總結:伺服電機控制轉速與幹擾防禦措施

伺服電機（servomotor）是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，並能快速反應。

在自動控制系統中，用作執行元件，且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。

伺服電機作為自動化工廠的動力肌肉，在工控設計與維護當中是無法避免的，那麼今天就伺服的轉速控制與抗幹擾措施進行一下總結學習。

常用的伺服電機分很多種，選型也不是一件簡單的事，每一種伺服都熟練，對於我們的學習是有非常大壓力的，只能採取的措施是，選用自己平時工作中能遇到最多的型號來學習，順便了解市場上使用比較多的幾種型號品牌。伺服電機的轉速從一千，一千五，三千不同，我們按使用最多的3000RPM交流伺服來代表。

在實際使用當中，選擇了一臺或者正在使用的一臺伺服是3000RPM，需要的轉速是0-3000變速，那麼可以通過哪些手段來改變當前伺服轉速。

伺服速度的調整需要看是使用什麼方式來控制，以及控制方式的選擇，是使用脈衝控制轉速，模擬量控制轉速還是直接驅動器內部設定控制調整速度，對應的方式也是不一樣的。

對應三種不同的控制方式來總結一下速度改變：

1 轉矩控制，轉速是自由的（隨負載變）

轉矩控制是平時使用比較多的一種控制方式，通過外部模擬量或直接地址賦值來設定輸出轉矩的大小，那麼對應的速度我們是不一定的，因為設備老化摩擦係數的變化，負載的變化，都會影響到速度的輸出，這種使用情況下我們基本不會需要調整速度，因為是自動調節，我們需要的是系統的穩定度，持續長時間的轉矩穩定。

可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應的地址的數值來實現。應用主要在對材質的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如繞線裝置或拉光纖設備，使用伺服的目的是防止纏繞物料的變化改變受力。

2 位置控制，精準定位，轉速與扭矩均可嚴格控制

位置控制模式一般是通過外部輸入的脈衝的頻率來確定轉動速度的大小，通過脈衝的個數來確定轉動的角度，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。

位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制，所以一般應用於定位裝置。應用領域如數控工具機、印刷機械等等。

在使用當中需要了解PLC或者其他發送脈衝額定頻率是多少？20KHz，100KHz，200KHz，實際需要移動的距離，對應伺服選定的脈衝當量，就可以計算出伺服移動到指定位置的上限運行速度和時間。

伺服上線速度是必須計算出來的，只有選擇合適的伺服型號才能滿足現場的使用要求。

伺服上線運行速度=指令脈衝額定頻率×伺服上限速度

伺服控制器一般帶有編碼器，並可接收編碼器接收反饋脈衝，在速度環上設定編碼器反饋脈衝頻率，

設定編碼器反饋脈衝頻率=編碼器周反饋脈衝數×伺服電機設定速度（r/s）

又因為指令脈衝頻率=編碼器反饋脈衝頻率/電子齒輪比，

所以也可以設定「指令脈衝頻率」，來設定伺服電機速度。

3、速度模式，轉矩是自由的（隨負載變）

通過模擬量的輸入或脈衝的頻率都可以進行轉動速度的控制，在有上位控制裝置的外環PID控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。

速度模式相對位置模式相對應，位置信號存在誤差，位置模式的信號由終端負載檢測裝置提供，減少中間傳動誤差，相對增加了整個系統的定位精度。

速度控制模式主要採用的是0-10電壓信號來控制電機轉速，模擬量幅值的大小決定了給定速度的大小，正負決定電機應關係取決於速度指令增益，在負載慣量大的場合使用速度模式，需要設定速度環增益，讓系統響應更迅速。調整時需要兼顧設備的振動，不能因為響應速度而產生系統振動。

使用速度控制時，還需注意加減速的設定，如果沒有閉環控制時，需要通過零鉗位或比例控制使得電機完全停止。用上位機作位置閉環時，模擬量不能自動調零。

通過控制系統給伺服驅動器發送+/-10V的模擬電壓指令控制速度，其優點是伺服響應快，但缺點是對現場幹擾較敏感，調試稍複雜。速度控制的應用場合相當廣：需要快速響座的連續調速系統；由上位閉環的定位系統；需要多段速度進行快速切換的系統。

在伺服系統的使用和調試過程中，會不時發生各種意外的幹擾，特別是對於發送脈衝的伺服電機的應用。下面將從幾個方面對幹擾的類型和產生方式進行分析，以達到有針對性的抗幹擾目的，希望大家共同學習和研究。

1、來自電源的幹擾

現場使用條件會有各種限制，通常會遇到很多複雜情形，需要做到習慣性避免，把問題原因儘可能的規避。

很多情況下，我們會通過增加穩壓器，隔離變壓器等設備，給旋轉編碼器的供電模塊和運動控制器加濾波器,驅動器改接DC電抗器, 驅動器位置低通濾波時間和載波率參數更改，減少電源引入引起的幹擾，避免伺服控制系統故障。

伺服系統動力線應單獨走線槽，縮短驅動器與電機動力線距離等等手段，避免幹擾控制線，引起驅動器故障。

2、來自接地系統混亂的幹擾

接地是提高電子設備抗幹擾的有效手段，能抑制設備向外發出幹擾，也避免受外部幹擾影響，但是錯誤的接地反而會引入嚴重的幹擾信號，使系統無法正常工作。控制系統的地線一般包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。

如果接地系統混亂，對伺服系統的幹擾主要是各個接地點電位分布不均，電纜屏蔽段兩端，接地線，大地，其他設備接地點等不同接地點間存在電位差，引起地環路電流，影響系統正常工作。

解決此類幹擾的關鍵就在於分清接地方式，為系統提供良好的接地性能。

伺服做好的接地線注意環境電磁兼容，對高頻電磁波、射頻裝置等加以屏蔽；電源噪聲幹擾源要加以抑制、剔除，比如同一個電源變壓器上或者配電母線上不要有諸如高頻，中頻，大功率的整流和逆變用電裝置等......

介紹一個非常規接地處理，因為配電線路不可避免的存在大幹擾源，驅動器單獨安裝在柜子裡，安裝板使用非金屬板，把與伺服驅動器有關的地線都懸浮，其他的測量系統可靠接地，這樣可能要好一點。

3、來自系統內部的幹擾

主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生，如邏輯電路相互輻射、模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。

信號線及控制線應選用屏蔽線，這樣對防止幹擾有利。

當線路較長時，例如距離超過100 m，導線截面應放大些。

信號線及控制線最好穿管放置，避免與動力線相互幹擾。

傳輸信號以選用電流信號為主，電流信號的衰減與抗幹擾相對較好。實際應用中傳感器輸出多是電壓信號，可以通過變換器轉換。

對模擬弱電路的直流電源進行濾波，可以加兩個0.01uF(630V)電容，一端接在電源正負極上，另一端接到機殼上再和大地相連。很有效果。

伺服發出吱吱聲時，輸出高頻諧波幹擾，可以在伺服驅動母線電源的P、N端分別接個0.1u/630v的CBB電容到機殼上試下。

板卡端控制線的屏蔽層接板卡的0V，驅動器端不接，只需將屏蔽層撥出一段，捻成一股暴露在外面。使用電磁EMI濾波器，控制線上焊抗幹擾電阻，或者電機動力線上接磁環。

實際現場的工況條件要複雜的多，只能是具體問題具體分析，但是最終都會有一個圓滿的解法，只不過是過程經歷不同罷了!