Servomotoren werden im Allgemeinen eingesetzt, wenn das Anwendungsszenario eine präzise Steuerung von Position, Geschwindigkeit und Drehmoment (oder einer Kombination aus beidem) erfordert. Je nach den zu steuernden Parametern können Servomotorsysteme im Drehmoment-, Geschwindigkeits- oder Positionsmodus arbeiten. Jeder Modus erfordert Regelkreise, die von Servoantrieben und Steuerungen überwacht und gesteuert werden, die dem Motor Befehle erteilen, um die gewünschte Leistung zu erzielen.
Servomotorsteuerung – Drehmomentmodus
Im Drehmomentmodus steuert die Stromschleife den Motor und das Drehmoment ist proportional zum Strom, sodass die Steuerung des Servosystems den tatsächlichen Motorstrom vom Treiber erhält und diesen zur Bestimmung des tatsächlichen Motordrehmoments verwendet. Anschließend vergleicht es den tatsächlichen Drehmomentwert mit dem erforderlichen Drehmoment und passt den Motorstrom in Echtzeit an, um das erforderliche Drehmoment zu erreichen.
Das Drehmoment, das ein Motor erzeugt, hängt von der Strommenge ab, die er erhält. Das Drehmoment bestimmt die Beschleunigung des Motors, die sich auf Geschwindigkeit und Position auswirkt. Daher ist ein Stromregelkreis für das Servosystem notwendig.
Der Stromregelkreis wird in der Regel über einen PI-Regler (Proportional-Integral) geregelt und die Stromregelkreisparameter werden in der Regel vom Hersteller eingestellt.
Anwendung
Anwendungen, die eine Steuerung des Drehmomentmodus erfordern, reichen vom Wickeln (bei dem beim Aufwickeln eine konstante Spannung auf der Materialbahn aufrechterhalten werden muss) bis zum Spritzgießen (bei dem eine konstante Schließkraft auf die Form ausgeübt werden muss).
Servomotorsteuerung – Geschwindigkeitsmodus
Der Geschwindigkeitsmodus wird verwendet, wenn die Anwendung erfordert, dass der Motor bei wechselnden Lasten eine eingestellte Geschwindigkeit beibehält.
Im Drehzahlmodus wird die Motordrehzahl durch die an den Motor angelegte Spannung gesteuert. Eine Änderung der Motordrehzahl (Beschleunigung oder Abbremsung) erfordert jedoch eine Erhöhung oder Verringerung des Motordrehmoments, so dass auch im Drehzahlmodus ein Stromregelkreis erforderlich ist. Wenn mehrere Regelkreise verwendet werden, ist der Stromregelkreis der innerste Regelkreis und der Drehzahlregelkreis wird "um" den Stromregelkreis herum hinzugefügt.
Wenn Sie einen Positionsregelkreis verwenden, fügen Sie ihn um den Geschwindigkeitsregelkreis herum hinzu, um den äußersten Regelkreis zu bilden. Folgen Sie der Schleifenanpassung von innen nach außen. Passen Sie also zuerst die Stromschleife, dann die Geschwindigkeitsregelschleife und dann die Positionsregelschleife an.
Viele fortschrittliche Servoregler können dynamisch zwischen Steuermodi wechseln, zum Beispiel schalten sie während des Systembetriebs nicht von Drehzahlmodus zu Drehmomentmodus und es wird keine Instabilität oder Unterbrechung geben.
Der oben erwähnte Geschwindigkeitsregelkreis erhält Geschwindigkeitsinformationen vom Encoder, um den Fehler zwischen der tatsächlichen und der befohlenen Geschwindigkeit zu bestimmen, und verwendet diesen Fehler, um zu bestimmen, welchen Strom (Drehmoment) der Motor benötigt, um den Geschwindigkeitsfehler zu korrigieren.
Der Geschwindigkeitsregelkreis ist normalerweise ein PI-Regler, und Servos, die im Geschwindigkeitsmodus arbeiten, enthalten manchmal Parameter, die die Beschleunigung oder Verzögerung glätten, um die Auswirkungen von Fehlern zu minimieren.
Anwendung
Beispiele für Anwendungen, die den Geschwindigkeitsmodus verwenden, sind Förderbandverfolgung, -verteilung und Bearbeitungsprozesse (z. B. Schleifen oder Polieren), bei denen die Motorlast variiert, die Geschwindigkeit jedoch während des gesamten Prozesses beibehalten werden muss.
Wenn das Anwendungsszenario drei Regelkreise erfordert, kann das Servosystem auch im Positionsmodus betrieben werden, sodass der Motor die Last in eine präzise Position relativ zur Startposition oder basierend auf einer absoluten Position bewegen kann.
Um den Positionsmodus in der Servosteuerung zu implementieren, sind normalerweise drei Regelkreise erforderlich: Drehmoment, Geschwindigkeit und Position. Dies liegt daran, dass die Drehzahl des Motors überwacht werden muss, um seine Position zu bestimmen, und das Drehmoment überwacht werden muss, um zu bestimmen, wie viel Strom der Motor benötigt, um die Sollposition ohne Unterschwingen oder Überschwingen zu erreichen. Der Lageregelkreis verwendet einen PI- oder PID-Regler (Proportional Integral Derivative).
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