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運動控制

科爾摩根運動控制新手攻略——伺服系統的基本元件有哪些?

  2021年10月28日  

  在基本形式上,伺服系統包含一個執行器(肌肉)、一個控制器(大腦)和一個反饋元件(感官)。在自動化領域,雖然肌肉可以是各種機械結構,但最具代表性的是伺服電機。同樣,大腦也可以由各種元件表示,但最常見的是運動控制器或伺服驅動器。傳感通過電流傳感器或編碼器、旋變以及視覺系統,為大腦提供反饋信息。

  當控制器向執行器發送信號令其移動到特定位置時,執行器開始移動,反饋裝置向控制器傳回信號告知執行器移動的位置和速度??刂破麟S后查看反饋信息,并確定電機是否到達指令位置。如果沒有,則控制器將繼續向執行器發送信號,令其移動,直到收到反饋裝置的信號,顯示電機已經到達所需位置。

  伺服系統的運行流程與人體非常相似,一個出色的多軸運動控制系統,包含幾百條肌肉、多個反饋裝置,以及一個可以迅速做出調整的控制系統。

  例如,一位棒球運動員踏上壘板擊球,其大腦會分析目前的狀況、壘上的球員數量、當前出局人數、防守方的站位。擊球手看向三壘教練,收到擊球的信號(圖像從眼睛傳到大腦)。投手投球時,擊球手預估投球,思考球飛過壘板的位置。當投手將球投出,擊球手的眼睛向大腦發送信息,由大腦分析球的飛行軌跡,在瞬間做出決定,將信號發送給多個肌肉,從而協調揮動球棒精準擊球。如果擊球手未擊中球,大腦則會分析錯誤,做出調整應對下一次投球。人體像伺服系統一樣,通過協調精確動作節奏進行工作。

  現代工業的伺服系統有了顯著的進步,包括復雜的控制器以及多種反饋設備和快速處理器,可以在一納秒內做出數個決定,以執行所需運動控制。通常工業伺服系統細分包括:

  伺服電機

  伺服電機——系統的肌肉,可采用多種技術,包括有刷電機或無刷電機、有框或無框電機,以及直線或旋轉電機。電機產生加速和移動負載所需的轉矩。

  伺服驅動器

  伺服驅動器——這可以是系統的大腦,也可以是大腦的一部分。簡單的伺服驅動器可以控制轉矩和速度,而更高級的伺服驅動器可以提供額外功能,可使用編程功能配置為定位器。驅動器或控制器可與伺服電機相匹配,控制電機接收的電壓和電流。

  伺服控制器

  伺服控制器——系統的大腦,利用編程環境,為機械控制、輸入輸出提供各種選項,并與一種圖形用戶界面進行連接。伺服控制器可以獨立,也可以與伺服驅動器集成。

  反饋

  反饋——系統傳感,通常集成到伺服電機中。反饋元件可能包括編碼器、旋變、線性反饋裝置、測速儀等。復雜控制系統可能包括更多先進的反饋形式,例如視覺系統。

  電纜

  電纜——伺服系統相互連通,因此反饋、通信和電力反饋電纜成為連接大腦、肌肉和感官的神經系統。

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