工控技术总结：伺服电机控制转速与防干扰措施

伺服电机可以精确控制速度和位置，并将电压信号转化为扭矩和速度来驱动被控对象。伺服电机的转子速度由输入信号控制，响应速度快。

在自动控制系统中，它作为执行机构，具有机电时间常数小、线性度高、启动电压高等特点。它可以将接收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度并输出。它分为两类:DC伺服电机和交流伺服电机。它的主要特点是信号电压为零时，不存在自转现象，转速随扭矩的增大而匀速下降。

伺服电机作为自动化工厂的动力肌肉，在工业控制设计和维护中是不可避免的，所以今天我们就对伺服的速度控制和抗干扰措施进行总结和研究。

常用的伺服电机有很多种，选择它们并不是一件简单的事情。每一种伺服都很熟练，对我们的学习压力很大。我们唯一能采取的措施就是选择日常工作中最能满足的车型来学习，顺便了解几个市场上使用较多的车型和品牌。伺服电机转速从1000、1500、3000不等，以3000RPM时使用最多的交流伺服为代表。

在实际使用中，我们选择或使用了一台转速为3000RPM的伺服，我们需要的速度是0-3000变速，那么我们可以用什么手段来改变当前的伺服速度呢？

伺服速度的调节取决于我们用什么方式控制和控制方式的选择。无论是我们用脉冲控制速度、模拟控制速度还是直接驱动内部设定控制速度调节也是不同的。我们总结了对应于三种不同控制方法的速度变化。

1、扭矩控制，转速自由(随负载变化)。

扭矩控制是我们通常使用较多的一种控制方法。我们通过外部模拟量或直接地址赋值来设置输出扭矩，所以对应的转速是不确定的，因为设备老化摩擦系数的变化和负载的变化都会影响转速输出。在这种情况下，我们基本上不需要调节转速，因为是自动调节，我们需要的是系统的稳定性和长时间的扭矩稳定性。

可以通过即时改变模拟量的设置来改变设定的转矩，也可以通过通讯的方式改变对应地址的值。主要用于对材料应力有严格要求的卷绕和放卷装置，如卷绕装置或光纤拉丝设备。使用伺服的目的是防止卷绕材料应力的变化。

2.位置控制，精确定位，严格控制转速和扭矩。

在位置控制模式下，旋转速度通常由外部输入脉冲的频率决定，旋转角度由脉冲的数量决定。一些伺服系统可以通过通信直接给速度和位移赋值。

因为位置模式可以严格控制速度和位置，所以它通常应用于定位设备。应用如数控机床、印刷机械等。

在使用中，我们需要知道PLC或其他发送脉冲的额定频率是多少。20KHz，100KHz，200KHz，实际移动距离，对应于伺服的选定脉冲当量，我们可以计算出伺服移动到指定位置的上限运行速度和时间。

我们必须计算伺服的在线速度，只有选择合适的伺服模型才能满足现场使用的要求。伺服运行速度=指令脉冲额定频率×伺服上限速度伺服控制器一般有编码器，可以接收编码器接收到的反馈脉冲。在速度环上设置编码器反馈脉冲频率，设置编码器反馈脉冲频率=编码器每周反馈脉冲数×伺服电机设定速度(r/s)。因为指令脉冲频率=编码器反馈脉冲频率/电子传动比，也可以设置“指令脉冲频率”来设置伺服电机速度。

3.速度模式，扭矩自由(随负载变化)。

转速可以通过模拟量的输入或脉冲的频率来控制，当有上位控制装置的外环PID控制时，可以定位转速模式，但电机的位置信号或直接负载的位置信号必须反馈到上位进行计算。

速度模式对应位置模式，位置信号有误差。位置模式的信号由终端负载检测装置提供，减少了中间传输误差，相对提高了整个系统的定位精度。

我们的速度控制方式主要是用0-10个电压信号控制电机速度，模拟量的大小决定给定速度，正负关系决定电机响应取决于速度指令增益。当速度模式用于大负载惯性的情况时，我们需要设置速度环路增益，以使系统响应更快。调整时应考虑设备的振动，系统振动不应由响应速度引起。

当我们使用速度控制时，我们还需要注意加速和减速的设置。如果没有闭环控制，我们需要通过零箝位或比例控制完全停止电机。当上位机作为位置闭环时，模拟量不能自动归零。

通过控制系统向伺服驱动器发送+/-10V模拟电压命令控制速度，具有伺服响应快的优点，但缺点是对现场干扰敏感，调试稍复杂。速度控制的应用相当广泛:需要快速响应座椅的连续速度控制系统；定位系统由上部位置关闭；需要多种速度快速切换的系统。

在伺服系统的使用和调试过程中，会不时出现各种意想不到的干扰，特别是对于发送脉冲的伺服电机的应用。下面将从几个方面分析干扰的类型和方式，以达到有针对性的抗干扰。希望大家能一起学习，一起学习。

1.电源干扰。

现场使用条件受到各种限制，我们通常会遇到许多复杂的情况。我们需要习惯性地避免它们，尽可能避免问题的产生。

很多情况下，我们会在旋转编码器的电源模块和运动控制器上增加滤波器，将DC电抗器改为驱动器，通过增加稳压器、隔离变压器等设备，改变驱动器位置的低通滤波时间和载波速率等参数，减少电源引入带来的干扰，避免伺服控制系统失效。

伺服系统电源线应单独走线，以缩短驱动器与电机电源线之间的距离，避免干扰控制线，造成驱动器故障。

2.混沌接地系统的干扰。

接地是提高电子设备抗干扰能力的有效手段，可以抑制设备的外干扰，避免外界干扰的影响。但是，错误的接地会引入严重的干扰信号，使系统无法正常工作。控制系统的地线一般包括系统地线、屏蔽地线、交流地线和保护地线等。

如果接地系统混乱，对伺服系统的干扰主要是由于各接地点电位分布不均匀，电缆屏蔽段两端、接地线、地线等设备接地点不同接地点之间存在电位差，造成接地回路电流，影响系统正常运行。

解决这种干扰的关键是区分接地方式，为系统提供良好的接地性能。

注意环境电磁兼容性，屏蔽高频电磁波、射频器件等。应抑制和消除电源噪声干扰源。例如，同一电力变压器或配电母线上不应有高频、中频和大功率整流和逆变电源装置。……

介绍一种非常规的接地处理，由于配电线路中不可避免地存在较大的干扰源，所以驱动器单独安装在机柜中，安装板采用非金属板，悬挂与伺服驱动器相关的地线，其他测量系统可靠接地，可能会更好。

3.来自系统内部的干扰。

主要是系统中元器件与电路之间的相互电磁辐射引起的，如逻辑电路的相互辐射，模拟地与逻辑地的相互影响，元器件之间的不匹配使用。

信号线和控制线应选用屏蔽线，有利于防止干扰。

当线路较长时，例如距离超过100 m时，导线的横截面应扩大。

信号线和控制线应穿过管道放置，以避免与电源线相互干扰。

主要传输信号是电流信号，电流信号的衰减和抗干扰性比较好。在实际应用中，传感器输出大多是电压信号，可以通过转换器进行转换。

要对模拟弱电路的DC电源进行滤波，可以增加两个0.01uF(630V)的电容，一端接电源的正负极，另一端接机箱再接地。非常有效。

当伺服发出吱吱声时，输出高频谐波干扰，因此可以在伺服驱动总线电源的P端和N端的机箱上连接一个0.1u/630v CBB电容进行测试。

终端控制线的屏蔽层接在板的0V上，驱动端没有接，只需拨出一段屏蔽层，拧成一股，露在外面即可。

使用电磁干扰滤波器，在控制线焊接抗干扰电阻，或在电机电源线上连接磁环伺服电机驱动器。