伺服系統之電子凸輪比系統組成

　　本文首先介紹了伺服系統的結構組成及工作原理，其次介紹了　電子凸輪的結構框圖及系統組成，最後介紹了電子凸輪的伺服實現以及應用，具體的跟隨小編來詳細的了解一下。

　　伺服系統的結構組成

　　從基本結構來看，伺服系統主要由三部分組成：控制器、功率驅動裝置、反饋裝置和電動機（圖1）。控制器按照數控系統的給定值和通過反饋裝置檢測的實際運行值的差，調節控制量；功率驅動裝置作為系統的主迴路，一方面按控制量的大小將電網中的電能作用到電動機之上，調節電動機轉矩的大小，另一方面按電動機的要求把恆壓恆頻的電網供電轉換為電動機所需的交流電或直流電；電動機則按供電大小拖動機械運轉。

　　

　　圖1中的主要成分變化多樣，其中任何部分的變化都可構成不同種類的伺服系統。如根據驅動電動機的類型，可將其分為直流伺服和交流伺服；根據控制器實現方法的不同，可將其分為模擬伺服和數字伺服；根據控制器中閉環的多少，可將其分為開環控制系統、單環控制系統、雙環控制系統和多環控制系統。

　　伺服系統的工作原理

　　伺服系統是使物體的位置、方位、狀態等輸出被控量能夠跟隨輸入目標的任意變化而變化的自動控制系統，即伺服系統是具有反饋的閉環自動控制系統。它由計算機數字控制系統、伺服驅動器、伺服電動機、速度和位置傳感器等組成。計算機數字控制系統用來存儲零件加工程序，根據編碼器反饋回來的信息進行各種插補運算和軟體實時控制，向各坐標軸的伺服驅動系統發出各種控制命令。伺服驅動器和伺服電動機接收到計算機數字控制系統的控制命令後，對功率進行放大、變換與調控等處理，能夠快速平滑調節運動速度，並能夠精確地進行位置控制。

　　電子凸輪系統結構圖

　　

　　電子凸輪系統組成

　　該型號採用旋變作為位置傳感器，可以通過通訊埠和PC或手持編程器（Handy terminal）進行通信。PC和手持編程器提供給用戶編程使用，為用戶提供了方便的編程界面。信號輸出採用並行（PIO）和串行（SIO）兩種方式，輸出信號可以直接用來控制伺服電機和步進電機的驅動器，也可以通過控制器將信號集中處理後控制變頻器等驅動裝置，實現運動控制的目的。

　　電子凸輪之伺服實現

　　相對於機械凸輪，電子凸輪對大部分人來說都是比較陌生的，但電子凸輪的優點遠遠超過機械凸輪。曾用伺服電機+伺服驅動器+控制電路系統做過電子凸輪，現把過程經驗分享給大家。

　　伺服電機帶電子凸輪功能的在國內或者沒有，或者很少， 曾查遍Google， Baidu。這方面的資料少之又少。我也是自己摸索的可能有好多地方不足或者幼稚， 請高手們批評指導。用伺服電機實現電子凸輪功能分兩種情況（伺服控制最好採用運轉+方向控制方式）：

　　第一：不在跟隨情況下（沒有輔助編碼器或者說伺服電機不跟隨輔助編碼器運轉， 用控制器直接控制伺服）

　　這種情況下相對來說比較簡單，可以通過調周期給伺服驅動器發送命令使伺服電機運行各種曲線，在你的控制系統中定義一個定時器，定義一個凸輪表，根據不同的曲線計算出凸輪表，凸輪表中的數據是每次定時器中斷填充計時值，這樣在中斷時發送一次命令，同時根據內部計數索引在凸輪表中取出定時值修改定時器。這裡關鍵時如何產生凸輪表，建立虛擬主軸。同時不要忘記在掉電時記錄凸輪表索引。

　　第二： 在跟隨情況下（有輔助編碼器，主軸跟隨從軸運轉）

　　這種情況相對，上面的來說較複雜一點，主要思路就是，根據你的曲線產生凸輪表，你的控制系統收到從軸編碼器信號後通過硬體或軟體方法判斷正反轉，在根據內部計數通過查凸輪表得出這一次脈衝命令對應要向伺服控制器發送多少個脈衝命令，注意正反轉問題。這要做當你的從軸勻速運動時與第一種情況幾乎一樣，當從軸在變速運動時就會出現伺服電機噪聲過大，發熱嚴重問題。你可以通過調整伺服驅動器參數優化一下，具體請查閱伺服手冊了。當然在資金充裕的情況下可以用線數高點的編碼器，同時在程序上倍頻。同時不要忘記在掉電時記錄凸輪表索引，或者用絕對編碼器（更好）。

　　

　　電子凸輪的應用

　　電子凸輪可以應用在諸如汽車製造、冶金、機械加工、紡織、印刷、食品包裝、水利水電等各個領域。

　　比如在機械加工方面，用電子凸輪來代替笨重的機械凸輪當然是最簡單的了。將馬達軸上的機械凸輪換成旋變做位置反饋，將電子凸輪的信號送控制器，即可實現原來的機械凸輪全部功能。毫無疑問採用電子凸輪的系統具有更高的加工精度和靈活性，能大副提高生產效率。

　　在水處理和水利水電方面，電子凸輪也有其特別的應用價值。如圖所示，將電子凸輪的傳感器（一般是旋變）上安裝一個浮標，將浮標置於水面上，浮標隨水面的變化而上下運動，帶動傳感器軸一起運動。將目標水位對應的旋變位置設置為凸輪DOG的終止（OFF）角度，將允許的最高水位對應的旋變位置設置為凸輪DOG的起始（ON）角度。水位傳感器的信號送凸輪控制器，控制器控制拉閘馬達。這樣當水位達到最高水位時，傳感器將水位信息反饋給凸輪控制器，再控制拉閘馬達驅動器便可瀉洪；當達到目標水位後，凸輪輸出信號翻轉，馬達通車，實現水位穩定。

　　當然，水位控制不是電子凸輪的唯一用途，流量控制往往顯得更為重要。由於電子凸輪可以輸出CAM+POSITION，也就是凸輪和位置信息，所以在控制中水位傳感器可以將水位精確反饋給凸輪控制器，如果再在拉閘馬達上安裝一編碼器的話，就可以實現排洪流量的精確控制。而這一點往往是最重要的。此外電子凸輪提供的串行通訊口，可以和PC通信，從而可以實現遠程控制。

　　在印刷行業，電子凸輪也已經獲得了廣泛應用，其控制大致如圖所示。將旋變安裝在傳動馬達軸上，旋變將馬達的位置和速度信息反饋給電子凸輪，電子凸輪輸出傳動馬達的速度和凸輪信號給送紙馬達驅動器，實現送紙和傳動之間的的同步，此外，由於電子凸輪有速度感應的功能，所以它可以象伺服一樣實現恆速送紙。另外，控制器可以和電腦通信，從而使得控制更加智能化。

　　在礦山採礦和冶金方面，電子凸輪也有其廣泛的應用，下圖所示為典型的礦山採掘設備，從礦床挖掘到礦石儲存和礦物在港口轉運，整個過程都由電子凸輪做傳送定位、旋轉角度設定和監控、礦物料鬥升降控制。

　　此外，電子凸輪還可以應用在象彈簧機，木工機械，自動塗裝生產線上，在此不一一介紹。

　　電子凸輪產品系列價格適中，性能穩定，使用靈活，具有廣闊的應用前景。

　　電子凸輪應用案例

　　

　　

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