步進和伺服電機操作為什么要回原點,？伺服系統(tǒng)的組成與控制原理介紹,！
一,、初次運行程序,。
第一次運行程序,，雖然當前位置可能是0,，也有原點信號輸入,，但系統(tǒng)并不知道原點信號在什么位置，要執(zhí)行絕對定位,，必須要利用回原點指令通過特定的方式搜尋到原點信號，才是真正的原點,。
二、經(jīng)過多次定位后為了消除誤差,，需執(zhí)行回原點。
步進系統(tǒng)為開環(huán)控制,，在運動中容易出現(xiàn)丟步或越步產(chǎn)生誤差,，機械本身也存在間隙產(chǎn)生誤差，經(jīng)過多次反復定位后，累積的誤差會越來越大,，使定位精度無法滿足要求,，所以要執(zhí)行回原點操作。伺服系統(tǒng)雖然為閉環(huán)控制,，不會產(chǎn)生丟步和越步現(xiàn)象,，但是PLC發(fā)送的脈沖傳輸?shù)剿欧?qū)動的線路上可能會產(chǎn)生干擾，以及機械間隙造成的誤差,，也會影響定位的精度,，所以一段時間后也要執(zhí)行回原點操作。
三,、斷電后位置改變或丟失,，需執(zhí)行回原點,。
步進電機沒有編碼器,，伺服電機通常安裝的是增量型編碼器，斷電后無法設(shè)別位置變化,，所以當切斷電源后,，有人為、重力或慣性等原因造成位置改變,，PLC再也無法準確的得知當前位置,，為了保證定位的精準性，需要執(zhí)行回原點操作,。如果斷電后沒有改變電機的位置或者電機安裝了絕對值編碼器,，再次上電還需要執(zhí)行回原點嗎？雖然增量型編碼器斷電后無法識別位置,，但是在斷電前我們可以將當前位置存儲在PLC斷電保持存儲區(qū)地址中,，即使斷電當前位置也不會丟失，上電后不需要回原點,。絕對值編碼器斷電后即使轉(zhuǎn)動了,，上電后也能自動識別當前位置，所以不需要回原點,，但是值得注意的是,，絕對值編碼器分為單圈和多圈，斷電后轉(zhuǎn)動的位置一定要在可識別的范圍內(nèi),，否則也需要回原點,。
四、執(zhí)行復位等操作清除了當前位置,。
當程序出現(xiàn)故障,，為了能夠重新開始，我們需要執(zhí)行復位操作,，將所有狀態(tài)包括當前位置全部復位成初始狀態(tài),，這樣我們必須執(zhí)行回原點操作。
以上介紹了四種回原點的場合,，僅代表個人對回原點的理解,，不排除還有其它情況需要回原點，歡迎參與交流探討,。
伺服驅(qū)動器工作原理和控制方式
伺服驅(qū)動器的基本功能是電動機驅(qū)動和信號反饋?，F(xiàn)在多數(shù)伺服驅(qū)動器具有獨立的控制系統(tǒng)，一般采用數(shù)字信號處理器,、高性能單片機,、FPGA等作為主控芯片?？刂葡到y(tǒng)輸出的信號為數(shù)字信號,，并且信號的電流較小，不能直接驅(qū)動電動機運動,。
伺服驅(qū)動器還需要將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號,，并且進行放大來驅(qū)動電動機運動。伺服驅(qū)動器內(nèi)部集成了主控系統(tǒng)電路,、基于功率器件組成的驅(qū)動電路,、電流采集電路、霍爾傳感器采集電路,，以及過電壓,、過電流、溫度檢測等保護電路,。
伺服系統(tǒng)組成、概述與控制原理
伺服系統(tǒng)既可以是開環(huán)控制方式,，也可以是閉環(huán)控制方式,。
一、伺服系統(tǒng)簡述
伺服系統(tǒng)（servomechanism）指經(jīng)由閉環(huán)控制方式達到對一個機械系統(tǒng)的位置,、速度和加速度的控制,。一個伺服系統(tǒng)的構(gòu)成包括被控對象、執(zhí)行器和控制器（負載,、伺服電動機和功率放大器,、控制器和反饋裝置）。
1,、執(zhí)行器的功能在于提供被控對象的動力,，其構(gòu)成主要包括伺服電動機和功率放大器，伺服電動機包括反饋裝置如光電編碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器或光柵等（位置傳感器）,。
2,、控制器的功能在于提供整個伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制如轉(zhuǎn)矩控制、速度控制,、位置控制等,，伺服驅(qū)動器通常包括控制器和功率放大器。
3,、反饋裝置除了位置傳感器,，可能還需要電壓、電流和速度傳感器,。
“伺服”——詞源于希臘語“奴隸”的意思,。人們想把“伺服機構(gòu)”當成一個得心應(yīng)手的馴服工具，服從控制信號的要求而動作：在訊號來到之前,，轉(zhuǎn)子靜止不動,；訊號來到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動,；當訊號消失,，轉(zhuǎn)子能即時自行停轉(zhuǎn)。由于它的“伺服”性能,，因此而得名——伺服系統(tǒng),。
二、常用參數(shù)
1,、伺服電機銘牌參數(shù)
1,、法蘭尺寸
2、電機極對數(shù)
3,、電機額定輸出功率
4,、電源電壓規(guī)格：單相/三相
5、電機慣量：分為大,、中,、小慣量，指的是轉(zhuǎn)子本身的慣量,，從響應(yīng)角度來講,，電機的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)小為好；從負載角度來看,，電機的轉(zhuǎn)自慣量越大越好
6,、電機出軸類型：鍵槽、扁平軸,、光軸,、減速機適配…
7,、電機動力線定義：U:REDV：BLACKW:WHITE
8、額定轉(zhuǎn)速
9,、編碼器線數(shù)：2500/1250/1000/17B/20B
法蘭是軸與軸之間相互連接的零件,，用于管端之間的連接。
2,、伺服驅(qū)動器銘牌參數(shù)
1,、額定輸出功率
2、電源電壓規(guī)格
3,、編碼器線數(shù)
3,、伺服系統(tǒng)的性能指標
1、檢測誤差：包括給定位置傳感器和反饋位置傳感器的誤差,，傳感器本身固有,，無法克服；
2,、系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)類型決定了系統(tǒng)誤差,。
只要p+q>0，對階躍輸入信號就有足夠的跟蹤能力,；對于速度輸入信號,I型系統(tǒng)跟蹤能力大幅削弱,，跟隨誤差與開環(huán)傳遞函數(shù)的比例系數(shù)成反比，II型仍具有優(yōu)良跟蹤能力,；對于加速度輸入信號,，僅II型系統(tǒng)能勉強跟隨。
三,、伺服電機相關(guān)
1,、伺服電機的選型
1、系統(tǒng)精度：需綜合考慮轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量,、電動機類型,、轉(zhuǎn)矩抖動等
2、電動機功率：負載方式及大小計算輸出力矩
3,、電動轉(zhuǎn)速
4,、選配剎車：剎車用來在電機停止時候鎖定位置，不讓電機由于外力作用發(fā)生運動,；并非在運行時剎車。
5,、過載能力
2,、伺服電機的反饋裝置/電機轉(zhuǎn)一圈所需脈沖數(shù)
伺服系統(tǒng)常用的檢測元件以光電編碼器最為常見。
編碼器（encoder）是將信號（如比特流）或數(shù)據(jù)進行編制,、轉(zhuǎn)換為可用以通訊,、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備,。
根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學式,、磁式,、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式,，可分為增量式,、絕對式以及混合式三種。
增量式：每轉(zhuǎn)過單位的角度就發(fā)出一個脈沖信號
絕對式：就是對應(yīng)一圈,，每個基準的角度發(fā)出一個唯一與該角度對應(yīng)二進制的數(shù)值,，通過外部記圈器件可以進行多個位置的記錄和測量
編碼器和電流環(huán)沒有任何聯(lián)系，它的采樣來自于電機的轉(zhuǎn)動,。
編碼器線數(shù)：即編碼器分辨率,，也即一轉(zhuǎn)所發(fā)出的脈沖數(shù)，例如2500線表示轉(zhuǎn)一圈需要發(fā)送2500個脈沖,，這說明伺服電機轉(zhuǎn)一圈所需脈沖數(shù)是固定的,，且與電機自帶編碼器參數(shù)相關(guān)。
可以發(fā)現(xiàn)線數(shù)有兩種,，一種類似2500線,、1600線等，一種為17位（17B）,、20位（20B）等,。前者為增量式編碼器線數(shù)，后者為絕對式編碼器線數(shù),，17B表示一轉(zhuǎn)所需的脈沖數(shù)為2^17即131072個脈沖,。
四、伺服驅(qū)動器控制原理
運動伺服一般都是三環(huán)控制系統(tǒng),，從內(nèi)到外依次是電流環(huán),、速度環(huán)和位置環(huán)。
伺服的控制方式有3種,，分別是位置控制,、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制。
1,、轉(zhuǎn)矩控制（電流環(huán)/單環(huán)控制）：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小,。可以通過即時的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小,，也可通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實現(xiàn),。主要應(yīng)用于需要嚴格控制轉(zhuǎn)矩的場合，在轉(zhuǎn)矩模式下驅(qū)動器的運算最小,，動態(tài)響應(yīng)最快,。
單環(huán)控制難以滿足伺服系統(tǒng)的動態(tài)要求,，一般不采用。
2,、速度控制（速度環(huán),、電流環(huán)/雙環(huán)控制）：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉(zhuǎn)動速度的控制。速度控制包含了速度環(huán)和電流環(huán),。任何模式都必須使用電流環(huán),，電流環(huán)是控制的跟本。
3,、位置控制（三環(huán)控制）：伺服中最常用的控制,。位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度（類似步進電機）,，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值（外部模擬量的輸入）,。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置,。
位置控制模式下系統(tǒng)進行了所有3個環(huán)的運算,，此時的系統(tǒng)運算量最大，動態(tài)響應(yīng)速度也最慢,。
轉(zhuǎn)矩控制：是指伺服驅(qū)動器僅對電機的轉(zhuǎn)矩進行控制
速度控制：是指驅(qū)動器僅對電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進行控制
位置控制：是指驅(qū)動器對電機的轉(zhuǎn)速,、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩進行控制
APR——位置調(diào)節(jié)器；ASR——速度調(diào)節(jié)器,；ACR——電流調(diào)節(jié)器
4,、三環(huán)就是3個閉環(huán)負反饋PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
第一環(huán)為電流環(huán),，最內(nèi)環(huán),。此環(huán)完全在伺服驅(qū)動器內(nèi)部進行，其PID常數(shù)已被設(shè)定,，無需更改,。電流環(huán)的輸入是速度環(huán)PID調(diào)節(jié)后的輸出，電流環(huán)的輸出就是電機的每相的相電流,。**電流環(huán)的功能為對輸入值和電流環(huán)反饋值的差值進行PD/PID調(diào)節(jié),。**電流環(huán)的反饋來自于驅(qū)動器內(nèi)部每相的霍爾元件。電流閉環(huán)控制可以抑制起,、制動電流,，加速電流的響應(yīng)過程。
第二環(huán)為速度環(huán),，中環(huán),。速度環(huán)的輸入就是位置環(huán)PID調(diào)節(jié)后的輸出以及位置設(shè)定的前饋值。**電流環(huán)的功能為對輸入值和速度環(huán)反饋值的差值進行PI調(diào)節(jié),。**速度環(huán)的反饋來自于編碼器的反饋后的值經(jīng)過“速度運算器”的計算后得到的,。
第三環(huán)為位置環(huán)，最外環(huán),。位置環(huán)的輸入就是外部的脈沖,。**位置環(huán)的功能為對輸入值和位置環(huán)反饋值的差值進行P調(diào)節(jié)。**位置環(huán)的反饋來自于編碼器反饋的脈沖信號經(jīng)過“偏差計數(shù)器”的計算后得到的,。位置調(diào)節(jié)器APR其輸出限幅值是電流的最大值,，決定著電動機的最高轉(zhuǎn)速。
位置環(huán),、速度環(huán)的參數(shù)調(diào)節(jié)沒有什么固定的數(shù)值,，由很多因素決定。
多環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計方法是從內(nèi)環(huán)到外環(huán),，逐個設(shè)計各環(huán)調(diào)節(jié)器,，使每個控制環(huán)都是穩(wěn)定的，從而保證整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,；每個環(huán)節(jié)都有自己的控制對象,，分工明確，易于調(diào)整,。這種設(shè)計的缺點在于對最外環(huán)控制作用的響應(yīng)不會很快
5,、伺服系統(tǒng)的增益參數(shù)
按照設(shè)備需求選擇，選擇好合適的控制模式后,，需要對伺服增益參數(shù)進行合理的調(diào)整,。使得伺服驅(qū)動器能快速、準確的驅(qū)動電機,，最大限度發(fā)揮機械性能,。伺服增益通過多個參數(shù)進行調(diào)整，它們之間會相互影響,。
1,、位置比例增益：設(shè)置值越大，增益越高,，剛度越大,，相同頻率指令脈沖條件下，位置滯后量越小,。但數(shù)值太大可能會引起振蕩或超調(diào),；
2、位置前饋增益：位置環(huán)的前饋增益大,，控制系統(tǒng)的高速響應(yīng)特性提高,，但會使系統(tǒng)的位置不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生振蕩,；
3,、速度比例增益：設(shè)置值越大,，增益越高，剛度越大,，相同頻率指令脈沖條件下,，速度滯后量越小。但數(shù)值太大可能會引起振蕩或超調(diào),；
4,、速度積分時間常數(shù)：設(shè)置值越小，積分速度越快,。
5,、速度反饋濾波因子：數(shù)值越大，截止頻率越低,，電機產(chǎn)生的噪音越?。粩?shù)值越小,，截止頻率越高,，速度反饋響應(yīng)越快。
6,、最大輸出轉(zhuǎn)矩設(shè)置
五,、伺服系統(tǒng)的設(shè)計
根據(jù)伺服電動機的種類，伺服系統(tǒng)可分為直流和交流兩大類,。采用電流閉環(huán)控制后,，二者具有相同的控制對象數(shù)學模型。因此可用相同的方法設(shè)計交流或直流伺服系統(tǒng),。對于閉環(huán)伺服控制系統(tǒng),，常用串聯(lián)校正或并聯(lián)校正方式進行動態(tài)性能的調(diào)節(jié)。校正裝置串聯(lián)配置在前向通道的校正方式稱為串聯(lián)校正,，一般把串聯(lián)校正單元稱作調(diào)節(jié)器,，所以又稱調(diào)節(jié)器校正；若校正裝置與前向通道并行,，稱為并聯(lián)校正,。
調(diào)節(jié)器校正：常用的調(diào)節(jié)器有PD調(diào)節(jié)器,、PI調(diào)節(jié)器和PID調(diào)節(jié)器,。設(shè)計中根據(jù)實際伺服系統(tǒng)的特征進行選擇。
六,、系統(tǒng)接線及面板設(shè)置
此處僅作概述,。
系統(tǒng)接線
面板設(shè)置
七,、伺服電動機與其它電動機的辨析
1、伺服電動機與普通電動機的區(qū)別
1、普通電動機（有刷）多運行于開環(huán)控制,，伺服電動機運行于閉環(huán)控制,。
2、伺服電動機動態(tài)性高
3,、伺服電動機啟動轉(zhuǎn)矩大,、調(diào)速范圍寬
4、伺服電動機結(jié)構(gòu)緊湊
5,、伺服電動機定子散熱方便
2、伺服電動機與舵機的區(qū)別
舵機相當于簡化版的完整的伺服系統(tǒng),。
伺服電機都是三環(huán)控制,，即電流環(huán)、速度環(huán),、位置環(huán),；舵機只檢測位置環(huán)（一般用電位器）。
3,、伺服電動機與步進電動機的區(qū)別
1,、步進電機多運行于開環(huán)控制，伺服電動機運行于閉環(huán)控制,。（使用步進電機的場合,，要么不需要位置反饋，要么在其他設(shè)備上進行位置反饋）
2,、伺服電機控制精度和定位高于步進電機
3,、伺服電機低頻特性好，過載能力大,，響應(yīng)時間短
4,、伺服電機調(diào)速范圍大于步進電動機
5、步進電機只能接受脈沖信號,，二私服電動機可以接受模擬信號,、脈沖信號和總線通信信號
伺服電機和步進電機常被搞混，二者外形相似,，區(qū)別點在于伺服電機尾部的反饋裝置,；此外步進電機一般都是一個引出線端，伺服電機由于帶編碼器所以有2個引線輸出端（編碼線和動力線）,。
