуров управления: контур положения, контур скорости и / или контур тока.

Сервоприводы часто имеют структуру с несколькими контурами, при этом текущий контур вложен внутри контура скорости, который вложен внутри контура положения. Изображение предоставлено: nctu.edu

Контур скорости

Контур скорости является наиболее распространенным контуром сервоуправления. Он сравнивает заданную скорость с фактической скоростью с помощью тахометра или энкодера и выдает команды для увеличения или уменьшения скорости двигателя соответственно. Контур скорости также называется ПИ-регулятором, поскольку он обычно использует как пропорциональное усиление (Kvp), так и интегральное усиление (Kvi) для определения команды коррекции. Величина пропорционального усиления, как следует из названия, прямо пропорциональна величине ошибки, в то время как интегральное усиление увеличивается со временем и используется, чтобы «подтолкнуть» двигатель к нулю ошибки в конце перемещения. Коэффициенты усиления обратной связи сервопривода, известные как пропорциональное усиление, интегральное усиление и производное усиление, определяют, насколько сильно сервопривод пытается исправить или уменьшить ошибку между заданным значением и фактическим значением.

Контур положения

Для приложений, требующих управления положением, контур положения добавляется «вокруг» контура скорости в так называемом каскадном контуре положения / скорости. Контур положения определяет следующую ошибку, которая представляет собой отклонение между фактическим и заданным положением, и выдает команды скорости для уменьшения или устранения следующей ошибки. В каскадной системе позиционный контур обычно использует только пропорциональное усиление Kp. Сервосистемы могут использовать контур положения без контура скорости, хотя обратная связь по скорости обеспечивает дополнительную жесткость и противодействует высокочастотным возмущениям. В случаях, когда контур положения используется сам по себе, без контура скорости, контур положения будет ПИД-регулятором. Использование всех трех коэффициентов усиления - пропорционального, интегрального и производного - хотя и является более сложным, позволяет настроить систему на оптимальную производительность.

Контур тока

Текущее управление необходимо, когда требуемое время отклика велико, как в случае многих промышленных сервоприводов. Основная цель токового контура - управлять крутящим моментом, который влияет на скорость и, следовательно, на положение. Текущий цикл обычно вложен внутри цикла скорости, делая текущий самый внутренний цикл, с циклом скорости в середине, а цикл позиционирования является самым внешним циклом. Токовые контуры обычно представляют собой ПИ-регуляторы с пропорциональным и интегральным усилением. Текущие параметры управления часто устанавливаются производителем, что экономит время и усилия пользователя на настройку текущего контура управления.

Пропускная способность

В любой каскадной системе время отклика или пропускная способность внутреннего цикла должно быть меньше времени отклика внешнего цикла. В противном случае внутренний цикл мало повлияет на внешний. Общее правило для вложенных контуров сервоуправления состоит в том, что контур скорости должен иметь полосу пропускания в 5-10 раз больше, чем контур положения, а текущий контур должен иметь полосу пропускания, в 5-10 раз превышающую полосу пропускания контура скорости. , В общем, более высокая полоса пропускания лучше, но поскольку полоса пропускания одного контура влияет на следующий контур внутри него, увеличение пропускной способности контура положения приводит к увеличению требуемой полосы пропускания контура скорости. Точно так же увеличение полосы пропускания контура скорости приводит к увеличению требуемой полосы пропускания контура тока. В обоих случаях увеличение пропускной способности одного цикла до такой степени, что требуемая полоса пропускания следующего, вложенного цикла недостижима, не влияет на производительность системы.