Ac伺服電動(dòng)機(jī)在l業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)控制中扮演r一個(gè)十分重要的角色隨著應(yīng)用場合的不同．對(duì)Ac伺服電動(dòng)機(jī)的控制性能要求也不盡相同。因而在實(shí)際應(yīng)用中，Ac伺服電動(dòng)機(jī)有各種不同的控制形式。
從被控制量來說，這些控制形式主要有：轉(zhuǎn)矩控制／電流控制；速度控制；位置控制。
1. 轉(zhuǎn)矩控制／電流控制
有些負(fù)載，例如螺栓擰緊機(jī)構(gòu)．只需要Ac伺服電動(dòng)機(jī)提供必要的緊固力，根據(jù)需要緊固力的大小來決定伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)矩限制，而對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的速度和位置是沒有要求的。在這種應(yīng)應(yīng)用場合，就應(yīng)該采用轉(zhuǎn)矩控制形式。又由于在AC伺服系統(tǒng)中，Ac電動(dòng)機(jī)的永磁轉(zhuǎn)，磁極位置通過位置傳感器測量出來，以此信號(hào)作為電流控制的依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)磁場和屯流兩者的正交控制。在這種情況下，Ac伺服電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，故轉(zhuǎn)矩控制實(shí)際上也就是電流控制：
2 速度控制
在速度控制形式中，是要求對(duì)Ac伺服電動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)行狀態(tài)f、的速度加以控，制，以滿足負(fù)載的工作要求，這是應(yīng)用范圍很廣的一種控制形式。
Ac伺服電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩只有比負(fù)載轉(zhuǎn)矩還大，才能使電動(dòng)機(jī)及其負(fù)載實(shí)現(xiàn)加速。在Tf=0日寸，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之差，即為動(dòng)態(tài)加速轉(zhuǎn)矩。
Ac伺服Ib動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)的速度控制器通常采用比例積分控制規(guī)律，對(duì)于這樣的速度控制系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)性能的分析，可以采用工程上常用的波德圖：通過繪制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性，找出波德圖上的截止頻率wc及過wc點(diǎn)對(duì)數(shù)幅頻特性斜率和相移角，來評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能。通常對(duì)一個(gè)速度控制系統(tǒng)來說要求在wc處有20dB／dec的幅頻特性，相移角滯后量為 140°-165°。wc較高時(shí)，系統(tǒng)的輸出響應(yīng)就較快，反之由于較高頻率通過比較困難，系統(tǒng)的響應(yīng)自
然也就變慢了。從波德圖上大致可以獲得以下有用的信息：響應(yīng)日寸問、超調(diào)景和對(duì)負(fù)載擾動(dòng)的抑制能力(恢復(fù)時(shí)問和****速降)等：有關(guān)這部分內(nèi)容的詳細(xì)淪述請(qǐng)參閱有關(guān)文獻(xiàn)，在此小再介紹。
3位置控制
AC伺服電動(dòng)機(jī)位置控制系統(tǒng)，從定位要求來看，最女，將位置傳感器直接安裝在要定位的機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)所謂傘閉環(huán)控制。．但在實(shí)際上，能夠在被拖動(dòng)的機(jī)械上或在與被拖動(dòng)機(jī)械作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械上直接安裝傳感器的情況太少。這是由于小便于安裝而且電特別擔(dān)心被拖動(dòng)機(jī)械的振動(dòng)和變形而對(duì)位置控制系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響基于上述情況， 一般在實(shí)際應(yīng)用中多采用半閉環(huán)控制方式，將位置傳感器安裝在AC伺服電動(dòng)機(jī)非負(fù)載側(cè)的一個(gè)軸端上過測量AC伺服電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，來
間接測量被拖動(dòng)機(jī)械的實(shí)際位移，從而實(shí)現(xiàn)位置伺服控制，目前，應(yīng)用較普遍的位置傳感器有各類編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等
例如，在Ac伺服電動(dòng)機(jī)軸上安裝的位置傳感器每運(yùn)動(dòng)一周能產(chǎn)牛N個(gè)輸出脈沖 那么 ，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角θ和位置傳感器的輸出脈沖數(shù)n之間有如下關(guān)系
 ’
式中，θ為弧度(rad)。
因此，AC伺服電動(dòng)機(jī)的角位移可由位置傳感器輸出的脈沖數(shù)來代表�？刂泼}沖數(shù)，也就控制了電動(dòng)機(jī)的角位移。通過對(duì)脈沖個(gè)數(shù)做加法運(yùn)算，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角位移的目的。所以．這種控制方法又稱為增量式位置控制。
若位置傳感器所產(chǎn)生的輸出信號(hào)分別對(duì)應(yīng)于Ac伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子角位移θl，θ2 θ3 ……θn，就可以進(jìn)行****位置控制。
在增量式控制方式中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子角度的增量值正好對(duì)應(yīng)于一個(gè)脈沖，在Ac伺服電動(dòng)機(jī)的位置控制系統(tǒng)中，位置控制系統(tǒng)的增益設(shè)計(jì)應(yīng)保證系統(tǒng)的位置控制精度在 +—1個(gè)脈沖之內(nèi)。顯然，位置(用弧度或脈沖數(shù)來表示)是速度(單位為rad／s或pps的積分，或者說速度足位置的微分。
通常 位置控制器采用比例控制規(guī)律，為保證位置控制精度和良好的跟蹤性能要求速度環(huán)具有足夠高的增益和通頻帶。Ac伺服電動(dòng)機(jī)位置系統(tǒng)的框圖如圖2—14所示。
AC 伺服電動(dòng)機(jī)位置控制系統(tǒng)的輸出響應(yīng)如圖2一15所示。
在圖2—15a中，曲線l為輸入的階躍位置指令信號(hào)，曲線2為實(shí)際位置圖2—15c中曲線3為角速度信號(hào)。在圖2—15b中，位置指令信號(hào)為一時(shí)間要求Ac伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際位置能很好地跟蹤位置指令的變化，兩者之間位置跟蹤誤差，通常由下式求出
式中，e為位置跟蹤誤差，通常以弧度或脈沖數(shù)表示；KP為位置環(huán)比例增益為Ac伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)給時(shí)的指令角速度(rad／s或pps)。
在位置控制系統(tǒng)中，控制信號(hào)的形式通常有兩種：一種形式是采用位置等數(shù)據(jù)指令；另一種形式是脈沖列。
數(shù)據(jù)指令控制方式的位置控制系統(tǒng)框圖如圖2一16所示。
由cPu或數(shù)碼開關(guān)等生成的位置指令或控制信息送人到控制器作為位置指令，并存入寄存器，寄存器所存的位置指令值輸入到減法計(jì)數(shù)器，與Ac伺服電動(dòng)機(jī)當(dāng)前的實(shí)際位置相比較，其差值再送到D／A變換器，D／A的輸出作為Ac伺服電動(dòng)機(jī)的模擬速度指令。在速度指令的作用下，Ac伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)的實(shí)際位置越接近指令位置時(shí)，減法計(jì)數(shù)器和D／A變換器的輸出也隨之變小，一直使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)到實(shí)際位置和指令位置一致時(shí)，才停止運(yùn)動(dòng)。
以脈沖列作為控制信號(hào)的位置控制系統(tǒng)框圖如圖2 -17表示。
下面說明用脈沖列產(chǎn)生數(shù)字指令的原理。脈沖列包含兩個(gè)含義：①脈沖數(shù)；②單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)。脈沖數(shù)相當(dāng)于Ac伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)相當(dāng)于Ac伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角速度。由于脈沖列本身無法指明旋轉(zhuǎn)方向。所以，把這個(gè)指明運(yùn)行方向的極性信號(hào)和脈沖列一同送入控制部分中去，來控制Ac伺服電動(dòng)機(jī)的速度和轉(zhuǎn)角。脈沖列的控制指令值輸入偏差計(jì)數(shù)器(可逆計(jì)數(shù)器)進(jìn)行累計(jì)計(jì)數(shù)，其累計(jì)的計(jì)數(shù)值送人D／A轉(zhuǎn)換器而構(gòu)成Ac伺服電動(dòng)機(jī)的速度指令，伺服電動(dòng)機(jī)按此速度指令旋轉(zhuǎn)。于是，安裝在伺服電動(dòng)機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)變壓器便產(chǎn)生反映電動(dòng)機(jī)實(shí)際位置的脈沖列，并以反饋的形式送入偏差計(jì)數(shù)器。可逆計(jì)數(shù)器將位置脈沖列指令與位置反饋脈沖列之差值進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器內(nèi)所積存的脈沖就是所謂的偏差脈沖存積量。這個(gè)脈沖存積量由D／A轉(zhuǎn)換器輸出就作為速度指令驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)輸入計(jì)數(shù)器的控制脈沖指令停止發(fā)送時(shí)，可逆計(jì)數(shù)器內(nèi)存積的脈沖將慢慢減少，直到存積量減少到零時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，也就是達(dá)到了預(yù)定位置。
Ac伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度與可逆汁數(shù)器內(nèi)存積的偏差脈沖數(shù)之間的關(guān)系如圖2一18所示。
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