伺服相关的这几个频率,都啥意思?
伺服系统一般由三环控制,即电流环、速度环和位置环,其中电流环为最内环,位置环为最外环。
三环的控制频率由它们坐在环中的位置决定,位置越靠内,频率越要高才行。
基于位置控制时,驱动器需要三环控制;
控制环的采样频率
常见的伺服,采用的都是嵌套的三环结构,如图1:
图1:嵌套的三闭环结构

电流环对霍尔元件或电流传感器采样,速度和位置环对编码器采样。这三个环的采样频率分别为电流环采样频率,速度环采样频率和位置环采样频率。
如对于ABB Microflex e190伺服驱动器而言,这三个环的默认频率分别为16kHz,4kHz和4kHz。
图2:指令频率及采样频率

由上表可见,除了三环的采样频率外,还有个Profiler rate。此频率是轮廓规划器(Profiler)输出指令的频率,即1ms更新一次Setpoint或SetPosition,SetPoint或Set Position是给位置环的指令。
引申到基于总线控制的伺服,比如基于EtherCAT总线的PLC控制。Profiler存在于PLC中,若总线周期(Cycle Time)设置为1ms,则其ProfilerRate 为1kHz。如总线周期设置为2模式,则其Profiler Rate 为500Hz。
三环的响应频率
翻阅某品牌伺服驱动器的样本,介绍其响应频率为2kHz
图3:响应频率

那么响应频率是个啥概念?响应频率是与响应时间成反比的。响应频率=1/响应时间。响应时间即响应设定值的时间。通常都用速度环的响应衡量伺服的性能。
当伺服系统速度环给定一个正弦信号,则电机的速度也以正弦规律变化。保持给定正弦波的幅值,逐渐提高正弦信号的频率,电机速度的响应也会加高频率。当给定频率提高到一定程度时,响应正弦波的相位发生滞后,幅值下降3dB,这一点的给定频率就是响应频率,也称响应带宽。这是伺服的一个重要指标,它表征系统的响应速度、抗扰动的能力,也极大地影响静态指标。
注:幅值下降3dB,相当于当实际震幅衰减到命令振幅的70% (根号二/2)。
对伺服驱动器的速度环进行整定时,可以设置整定带宽。带宽越大,系统刚性越高。但带宽设置过大容易引起振荡和噪音。
图4:速度环带宽整定


位置环响应频率与电流环和速度环的界定原则相同。
电流环带宽一定比速度环和位置环高。伺服一般常用速度环的响应频率指示伺服的响应特性,故常说的响应频率指速度响应频率!
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