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伺服电机的三环控制
❖ 伺服电机一般为三个环控制，所谓三环就是
3个闭环负反馈PID调节系统。最内的PID环
就是电流环，此环完全在伺服驱动器内部进
行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相
的输出电流，负反馈给电流的设定进行PID
调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定
电流，电流环就是控制电机转矩的，所以在
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PLC –结构
❖ PLC 分为一体式和模块式两种结构。但它们的组 成是相同的，都有CPU、I/O、内存、电源等。
❖ 无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型 结构，其I/O 能力可按用户需要进行扩展与组合。
❖ 一般一体式在微小型PLC 中采用，其CPU 板、 I/O 板、电源板等集成在一个模块中，目的是降低
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❖ 转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入 或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩 的大小。
❖ 位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉 冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数 来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式 直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对 速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定 位装置。来自11PLC应用
❖ PLC 国内市场目前主要有三大流派，占中 国市场份额90％以上：
美国：ROCKWELL、GE；欧洲：西门 子、施耐德；日本：三菱、OMRON。
❖ 在大中型PLC 市场，西门子占据优势，其 次是施耐德、ROCKWELL、GE，日系品 牌竞争力较弱；
❖ 在微小型PLC 市场，三菱、OMRON、西
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PLC –定义
❖ 国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC 的规定：可编程 控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境 下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部 存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算 等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制 各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设 备都应按易与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功 能的原则设计。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面 广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
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❖ 第3环是位置环，它是最外环，可以在驱动器 和电机编码器间构建也可以在外部控制器和 电机编码器或最终负载间构建，要根据实际 情况来定。由于位置控制环内部输出就是速 度环的设定，位置控制模式下系统进行了所 有3个环的运算，此时的系统运算量最大，动 态响应速度也最慢。
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伺服电机选型问题
门子占据了绝大多数份额，其品牌份额较
少。
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工作原理
❖ PLC 是按循环扫描方式运行的。在PLC 出厂 时，只有系统软件，用户必须根据工艺要求 编写自己的用户程序，才能实现控制。当 PLC 处于运行状态时，系统顺序、循环地执 行。
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PLC四种任务
➢ 执行用户程序：系统顺序执行用户程序的指令序 列，从第一条主程序指令开始，逐一执行用户程 序的指令序列，直到执行完主程序结束指令为止。
成本，满足用户经济实用的要求，它通过扩展电 缆连接扩展模块。
❖ 中大型PLC 对性能、容量、网络、I/O 能力、可
靠性等要求很高，一般采用模块式，电源、CPU、
I/O 都单独成模块，插在底板或机架上，构成一个
整体系统。
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PLC –结构
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❖ “PC+运动控制器”结构有何优点？
❖ 4倍频输入增量式编码器信号，其中编码器 3000线，转速3000r/min，那么控制器编码器 信号接口输入信号频率至少为多少？
❖ PLC？PCC？PAC?
❖ GT-400-SV四轴伺服运动控制器特点及控制 轴运动控制方式。
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❖ 速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以 进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环 PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电 机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以 做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置 信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速， 位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供 了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误 差，增加整个系统的定位精度。
运动控制系统
哈尔滨理工大学自动化学院 主讲教师：许家忠
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运动控制系统中 的控制器
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❖ PLC
分类
❖ PC+运动控制器 开放式结构 ➢ 固高 PMAC TRIO
❖ 专用控制器
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PLC –定义
❖ PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微 电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技 术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来 取代继电器执行逻辑、记时、计数等顺序控制功 能，建立柔性的程控系统。
➢ 通讯任务：与编程软件、上位组态软件、触摸屏 等通讯时，响应下达的通讯命令。
➢ 内务处理：处理各种系统内务，如刷新面板指示 灯，更新软件计时器和计数器值、刷新特殊中间 继电器和特殊数据寄存器。
➢ I/O 刷新：包括输出刷新阶段和输入刷新阶段。输 出刷新阶段是根据Y 元件的值（ON/OFF），接通 或断开对应的硬件输出端口。输入刷新阶段是将 硬件输入端口的接通或精断选课开件 状态，转换为对应的X 14 元件值（ON/OFF）。
❖ 在选择好机械传动方案以后，就必须对伺服电机的 型号和大小进行选择和确认。
❖ （1）选型条件：一般情况下，选择伺服电机需满 足下列情况：
❖ 1.电机最大转速＞系统所需之最高移动转速。 ❖ 2.电机的转子惯量与负载惯量相匹配。
3.连续负载工作扭矩≦电机额定扭矩 4.马达最大输出扭矩＞系统所需最大扭矩（加速 时扭力） ❖ （2）选型计算： ❖ 1. 惯量匹配计算（JL/JM） ❖ 2. 回转速度计算（负载端转速，马达端转速） 负载扭矩计算（连续负载精选工课件作扭矩，加速时扭矩） 24
转矩模式下驱动器的运算最小，动态响应最
快。
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❖ 第2环是速度环，通过检测的电机编码器的信 号来进行负反馈PID调节，它的环内PID输出 直接就是电流环的设定，所以速度环控制时 就包含了速度环和电流环，换句话说任何模 式都必须使用电流环，电流环是控制的根本， 在速度和位置控制的同时系统实际也在进行 电流（转矩）的控制以达到对速度和位置的 相应控制。