伺服电机脉冲设置（伺服电机模拟量控制与脉冲量控制）

伺服电机控制方式有脉冲、模拟、通讯三种。不同的应用场景我们应该如何选择伺服电机的控制方式？

1、伺服电机脉冲控制方式

在一些小型单机设备中，采用脉冲控制来实现电机定位应该是一种常见的应用方式。这种控制方法简单易懂。

基本控制思想：脉冲总量决定电机排量，脉冲频率决定电机转速。脉冲用于控制伺服电机。如果你打开伺服电机手册，通常会发现如下表：

都是脉冲控制，但实现方法不同：

第一种类型，驱动器接收两个高速脉冲（A和B），并通过两个脉冲之间的相位差来确定电机的旋转方向。如上图所示，如果B相比A相快90度，则为正转；那么B相比A相慢90度，即反向旋转。

运行时，这种控制的两相脉冲是交替的，所以我们也称这种控制方式为微分控制。具有微分特性，这也说明该控制方法具有较高的抗干扰能力。在一些干扰较强的应用场景中，首选该方法。但该方法需要一根电机轴占用两个高速脉冲口，不适合高速脉冲口紧张的情况。

其次，驱动器仍然接收两个高速脉冲，但这两个高速脉冲不同时存在。当一个脉冲处于输出状态时，另一个脉冲必须处于无效状态。使用这种控制方式时，一定要保证同一时刻只有一个脉冲输出。有两个脉冲，一个输出正方向运行，另一个输出负方向运行。与上述情况一样，该方法也需要一根电机轴占用两个高速脉冲端口。

第三种方法只需要给驱动器一个脉冲信号，电机的正反转由方向IO信号决定。这种控制方式控制较为简单，占用高速脉冲端口资源较少。在一般小型系统中，可以首选这种方法。

2、伺服电机模拟量控制方法

在需要使用伺服电机实现速度控制的应用场景中，我们可以选择模拟量来实现电机速度控制。模拟量的大小决定了电机的运行速度。

有两种方式选择模拟量：电流或电压。

电压法：只需在控制信号端加一定的电压即可。在某些场景下，甚至可以使用电位器来实现控制。这很简单。然而，当采用电压作为控制信号时，在复杂的环境场景下，电压容易受到干扰，导致控制不稳定。

电流模式：需要相应的电流输出模块，但电流信号抗干扰能力强，可用于复杂场景。

3、伺服电机通讯控制方法

采用通讯方式实现伺服电机控制的常见方式有CAN、EtherCAT、Modbus、Profibus等。采用通信方式控制电机是目前针对一些复杂、大型系统应用场景的控制方式。这样，系统的尺寸和电机轴的数量可以轻松定制，无需复杂的控制接线。构建的系统非常灵活。

4.扩展部分

1.伺服电机扭矩控制

扭矩控制方式是通过外部模拟量输入或直接地址分配来设定电机轴的外部输出扭矩。例如10V对应5Nm，当外部模拟量设置为5V时，电机轴输出为2.5Nm。如果电机轴负载小于2.5Nm，电机正转。当外部负载等于2.5Nm时，电机不旋转。当外部负载大于2.5Nm时，电机反转（通常发生在有重力负载时）。可以通过实时改变模拟量设定，或通过通讯改变相应的地址值来改变设定扭矩。

主要用于对材料应力有严格要求的收卷和放卷设备，如收卷设备或光纤牵引设备。扭矩的设定应根据卷绕半径的变化随时改变，以保证材料所受的应力不随时间而变化。随缠绕半径的变化而变化。

2、伺服电机位置控制：

位置控制方式一般通过外部输入脉冲的频率来确定旋转速度，通过脉冲数来确定旋转角度。有些伺服还可以通过通讯直接赋值速度和位移。由于位置模式可以严格控制速度和位置，因此一般用于定位装置、数控机床、印刷机械等。

3、伺服电机调速方式：

可通过输入模拟量或脉冲频率来控制转速。当上位控制装置有外环PID控制时也可采用速度方式进行定位，但必须将电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位机。用于计算目的的反馈。位置模式还支持直接负载外圈检测位置信号。此时，电机轴端的编码器仅检测电机转速，位置信号由端载端的直接检测装置提供。这样做的优点是减少了中间传输的需要。该误差提高了整个系统的定位精度。

4. 谈谈3环

伺服一般由三环控制。所谓三环，就是三个闭环负反馈PID调节系统。里面的PID环就是电流环。该循环完全在伺服驱动器内部执行。通过霍尔器件检测驱动器各相到电机的输出电流，并对设定电流进行负反馈进行PID调节，使输出电流尽可能接近等于设定电流和设定电流。电流环控制电机扭矩，因此在扭矩模式下，驱动器操作小，动态响应快。

第二环是速度环，通过电机编码器的检测信号进行负反馈PID调节。环路中PID的输出直接是电流环的整定，因此速度环控制包括速度环和电流环。换句话说，任何模式都必须使用电流环。电流环是控制的基础。在控制速度和位置的同时，系统实际上是在控制电流（扭矩）来实现速度和位置的相应控制。

第三个循环是位置循环，它是外循环。可以构建在驱动器与电机编码器之间，也可以构建在外部控制器与电机编码器或最终负载之间，根据实际情况而定。由于位置控制环的内部输出是速度环的设定，因此系统在位置控制模式下对所有三个环进行计算。此时系统计算量大，动态响应速度慢。