為什么伺服更快

海內(nèi)存知己

        伺服若比鄰

上回書說到，質(zhì)子拜訪了程心，她們好似朋友...抱歉，走錯(cuò)片場了。咱們繼續(xù)來說伺服。

 上次說到伺服更快，更準(zhǔn)，更穩(wěn)。能夠?qū)崿F(xiàn)這三個(gè)特點(diǎn)的核心是快。更準(zhǔn)是位更準(zhǔn)確，或者速度跟隨更準(zhǔn)確；更穩(wěn)是指運(yùn)行的過程波動(dòng)更小。

控制理論

PID

伺服解決方案采用的是經(jīng)典的PID（不了解的可以找介紹自動(dòng)控制原理的書籍來補(bǔ)課）控制，是一個(gè)有差調(diào)節(jié)方法。也就是說控制的方法是通過檢測目標(biāo)與實(shí)際輸出的差別來追蹤，實(shí)際比目標(biāo)遠(yuǎn)就加速快走，快到了，就減速，防止跑過了。所以在整個(gè)運(yùn)行過程中要檢測實(shí)際輸出與目標(biāo)的差別，好做出相應(yīng)的調(diào)整。因此伺服系統(tǒng)會(huì)配置一個(gè)位置檢測的編碼器，這個(gè)編碼器除了檢測位置，再對(duì)時(shí)間進(jìn)行微分，就是速度；再微分就是加速度了。而加速度與運(yùn)動(dòng)體的質(zhì)量（或慣量）乘積就是伺服輸出的力或轉(zhuǎn)矩，如果這個(gè)不懂，牛頓勛爵要跑出來教你啦。

反饋系統(tǒng)

編碼器

要實(shí)現(xiàn)快，準(zhǔn)，穩(wěn)的目標(biāo)。首先是快，那么就要加速度大，那么旋轉(zhuǎn)電機(jī)就得輸出扭矩大，且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。準(zhǔn)呢？是通過編碼器檢測到偏差，快速糾正，所以呢，仍然要大的加速度，并且編碼器要分辨率高。zui后是穩(wěn)，就是盡可能的減小運(yùn)行過程的偏差，而且一發(fā)現(xiàn)偏差就要盡快去糾正，所以還要快，且編碼器分辨率要高。編碼器作為一個(gè)獨(dú)立部件，可以在配置時(shí)選擇高分辨率規(guī)格，那么剩下的就是要有大的加速度才能快，而達(dá)到準(zhǔn)和穩(wěn)。正所謂天下伺服，唯快不破。

剛才說了只要快，就能準(zhǔn)且穩(wěn)?？欤鸵卮?，慣量小。所以普遍的伺服電機(jī)相較于變頻電機(jī)輸出力矩與自身慣量的比值大很多。上面還說了，為了準(zhǔn)和穩(wěn)，還要加個(gè)編碼器。所以伺服系統(tǒng)都會(huì)有編碼器，而變頻卻未必（很多變頻系統(tǒng)為了提高性能也增加編碼器）。這里還有一個(gè)潛在的問題，就是數(shù)字化。現(xiàn)在的伺服為了靈活性，都采用數(shù)字化，數(shù)字化就產(chǎn)生了一個(gè)不理想的采樣周期問題。假設(shè)我們的采樣周期特別長，一秒鐘采樣一次實(shí)際位置，做一次運(yùn)算，那么，偏差必然很大，甚至震蕩。因此要求我們盡量縮短采樣周期和PID的運(yùn)算周期。那么就對(duì)控制系統(tǒng)的CPU運(yùn)算速度，存儲(chǔ)器的處理能力都要求更高。除了數(shù)字化的采樣，zui有技術(shù)難度的是電機(jī)控制算法。無論是伺服還是變頻器，控制算法都是技術(shù)核心，而伺服和變頻的控制算法的傾向不同，伺服算法更傾向于基于編碼器反饋的快速反應(yīng)；而變頻算法更傾向于允許緩慢波動(dòng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

當(dāng)伺服像白羊座一樣講究天下武功唯快不破時(shí)，變頻則像處女座一樣在力矩上磨磨唧唧要求*，還不停地問

速度環(huán)：“哥，你看我的力矩曲線畫得柔美不？光滑不？有層次感不？……

所以S120一個(gè)腦袋可以養(yǎng)活6個(gè)伺服，但只能養(yǎng)得起4個(gè)矢量，當(dāng)然，像V/F這樣的粗曠大老爺們就一打12的管飯了。

因此，轉(zhuǎn)矩慣量比，運(yùn)算周期，是否配置編碼器（或編碼器分辨率的高低）以及控制算法的不同，使伺服的響應(yīng)更快，進(jìn)而控制更精準(zhǔn)，運(yùn)行更平穩(wěn)。

為了滿足定位控制，頻繁啟停，定位剛度等特性的需求，伺服的低速低頻的控制性能比變頻要求更高。

為了滿足低速大扭矩輸出的需求，風(fēng)冷型伺服電機(jī)都要配置強(qiáng)冷風(fēng)扇，以滿足低速時(shí)的發(fā)熱問題。

為了滿足復(fù)雜的工況，伺服脫胎于變頻器。為了現(xiàn)實(shí)伺服的良好性能，既要增加編碼器，獨(dú)立風(fēng)扇，又要選高性能CPU，增加硬件或提升硬件性能；還要在軟件算法上進(jìn)行追求快速響應(yīng)。正可謂軟硬兼施。

西門子V90伺服系統(tǒng)集成代理商

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