伺服控制的案例
計算機建模與仿真在液壓伺服控制系統中的研究應用
2 液壓伺服控制系統系統建模與仿真原理
建模與仿真技術具有很高的科學研究價值和巨大的經濟效益，它是以相似原理、系統技術、信息技術以及仿真應用領域的有關技術為基礎，以計算機系統與應用有關的物理效應設備及仿真器為工具，利用模型對系統進行研究的一門多學科的綜合性的技術。由于建模與仿真技術的特殊功效，特別是安全性和經濟性，使得建模與仿真技術得到廣泛的應用。建模與仿真包括3個基本要素：系統、模型和計算機，聯系著它們的3項基本活動是模型的建立、仿真模型建立和仿真實驗。其關系圖如圖1所示。
圖1 仿真3要素及關系圖
根據機械裝備的要求，液壓控制系統可以對位置、速度、力等任意被控對象按一定的精度進行控制。并且在有外部干擾的情況下，也能穩定而準確的工作。通常液壓伺服控制系統由以下單元組成：指令單元、比較單元、控制放大器、電液控制閥、執行元件、負載、檢測單元、能源裝置等。
液壓伺服控制系統其指令單元可以是信號發生器、電位器、計算機或其他電子器件，根據系統動作的要求發出相應的電壓信號。指令裝置發出相應的指令，由D/A轉換器轉換成電壓信號；檢測反饋裝置采用位移傳感器來檢測輸出位置并轉換為電壓信號，該電壓信號作為反饋信號與指令信號加以比較，給出偏差信號，構成閉環控制結構；電液伺服閥為液壓控制元件，執行機構采用閥控缸。液壓伺服控制系統的職能圖和原理圖如圖2和圖3所示。
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 使用伺服控制(Servo Control)函數進行數值試驗
為了消除這種慣性效應，可以通過監測不平衡力并相應地降低加載速率來得到控制。使用FISH函數可以自動控制加載速率，即所謂的伺服控制(Servo Control)，伺服控制能夠用來進行數值試驗。
2 伺服控制函數
伺服控制函數(SERVO.FIS)的作用是通過施加速度的伺服控制盡量減少慣性效應對模型響應的影響，在循環過程中，通過計算的最大不平衡力(maximum unbalanced force)動態地調節施加的載荷速度，防止不平衡力過高，控制其慣性效應，從而使得。
為了調節施加的載荷速度，使用FISH SET命令設置不平衡力的上限(high_unbal)和下限（low_unbal）以及最大加載速度的上限(high_vel)來控制。加載速度也是通過指定一個上限（high_vel）來控制的。當使用WHILE_STEPPING語句時，在每個計算循環中比較計算值和設定值，然后根據判斷條件進行調節。具體地，如果計算的不平衡力(unbalanced.force)大于不平衡力的上限high_unbal，給它乘以一個小于1的系數(0.975);如果不平衡力(unbalanced.force)小于不平衡力的下限low_unbal, 給它乘以一個大于1的系數(1.025)。
展開 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。
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如何計算伺服位置控制系統允許的回路增益（ 液壓傳動與控制）
Burton
譯者：騰益登
利用液壓伺服控制理論，大多數的液壓從業者對于閥控伺服位置控制系統的負載功率分析和計算都沒有太大問題。然而，如何計算一個允許的回路增益，確保閉環控制輸出響應的穩定，對于很多人來說，這就是一個大問題了。作者本人根據40多年的液壓伺服系統設計的累積經驗，列出了簡單的計算方法，并在多個應用中得到了驗證。
一個典型的伺服位置控制系統包含一個控制閥（伺服閥或高頻響比例閥），帶位置反饋的液壓缸，用于回路控制的電子控制放大器。回路增益指的是當反饋斷開時，所有元件增益之積。當輸入信號頻率增加的時候，回路的動態特性對開環增益有影響。動態特性導致回路增益隨著信號頻率的改變而改變，并使回路相位滯后。
允許的回路增益就是最大的回路增益，其產生的控制回路動態特性滿足具體的穩定性要求，當開環回路閉合時，得到穩定的輸出響應。由于回路增益對信號頻率敏感，典型的是在參考頻率1rad/s下來考慮。允許的回路增益決定了伺服系統的靜態和動態位置控制精度。因此，允許的回路增益盡可能的高。
對影響位置控制系統動態行為的研究最后歸結為對積分和主自然頻率的分析。在位置控制環內積分是本來就存在的，因為開環油缸位置是由液壓缸速度的積分得來。主自然頻率是指所有回路共振時自然頻率最低的那一個。最低自然頻率如果是其它自然頻率的1/2.5或更低，那么其它元件的自然頻率就可以忽略不考慮，因為其對控制環的動態特性影響很小了。
盡管現在的電子控制器具有自動調節的功能，但是對于不怎么復雜的電液伺服閥系統依然需要決定允許的開環增益，確保快速響應的穩定輸出。
液壓缸和控制閥構成了控制環里對共振影響最大的因素。對其中起主要作用的自然頻率作為分析對象，可以大大簡化對控制環的動態分析，最終就可得到最高允許的控制回路增益。
展開 伺服電機如何選擇脈沖、模擬量、通訊三種控制方式？
伺服電機控制方式有脈沖、模擬量和通訊這三種，在不同的應用場景下，我們該如何選擇伺服電機的控制方式呢？
一、伺服電機脈沖控制方式
在一些小型單機設備，選用脈沖控制實現電機的定位，應該是最常見的應用方式，這種控制方式簡單，易于理解。
基本的控制思路：脈沖總量確定電機位移，脈沖頻率確定電機速度。選用了脈沖來實現伺服電機的控制，翻開伺服電機的使用手冊，一般會有如下這樣的表格：
都是脈沖控制，但是實現方式并不一樣：
第一種，驅動器接收兩路(A、B路)高速脈沖，通過兩路脈沖的相位差，確定電機的旋轉方向。如上圖中，如果B相比A相快90度，為正轉；那么B相比A相慢90度，則為反轉。
運行時，這種控制的兩相脈沖為交替狀，因此我們也叫這樣的控制方式為差分控制。具有差分的特點，那也說明了這種控制方式，控制脈沖具有更高的抗干擾能力，在一些干擾較強的應用場景，優先選用這種方式。但是這種方式一個電機軸需要占用兩路高速脈沖端口，對高速脈沖口緊張的情況，比較不適用。
第二種，驅動器依然接收兩路高速脈沖，但是兩路高速脈沖并不同時存在，一路脈沖處于輸出狀態時，另一路必須處于無效狀態。選用這種控制方式時，一定要確保在同一時刻只有一路脈沖的輸出。兩路脈沖，一路輸出為正方向運行，另一路為負方向運行。
展開 伺服液壓運動控制-選擇PLC還是運動控制器？（轉自液壓傳動與控制）
采用帶PLC的簡單的比例控制液壓系統似乎容易得多，但是PLC編程人員對很多重要的參數并沒有去控制。這種約束并不是編程人員的能力問題，而是液壓和機械設計方面的原因。不幸的是，PLC編程人員通常是最后一個接觸到液壓系統的人，他被寄希望于“機械和液壓問題，讓電氣和軟件來解決”，然而，這種事實，不會總是發生。系統的特性行為在設計和制造階段已經定性了。
設備的性能可以通過使用精密的液壓伺服控制系統得到提高。初始的成本會很高，但是其性能也提升了。設備也變得易于維護，需要的維護頻率也不高了。
下面是僅僅采用比例控制的簡單運動的三種仿真。它們基于標準的線性化運動仿真模塊，用于伺服液壓缸和負載。
H(s) = (K ? ω2n)/[s ? (s2 + 2 ? ζ ? ωn ? s + ω2n)]
K,- 開環增益，假定為10 (mm/s)/%的控制輸出，
s, - 拉普拉斯算子，是一個頻率，弧度/s，
ζ - 阻尼系數，假定為0.33333，無量綱，
ωn - 自然頻率，弧度/s。示例中自然頻率為10Hz。
這些仿真給你提出了一些問題，譬如：如何提高響應時間？這些問題將會在后續的討論中進行回答。
展開 伺服閥/比例閥零位特性與平衡閥對精密運動控制的影響（轉自液壓傳動與控制）
然而，在伺服系統中，對這些閥的使用會帶來很大的問題。總的原則是，在伺服系統中控制流量時，只能有一個起作用的閥。任何不是伺服閥的閥如果具有改變流量的特性，將會干涉系統的控制。
當一個平衡閥用于閉環控制系統時，其必須被合理應用。在典型的垂直油缸運動控制中，平衡閥必須安裝在油缸有桿腔和伺服閥之間。這意味著為了確保執行器下行，伺服閥和平衡閥必須都是打開狀態。平衡閥是壓力控制閥——只要壓力達到設定值，先導壓力會打開平衡閥。為了配管方便，先導口有時候會接至油缸無桿腔側，如圖3所示。
圖3
在此種結構中，就有可能出現伺服閥總是試圖讓活塞桿伸出，但是流量被截斷了，因為油缸無桿腔的壓力不足以打開平衡閥。
當壓力足夠高能夠打開平衡閥的時候，由于在無桿腔過多的壓力/力以及重力作用于垂直油缸，執行器將會快速下降。控制器接著朝著關小的方向調節伺服閥，以便能夠降低下降速度。這會導致活塞上部的壓力下降，低于先導壓力設定值，因此平衡閥又會突然關閉，油缸軸向運動驟然停止。（這個壓力下降的發生，是因為油缸無桿腔比有桿腔需要更多的油，因此其無法得到足夠快速的補油填充來保持壓力）。現在，控制器又將提高控制信號，促使油缸下降，從而提高了壓力，于是乎，該循環不斷重復。
此種運行工況，油缸伸出時就會打顫。可以通過減小平衡閥設定壓力來降低這種效果，因為此時平衡閥可以打開更快。然而，這種應用只是僅僅減小了有缺陷設計的效果。更好的做法是，平衡閥的先導油與供油壓力相連，這樣在正常運行時平衡閥總是打開的，對伺服閥的干涉盡可能的小。
電磁通斷截止閥
圖4
當應用需要伺服控制的時候，通常一個更好的解決方案就是使用常閉截止閥，正常工作時根據邏輯得電打開，事故時失電截止。
展開 PLC控制伺服需要哪些信號?
PLC控制伺服到底需要哪些信號就可以實現定位控制了？下面給大家分享兩種控制：
1、如果我們用的是PLC脈沖輸出方式的集電極開路這種方式控制伺服電機，那么我們必須要有脈沖信號和方向信號這兩個基本信號，其中脈沖信號只能由PLC的高速脈沖輸出口發脈沖，方向信號可以是任意的信號，當然不全是，有些PLC的方向信號也是固定的端口。
2、如果我們用的是PLC脈沖輸出方式的差分輸出方式也就是我們通俗叫法的雙脈沖控制方式，這一種控制方式需要兩個脈沖，也就是正反轉脈沖控制，兩個信號都需要高速脈沖口發脈沖。以上基本的信號，除此之外還需要伺服的使能信號、伺服報警信號、伺服報警信復位信號。有這些基本的信號就能夠完成PLC定位控制伺服了。
當然有些還需要偏差計數器清零信號，Z相回零信號等。也就是說PLC控制伺服定位信號不是絕對的，控制目的不一樣信號用法有差異。
展開 PLC控制伺服需要哪些信號?
PLC控制伺服到底需要哪些信號就可以實現定位控制了？下面給大家分享兩種控制：
1、如果我們用的是PLC脈沖輸出方式的集電極開路這種方式控制伺服電機，那么我們必須要有脈沖信號和方向信號這兩個基本信號，其中脈沖信號只能由PLC的高速脈沖輸出口發脈沖，方向信號可以是任意的信號，當然不全是，有些PLC的方向信號也是固定的端口。
2、如果我們用的是PLC脈沖輸出方式的差分輸出方式也就是我們通俗叫法的雙脈沖控制方式，這一種控制方式需要兩個脈沖，也就是正反轉脈沖控制，兩個信號都需要高速脈沖口發脈沖。以上基本的信號，除此之外還需要伺服的使能信號、伺服報警信號、伺服報警信復位信號。有這些基本的信號就能夠完成PLC定位控制伺服了。
當然有些還需要偏差計數器清零信號，Z相回零信號等。也就是說PLC控制伺服定位信號不是絕對的，控制目的不一樣信號用法有差異。
展開 伺服電機脈沖，模擬量和通訊控制原理及拓展（附圖文詳解）99%的電氣老師傅都收藏了！
伺服電機控制方式有脈沖、模擬量和通訊這三種，在不同的應用場景下，我們該如何選擇伺服電機的控制方式呢？
一、伺服電機脈沖控制方式
在一些小型單機設備，選用脈沖控制實現電機的定位，應該是最常見的應用方式，這種控制方式簡單，易于理解。
基本的控制思路：脈沖總量確定電機位移，脈沖頻率確定電機速度。選用了脈沖來實現伺服電機的控制，翻開伺服電機的使用手冊，一般會有如下這樣的表格：
都是脈沖控制，但是實現方式并不一樣：
第一種，驅動器接收兩路(A、B路)高速脈沖，通過兩路脈沖的相位差，確定電機的旋轉方向。如上圖中，如果B相比A相快90度，為正轉；那么B相比A相慢90度，則為反轉。
運行時，這種控制的兩相脈沖為交替狀，因此我們也叫這樣的控制方式為差分控制。具有差分的特點，那也說明了這種控制方式，控制脈沖具有更高的抗干擾能力，在一些干擾較強的應用場景，優先選用這種方式。但是這種方式一個電機軸需要占用兩路高速脈沖端口，對高速脈沖口緊張的情況，比較不適用。
第二種，驅動器依然接收兩路高速脈沖，但是兩路高速脈沖并不同時存在，一路脈沖處于輸出狀態時，另一路必須處于無效狀態。
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【干貨】伺服、步進、變頻三大控制要點詳解
控制精度不同五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證 ，對于帶標準2500線編碼器的電機而言，其脈沖當量為360°/10000=0.036°，伺服電機精度要比步進馬達高。
2. 低頻特性不同步進電機在低速時易出現低頻振動現象。交流伺服電機運轉非常平穩，即使在低速時也不會出現振動現象。
3. 過載能力不同步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力 。
4. 運行性能不同步進電機的控制為開環控制，啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉的現象，停止時轉速過高易出現過沖的現象，交流伺服驅動系統為閉環控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環和速度環，一般不會出現步進電機的丟步或過沖的現象，控制性能更為可靠。
5. 速度響應性能不同步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200～400毫秒。交流伺服系統的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合
6. 矩頻特性不同步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，交流伺服電機為恒力矩輸出。
綜上所述，交流伺服系統在許多性能方面都優于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執行電動機。所以，在控制系統的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當的控制電機。
展開 西門子S7-1200如何通過PN通訊控制V90伺服？
導語
西門子變頻器V90伺服驅動系統采用優化設計方法，簡單實用，用戶容易上手。這套系統由一臺SINAMICS V90伺服驅動器以及一臺SIMOTICS S-1FL6伺服電機組成。
伺服驅動器有多種不同的外形尺寸，可以處理單相和三相電網上的各種工作任務。這種伺服驅動系統中，伺服驅動器有八種外形尺寸，伺服電機有七種軸高，功率范圍包含0.05kW-7.0kW多種等級，能處理多種驅動任務。
例如：定位系統，運輸系統等。
這種驅動控制系統能配合西門子PLC S7-1200系列和S7-1500系列使用，并通過博途軟件進行組態，實現控制系統的多種控制任務。本文就對S7-1200如何通過PN通訊控制V90伺服控制器做一個介紹，供用戶在應用過程中參考。
展開 電液比例伺服控制容積調速系統仿真研究
分析電液比例伺服閥的特點及電液比例伺服閥控變量泵容積調速的原理。利用AMESim 軟件，建立比例伺服閥控變量泵容積調速系統的仿真模型。利用該模型對系統的性能進行仿真研究，結果表明: 該調速系統具有很好的速度跟蹤特性、較小的速度超調量、較高的速度控制精度以及較好的系統工作穩定性。
009-電液比例伺服控制容積調速系統仿真研究.rar
伯德圖是如何描述伺服閥的技術參數（轉自 液壓傳動與控制）
伺服閥的伯德圖顯示的相位與教科書的顯示方式不同。伺服閥伯德圖左下方顯示相位延遲為0，在右側開始增加。 但是，大多數教科書顯示相位延遲從左上角的0開始，到右遞減。
伺服閥制造商對伺服閥進行評級的方式有兩個困難。 -3db的標定不應用于估算伺服閥的真實響應。 在50 Hz時，?3db則意味著應該移動±1 mm的閥芯實際上只移動±0.707 mm。假設伺服閥是線性的，那將導致速度比理想值降低近30％。為了進行運動控制，最好使用幅值為0 db的頻率。在上面的示例中，該頻率約為30 Hz。
另一個問題是使用-90°作為運動控制延遲的標定。 這是因為執行器的速度由伺服閥控制，但是我們通常要控制的是位置。將速度積分到位置增加了90度相位延遲。 如果閥芯也增加了90度的相位延遲，則總和超過了180度。因為還必須包括其他小的相位延遲。
當相位延遲超過180度時，系統振蕩。 實際上，最好查看閥的相位延遲達到45度的頻率。 并將該值用作伺服閥的可用頻率響應。在上圖中，這發生在大約28 Hz。
許多伺服閥閥具有伯德圖，其中不止一條線代表增益和相位。可能會有兩個或三個曲線圖測量不同正弦波幅度下的響應。通常會有一個正弦波幅度的曲線圖，其中為輸入信號的5％。這些響應很好，但是人們不會購買額定流量為每分鐘100升的伺服閥，而只使用每分鐘5升的能力。但是，在進行壓力或力控制時了解5％的響應將很有幫助，因為伺服閥的壓力帶通常只有零點幾個百分點。當進行正常的點對點移動時，重要的是輸入在90-95％時的響應。
在設計位置伺服控制系統時，工程師需要查看并了解伺服閥的伯德圖，以便更好地估計控制閥的實際功能并避免不期望的意外。
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