浅析伺服电机的位置控制

【开篇导语】

当我们谈及电机，伺服电机是一个不可忽视的存在，它在精确定位方面发挥着卓越的作用。所谓的“控制伺服”，实际上就是对于伺服电机位置的精准控制。而伺服电机，除了我们熟知的定位控制，还拥有速度控制和转矩控制两种工作模式，尽管应用相对较少。

速度控制：这是一种常见的应用模式。伺服电机在进行速度控制时，可以快速实现加减速或精准的速度控制。与变频器相比，伺服电机能在几毫米内达到几千转，且由于其闭环特性，速度稳定性极高。

转矩控制：此模式主要关注伺服电机的输出转矩。伺服电机的响应迅速，使其在这一领域的应用具有显著优势。使用这两种控制模式时，可以将伺服电机视作一种特殊的变频器，主要是通过模拟量进行控制。

在众多的应用中，伺服电机最为突出的还是其定位控制功能。位置控制涉及两个关键物理量：速度和位置。具体来说，就是要控制伺服电机以多快的速度到达指定位置，并确保其准确停止。

如何实现这一控制呢？伺服驱动器起到了关键作用。它通过接收脉冲频率和数量来精准控制伺服电机的运行距离和速度。例如，我们设定每10000个脉冲伺服电机转一圈。如果PLC在一分钟内发送10000个脉冲，那么伺服电机将以1r/min的速度完成一圈。同理，如果在一秒钟内发送同样的脉冲数，电机的转速则为60r/min。

那么，PLC是如何做到这一点的呢？它主要通过两种方式控制伺服电机：一种是物理方式发送脉冲，通常使用PLC的晶体管输出，这是低端PLC常用的方式；而中高端PLC则通过通讯方式，如Profibus-DP、CANopen、MECHATROLINK-II、EtherCAT等，传递脉冲数量和频率给伺服驱动器。尽管方式有所不同，但实质是相同的。对于编程者来说，掌握原理是关键，这样才能触类旁通，真正掌握技术。

在程序编写方面，不同PLC之间存在显著差异。日系PLC通常采用指令方式，而欧系PLC则更倾向于使用功能块形式。但无论如何，核心的控制需求是一致的。比如要实现伺服电机的绝对定位，我们需要控制PLC的输出通道、脉冲数量、脉冲频率、加减速时间，并实时获取伺服驱动器的定位完成信号、是否碰到限位等关键信息。不同的PLC只是实现方法上的差异，核心的控制和参数读取是一致的。