伺服的案例
PLC是怎么控制伺服電機的？如何設計一個伺服系統？
（一）PLC是怎么控制伺服電機的？
在回答這個問題之前，首先要清楚伺服電機的用途，相對于普通的電機來說，伺服電機主要用于精確定位，因此大家通常所說的控制伺服，其實就是對伺服電機的位置控制。其實，伺服電機還用另外兩種工作模式，那就是速度控制和轉矩控制，不過應用比較少而已。
速度控制一般都是有變頻器實現，用伺服電機做速度控制，一般是用于快速加減速或是速度精準控制的場合，因為相對于變頻器，伺服電機可以在幾毫米內達到幾千轉，由于伺服都是閉環的，速度非常穩定。轉矩控制主要是 控制伺服電機的輸出轉矩，同樣是因為伺服電機的響應快。應用以上兩種控制，可以把伺服驅動器當成變頻器，一般都是用模擬量控制。
伺服電機最主要的應用還是定位控制，位置控制有兩個物理量需要控制，那就是速度和位置，確切的說，就是控制伺服電機以多快的速度到達什么地方，并準確的停下。
伺服驅動器通過接收的脈沖頻率和數量來控制伺服電機運行的距離和速度。比如，我們約定伺服電機每10000個脈沖轉一圈。如果PLC在一分鐘內發送10000個脈沖，那么伺服電機就以1r/min的速度走完一圈，如果在一秒鐘內發送10000個脈沖，那么伺服電機就以60r/min的速度走完一圈。
所以，PLC是通過控制發送的脈沖來控制伺服電機的，用物理方式發送脈沖，也就是使用PLC的晶體管輸出是最常用的方式，一般是低端PLC采用這種方式。而中高端PLC是通過通訊的方式把脈沖的個數和頻率傳遞給伺服驅動器。比如：
Profibus-DP CANopen、MECHATROLINK-II、EtherCAT等等。
這兩種方式只是實現的渠道不一樣，實質是一樣的，對我們編程來說，也是一樣的。這也就是我想跟大家說的，要學習原理，觸類旁通，而不是為了學習而學習。
展開 PLC是怎么控制伺服電機的？如何設計一個伺服系統？
在了解PLC如何控制伺服電機之前，我們要明確兩個問題：PLC是怎么控制伺服電機的？以及如何設計一個伺服系統？然后從這兩個問題下手，開始詳細的講述PLC如何控制伺服，它們是怎么相輔相成的！
（一）PLC是怎么控制伺服電機的？
在回答這個問題之前，首先要清楚伺服電機的用途，相對于普通的電機來說，伺服電機主要用于精確定位，因此大家通常所說的控制伺服，其實就是對伺服電機的位置控制。其實，伺服電機還用另外兩種工作模式，那就是速度控制和轉矩控制，不過應用比較少而已。
速度控制一般都是有變頻器實現，用伺服電機做速度控制，一般是用于快速加減速或是速度精準控制的場合，因為相對于變頻器，伺服電機可以在幾毫米內達到幾千轉，由于伺服都是閉環的，速度非常穩定。轉矩控制主要是 控制伺服電機的輸出轉矩，同樣是因為伺服電機的響應快。應用以上兩種控制，可以把伺服驅動器當成變頻器，一般都是用模擬量控制。
展開 [液壓伺服系統]
液壓伺服系統通常應包括：實際狀態的測量反饋元件；小功率指令信號的傳遞元件和大功率液壓執行元件；期望狀態和反饋狀態的比較元件；差值信號的放大元件。液壓伺服系統分為機械液壓伺服系統、電液伺服系統和氣液伺服系統。它們的指令信號分別為機械信號、電信號和氣壓信號。電液伺服系統因電氣控制靈活而得到廣泛的應用；氣液伺服系統用于防爆的環境或容易獲得氣壓信號的場合。液壓伺服系統應具有必要的性能：工作穩定；對指令信號反應快；穩態誤差小；對干擾不敏感。液壓伺服系統是自動控制系統中應用最廣泛的一種。在精密加工的定位系統中，液壓伺服系統能保證小于0.1微米的加工誤差。世界上許多巨大天文望遠鏡的動作，都是用星光作為伺服系統的指令信號，通過液壓伺服系統和執行元件進行跟蹤的。
四、系統組成
液壓伺服系統是由液壓動力機構和反饋機構組成的閉環控制系統﹐分為機械液壓伺服系統和電氣液壓伺服系統（簡稱電液伺服系統）兩類。其中﹐機械液壓伺服系統應用較早﹐主要用於飛機的舵面控制和機床仿型裝置上。隨著電液伺服閥的出現﹐電液伺服系統在自動化領域占有重要位置。很多大功率快速響應的位置控制和力控制都應用電液伺服系統﹐如飛機﹑導彈的舵機控制系統﹐船舶的舵機系統﹐雷達﹑大炮的隨動系統﹐軋鋼機械的液壓壓下系統﹐機械手控制和各種科學試驗裝置（飛行模擬轉臺﹑振動試驗臺）等。
五、優缺點
液壓伺服系統是從1950年開始出現的，幾十年來獲得了很大的發展，目前在各種技術領域里幾乎都廣泛的使用了液壓控制。
優點：
（1）液壓執行機構的動作快，換向迅速。就流量——速度的傳遞函數而言，基本上是一個固有頻率很大的振蕩環節，而且隨著流量的加大和參數的最佳匹配可以使固有頻率增大到和電液伺服閥的固有頻率相比。電液伺服閥的固有頻率一般在100HZ以上，因而液壓執行機構的頻率響應是很快的，而且易于高速啟動、制動和換向。
展開 伺服主驅動是金屬成形機床的必選
圖19 BLM全電動管材折彎機
圖20 Bihler全電動多功能成形機
總之，金屬成形機床主驅動的伺服化，使設備性能更優，工藝性更好；更適合實現自動化生產、信息化管理、數據化診斷；更加節能環保，人文綠色，可持續發展。其中，機械伺服直接驅動是目前最先進的驅動方式。受伺服控制系統、伺服電機制造技術和成本的制約，大型金屬成形機床采用機械伺服直驅方式仍十分困難，在電機與滑塊之間，仍需一套機械傳動結構，但都是采用機械式剛性連接，能量傳遞效率高，運動控制精度高，結構簡單便于制造和維護。
就拿金屬成形機床中的機械伺服壓力機來講，20年前，日本和德國主要鍛壓機床公司已開始研發機械伺服主驅動壓力機，10年前，日本和德國汽車行業開始使用機械伺服壓力機。迄今為止，日本和德國主要汽車公司，大型汽車車身沖壓件生產，基本采用機械伺服壓力機線或多工位壓力機，一級供應商也開始使用機械伺服壓力機進行生產。我國機械伺服壓力機的研發始于15年前，但是迄今為止，還沒有得到很好地應用，原因是國產機械伺服壓力機所用的伺服控制系統和伺服電機主要靠進口，使得國產機械伺服壓力機價格昂貴，各沖壓企業很難承受。從而也制約了我國機械伺服壓力機的推廣和應用，影響到我國沖壓企業的長遠發展。
希望各金屬成形機床企業能與協會一道，積極爭取國家產業政策的支持，廣泛開展產學研合作，加大研發伺服驅動系統和低轉速大扭矩伺服電機的力度，制造出中國金屬成形企業用得起的機械伺服成形機床。
展開 
【伺服電機特點及未來發展方向】- 米思米機械設備知識分享
（4）寬調速范圍的速度調節系統，即速度伺服系統：從系統的控制結構看，數控機床的位置閉環系統可看作是位置調節為外環、速度調節為內環的雙閉環自動控制系統，其內部的實際工作過程是把位置控制輸入轉換成相應的速度給定信號后，再通過調速系統驅動伺服電機，實現實際位移。數控機床的主運動要求調速性能也比較高，因此要求伺服系統為高性能的寬調速系統。
二、伺服系統的分類
伺服系統按其驅動元件劃分，有步進式伺服系統、直流電動機（簡稱直流電機）伺服系統、交流電動機（簡稱交流電機）伺服系統。按控制方式劃分，有開環伺服系統、閉環伺服系統和半閉環伺服系統等，實際上數控系統也分成開環、閉環和半閉環3種類型，就是與伺服系統這3種方式相關。
1、開環系統
開環系統，它主要由驅動電路，執行元件和機床3大部分組成。常用的執行元件是步進電機，通常稱以步進電機作為執行元件的開環系統為步進式伺服系統，在這種系統中，如果是大功率驅動時，用步進電機作為執行元件。驅動電路的主要任務是將指令脈沖轉化為驅動執行元件所需的信號。
2閉環系統
閉環系統主要由執行元件、檢測單元、比較環節、驅動電路和機床5部分組成。在閉環系統中，檢測元件將機床移動部件的實際位置檢測出來并轉換成電信號反饋給比較環節。常見的檢測元件有旋轉變壓器、感應同步器、光柵、磁柵和編碼盤等。通常把安裝在絲杠上的檢測元件組成的伺服系統稱為半閉環系統；把安裝在工作臺上的檢測元件組成的伺服系統稱為閉環系統。由于絲杠和工作臺之間傳動誤差的存在，半閉環伺服系統的精度要比閉環伺服系統的精度低一些。
三、伺服系統的發展方向
隨著生產力不斷發展，要求伺服系統向高精度、高速度、大功率方向發展。
展開 伺服壓力機在汽車與家電行業的應用優勢
能達到上述的功能取決于壓力機是否有強大的伺服馬達支持，但并非只是將驅動方式由傳統馬達改為伺服馬達或者油壓伺服泵驅動就能解決。不同于市面上通用的伺服馬達，協易與技術伙伴共同開發的壓力機專用伺服馬達(圖1)，可于低轉速下達到高扭力，兼具高出力動力源的穩定控制，與馬達動作的高速控制功能，滿足了伺服壓力機所要求的強大沖壓能力，以及正確且高速的滑塊動作，如此才能真正符合沖壓加工的特點。
圖1 協易伺服壓力機專用伺服馬達
另一個受到青睞的優點則是伺服壓力機是以環保節能的理念來設計的。在機構設計上，采用伺服馬達與驅動軸一體化的直驅式結構(圖2)，省去飛輪可減少能源消耗。電控系統方面，通過電力平準化設計(圖3)，平穩沖壓加工與滑塊加減速時的電力負荷變化，使工廠的電源需求不會急速上升。由于內建電能回升系統，電力可回收再利用、能量轉換效率最大，與傳統壓力機相比，可節省電能30%以上。
圖2 協易伺服壓力機直驅式結構
圖3 協易伺服壓力機的電力平準化設計
伺服壓力機在汽車行業的應用
協易伺服壓力機的客戶有8 成以上來自汽車金屬沖壓業，以下通過案例來說明伺服壓力機的多樣曲線如何配合不同工藝為客戶帶來絕佳的效益。
⑴連續模搭配鐘擺曲線大幅提升生產效率。某日本客戶生產汽車冷卻器用的散熱片，滑塊運動以短行程運作，每分鐘的生產節拍可高達170 下，但換模或需要調整參數時又可快速轉換為全行程，大幅節省非生產作業的時間。
⑵多段振動曲線讓深抽引工件完美成形。此為在滑塊快速地上下振動的同時，進行加壓加工的曲線，亦有滑塊不向上拉回的step 曲線。抑制抽引加工時工件產生板厚變化，并防止工件發生起皺、破裂情形；減少加工時的發燙與模具耗損；提高下料加工的斷面質量。
展開 伺服電機、變頻電機、普通電機之間有什么區別？
伺服的基本概念是準確、精確、快速定位。變頻是伺服控制的一個必須的內部環節，伺服驅動器中同樣存在變頻（要進行無級調速）。
但伺服將電流環速度環或者位置環都閉合進行控制，這是很大的區別。除此外，伺服電機的構造與普通電機是有區別的，要滿足快速響應和準確定位。
現在市面上流通的交流伺服電機多為永磁同步交流伺服，但這種電機受工藝限制，很難做到很大的功率，十幾KW以上的同步伺服價格及其昂貴，這樣在現場應用允許的情況下多采用交流異步伺服，這時很多驅動器就是高端變頻器，帶編碼器反饋閉環控制。
所謂伺服就是要滿足準確、精確、快速定位，只要滿足就不存在伺服變頻之爭。
一、兩者的共同點
交流伺服的技術本身就是借鑒并應用了變頻的技術，在直流電機的伺服控制的基礎上通過變頻的PWM方式模仿直流電機的控制方式來實現的，也就是說交流伺服電機必然有變頻的這一環節。
變頻就是將工頻的50、60HZ的交流電先整流成直流電，然后通過可控制門極的各類晶體管（IGBT，IGCT等）通過載波頻率和PWM調節逆變為頻率可調的波形類似于正余弦的脈動電，由于頻率可調，所以交流電機的速度就可調了（n=60f/p ，n轉速，f頻率， p極對數）。
二、談談變頻器
簡單的變頻器只能調節交流電機的速度，這時可以開環也可以閉環，要視控制方式和變頻器而定，這就是傳統意義上的V/F控制方式。
現在很多的變頻已經通過數學模型的建立，將交流電機的定子磁場UVW3相轉化為可以控制電機轉速和轉矩的兩個電流的分量，現在大多數能進行力矩控制的著名品牌的變頻器都是采用這樣方式控制力矩，UVW每相的輸出要加霍爾效應的電流檢測裝置，采樣反饋后構成閉環負反饋的電流環的PID調節；ABB的變頻又提出和這樣方式不同的直接轉矩控制技術，具體請查閱有關資料。
展開 步進電機和伺服電機的區別，你知道嗎？
在許多領域都需要各種電機，包括知名的步進電機和伺服電機。但是，對于許多用戶而言，他們不了解這兩種電機的主要區別，因此他們始終不知道如何選擇。那么，步進電機和伺服電機之間的主要區別是什么？
? 基本結構
步進電機結構圖（圖片來源：鳴志公司）
伺服電機結構圖（圖片來源：鳴志公司）
下文簡單敘述它們的差異：
1、工作原理
這兩種電機在原理上有很大的不同，步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件，查看步進電機的工作原理。
而伺服主要靠脈沖來定位，伺服電機本身具備發出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉一個角度，都會發出對應數量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環，這樣系統就會清楚發了多少脈沖和收了多少脈沖回來，從而能夠精確的控制電機的轉動，實現精確的定位。
2、控制精度
步進電機的精度一般是通過步距角的精準控制來實現的，步距角有多種不同的細分檔位，可以實現精準控制。
而伺服電機的控制精度是由電機軸后端的旋轉編碼器保證的，一般伺服電機的控制精度要高于步進電機。
展開 MOOG伺服閥測試
電液伺服閥是一個十分精密而又復雜的伺服控制元件，它的性能對整個系統的性能影響很大，因此測試要求十分嚴格。每一臺維修的伺服閥在出廠前必須嚴格按照MOOG伺服閥出廠測試標準，每一項測試指標均在規格范圍內，滿足使用要求之后，方可出廠。
許多小伙伴都對伺服閥的維護保養，報告解讀，接線等一系列問題頗感興趣。針對大家的需求，穆格售后應用團隊將推出一系列知識分享文章，幫助大家更好的了解這個工作中的“好伙伴”。
MOOG伺服閥的種類和型號比較多，但主要的測試項目幾乎相同，只是性能指標參數范圍有所區別。我們將分兩期，結合典型的機械反饋伺服閥G761和電反饋伺服閥D661維修出廠測試報告，對伺服閥測試項目中的一些專業術語進行解釋和說明，方便大家看懂維修測試報告。
展開 伺服驅動器故障維修實戰集錦
3、伺服電機沒有帶負載報過載，如何處理?
① 如果是伺服Run(運行)信號一接入并且沒有發脈沖的情況下發生：
a.檢查伺服電機動力電纜配線，檢查是否有接觸不良或電纜破損；
b.如果是帶制動器的伺服電機則務必將制動器打開；
c.速度回路增益是否設置過大；
d.速度回路的積分時間常數是否設置過小。
② 如果伺服只是在運行過程中發生：
a.位置回路增益是否設置過大；
b.定位完成幅值是否設置過小；
c.檢查伺服電機軸上沒有堵轉，并重新調整機械。
4、伺服電機運行時出現異常聲音或抖動現象，如何處理?
① 伺服配線：
a.使用標準動力電纜，編碼器電纜，控制電纜，電纜有無破損；
b.檢查控制線附近是否存在干擾源，是否與附近的大電流動力電纜互相平行或相隔太近；
c.檢查接地端子電位是否有發生變動，切實保證接地良好。
② 伺服參數：
a.伺服增益設置太大，建議用手動或自動方式重新調整伺服參數；
b.確認速度反饋濾波器時間常數的設置，初始值為0，可嘗試增大設置值；
c.電子齒輪比設置太大，建議恢復到出廠設置；
d.伺服系統和機械系統的共振，嘗試調整陷波濾波器頻率以及幅值。
③ 機械系統：
a.連接電機軸和設備系統的聯軸器發生偏移，安裝螺釘未擰緊；
b.滑輪或齒輪的咬合不良也會導致負載轉矩變動，嘗試空載運行，如果空載運行時正常則檢查機械系統的結合部分是否有異常；
c.確認負載慣量，力矩以及轉速是否過大，嘗試空載運行，如果空載運行正常，則減輕負載或更換更大容量的驅動器和電機。
5、施耐德伺服電機做位置控制定位不準，如何處理?
展開 伺服壓力機在汽車與家電行業的應用優勢
不同于市面上通用的伺服馬達，協易與技術伙伴共同開發的壓力機專用伺服馬達(圖1)，可于低轉速下達到高扭力，兼具高出力動力源的穩定控制，與馬達動作的高速控制功能，滿足了伺服壓力機所要求的強大沖壓能力，以及正確且高速的滑塊動作，如此才能真正符合沖壓加工的特點。
另一個受到青睞的優點則是伺服壓力機是以環保節能的理念來設計的。在機構設計上，采用伺服馬達與驅動軸一體化的直驅式結構(圖2)，省去飛輪可減少能源消耗。電控系統方面，通過電力平準化設計(圖3)，平穩沖壓加工與滑塊加減速時的電力負荷變化，使工廠的電源需求不會急速上升。由于內建電能回升系統，電力可回收再利用、能量轉換效率最大，與傳統壓力機相比，可節省電能30%以上。
圖1 協易伺服壓力機專用伺服馬達
圖2 協易伺服壓力機直驅式結構
伺服壓力機在汽車行業的應用
協易伺服壓力機的客戶有8 成以上來自汽車金屬沖壓業，以下通過案例來說明伺服壓力機的多樣曲線如何配合不同工藝為客戶帶來絕佳的效益。
⑴連續模搭配鐘擺曲線大幅提升生產效率。某日本客戶生產汽車冷卻器用的散熱片，滑塊運動以短行程運作，每分鐘的生產節拍可高達170 下，但換模或需要調整參數時又可快速轉換為全行程，大幅節省非生產作業的時間。
圖3 協易伺服壓力機的電力平準化設計
⑵多段振動曲線讓深抽引工件完美成形。此為在滑塊快速地上下振動的同時，進行加壓加工的曲線，亦有滑塊不向上拉回的step 曲線。抑制抽引加工時工件產生板厚變化，并防止工件發生起皺、破裂情形；減少加工時的發燙與模具耗損；提高下料加工的斷面質量。此加工方式非常適用于擴孔攻絲的工藝。
⑶可編程的連桿曲線優化后可提升產能，降低反向負荷，例如卡車用的連接件，優點是在提升產能的同時，提高成形的穩定度，降低反向負荷，模具壽命可被延長。
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計算機建模與仿真在液壓伺服控制系統中的研究應用
3.1 MATLAB環境下系統各環節的數學模型
3.1.1 伺服閥的數學模型伺服閥的傳遞函數為
該式中：Q0——伺服閥的流量，m3/s；
ΔI——電流增量，A；
Ksv——伺服閥的流量增益，m3/(s·A)；
ωsv——伺服閥的固有頻率，rad/s；
ξsv——伺服閥的阻尼比。
其中伺服閥的流量增益
該式中：Ksv——伺服閥的流量增益，m3/(s·A)；
qom——伺服閥的空載流量，m3/s；
In——伺服閥的額定電流，A。
3.1.2 液壓閥控缸數學模型液壓閥控缸的傳遞函數為
該式中：θ——液壓馬達負載的傳遞函數；
Ks——增益，m3/S·A；
ωh——液壓固有頻率，rad/s；
ξh——阻尼比；
3.1.3 檢測傳感器的數學模型檢測傳感器的數學模型為
該式中：Uf——傳感器電壓，V；
Kfv——傳感器的增益，(V·s)/rad。
3.1.4 放大器的數學模型分放大器的數學模型為
該式中：Ue——放大器的額定電壓，V；Ka——放大器的增益，A/V。
3.2 系統的動態結構圖
根據系統的工作原理框圖和已確定的數學模型，可得出MATLAB環境下系統的模型，如圖4所示。
展開 伺服電機和步進電機的區別
伺服電機是閉環系統，伺服驅動器可以自動修正丟失的脈沖，在堵轉時也可以及時給控制器反饋，而步進電機是開環系統，必須通過足夠的力矩余量來避免堵轉。
6，步進電機和伺服電機速度響應性能不同。
7，步進電機從靜止加速到工作轉速需要100～2000毫秒。交流伺服系統的加速性能較好，從靜止加速到其額定轉速3000RPM最短僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。
8步進電機和伺服電機在工業傳動控制領域都是重要的控制部件，應用面廣泛。但是步進電機和伺服電機有什么不同呢？只有明白了步進電機和伺服電機的不同之處，才能夠準確的判斷是采用步進電機呢還是伺服電機。
綜上所述，交流伺服系統在一些性能方面都優于步進電機，但是步進電機有其自身的特性，不會被完全取代。
展開 大型串聯伺服壓力機典型故障處理及對策
2022新能源汽車金屬成形零部件制造大會
某汽車廠大型串聯伺服壓力機在投入生產使用后，經常會發生各種故障。因此本文主要以大型串聯伺服壓力機為例，介紹其工作原理，通過分析發生的重大典型故障，來介紹處理重大典型故障時采取的相關對策。
為了使壓力機結構變得簡單化、小型化，日本小松產業機械和某汽車株式會社共同開發了SS4-16M-460-215 型號的大型伺服壓力機。當前，該型號的伺服壓力機在某汽車公司得到廣泛的使用和推廣(圖1)。
圖1 大型串聯高速伺服壓力機布局
大型伺服壓力機主要組成部分
伺服壓力機機械結構
伺服壓力機機械結構由上橫梁驅動部分和伺服模墊的機械結構組成，如圖2 所示。⑴上橫梁驅動部分的結構由伺服驅動部分的結構(電機、減速機齒輪箱、上橫梁)、滑塊保持制動結構、滑塊位置檢測編碼器部分的結構、齒輪鎖緊裝置的結構、滑塊部分的結構(4點獨立調節系統)、立柱部分的結構(直尺)組成。⑵伺服模墊的機械結構由伺服電機驅動部分的結構、模墊機械結構和均壓化裝置結構組成。
圖2 伺服壓力機結構
伺服驅動控制系統
伺服壓力機控制系統的壓力機控制部分、滑塊控制部分、氣墊控制部分都是由FS16i-MB CN 內的PMC 程序進行控制的。伺服控制原理：電源→伺服控制器→PDM分配模塊→伺服放大器→伺服馬達(編碼器)→齒輪箱(曲軸角度編碼器)→不等速減速機→滑塊工作(直線尺位置控制)→沖壓作業完成(圖3)。
展開 造成伺服電機抖動的原因是什么？
叁
觀點三
① 伺服配線：
a．使用標準動力電纜，編碼器電纜，控制電纜，電纜有無破損；
b．檢查控制線附近是否存在干擾源，是否與附近的大電流動力電纜互相平行或相隔太近；
c．檢查接地端子電位是否有發生變動，切實保證接地良好。
② 伺服參數：
a．伺服增益設置太大，建議用手動或自動方式重新調整伺服參數；
b．確認速度反饋濾波器時間常數的設置，初始值為0，可嘗試增大設置值；
c．電子齒輪比設置太大，建議恢復到出廠設置；
d．伺服系統和機械系統的共振，嘗試調整諧波濾波器頻率以及幅值。
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