如何对伺服电机实施理想控制

• 关键词：伺服电机
• 摘要：福里茨（Fritsch GmbH）公司是一家全球领先的烘培机器和系统制造商，他们选择了应用直流24V伺服电机来实现系统的设置和调整功能。该公司选用了WAGO的直流驱动控制器，它在生产过程中所遵循的与众不同的工序标准使其具备极高的精确度，从而使福里茨具备了智能化且功能强劲的系统控制。

福里茨（Fritsch GmbH）公司是一家全球领先的烘培机器和系统制造商，他们选择了应用直流24V伺服电机来实现系统的设置和调整功能。该公司选用了WAGO的直流驱动控制器，它在生产过程中所遵循的与众不同的工序标准使其具备极高的精确度，从而使福里茨具备了智能化且功能强劲的系统控制。

福里茨的面包烘培机器具有高质量、故障安全性的显著优点，且均是面向客户需求进行制造的。这些机器须经受最少6天每天24小时不间断运行的考验。系统组件如伺服电机等也应满足同样高的要求，伺服电机用于对两个辊轮间距(辊间隙)进行精确的定位和调整，这样就能够始终以合适的强度来生产面包坯。福里茨公司为了达到这个辊间隙的精确定位和调整曾经尝试过使用各种各样的电机，例如交流电机、步进电机等等。但最终还是将直流伺服电机作为最优的选择。

直流伺服电机的控制

“使用直流驱动电机来进行机器的辊间定位十分经得起考验。它不仅性能强，成本低并且经久耐用”，福里茨的电气部门经理Gerhard Danzig说道。若更换烘培方式，则需要对机器的辊间隙重新进行定位调整。但是若想使辊间定位达到理想的精确度却并非易事。使用直流电机进行定位很简单、强劲但精确度不够高。以前，直流电机的工作方式都是以低于1m/s的速度向左或向右转动固定的转数。就定位方式来讲，轴定位是最简单的一种，而若想达到3/100mm的高精度辊间定位则绝非易事。对定位过程的时间没有严苛要求，因为烘培产品的更换往往需要数分钟，在这个范围内，电机有充足的时间来完成定位工作。用户选择了WAGO的直流驱动控制器作为解决方案。“现在我们设定一个理论值，然后直流电机开始自动转动到正确的位置，电机达到的这一实际位置与当初所设定的理论值达到准确的吻合。这种电机设计严谨，避免了过调的产生，因此电机的功能十分具有可靠性”，福里茨电气部经理如是说。

智能定位控制

750-636系列直流驱动控制器是一款单通道智能定位控制器，带有增量型位置反馈功能，适用于额定电流为5A的 24V直流电机，该控制器不依赖于现场总线类型，可作为总线模块集成到WAGO-I/O-SYSTEM中，三个24V直流输入通道用于采集终端开关和预设信号信息。它还带有一个增量型编码传感器接口，计算来自于位置变送器的信号并确定实际值。定位功能会根据需求按方向优化预先断开定位，并充分考虑齿轮啮合间隙的调整补偿。直流电动机的两个转动方向是通过一个带有短路保护和温度监控的H桥电路来控制的。不论是切换方向，软启动/停止，还是降低电流，都可以通过脉宽调制（PWM）方式实现。脉宽调制控制可以控制一个运行周期内的转数或转矩，而电流和温度监控功能可以避免过载的发生。调试和诊断则可通过WAGO-I/O-CHECK软件工具的界面实现。

该控制器可通过一个特殊的过程原理使伺服电机克服自身限制从而达到惊人的精确度。由此，伺服电机运行到预设的目标范围并按时断电停止运行。它能够通过测量电机运转过的路程来识别目标，公差范围经预先设定，在达到目标的过程中受到持续监控，若有偏差会自动对其进行调整，这就使电机的控制过程更有可塑性。这种控制就相当于：当校准调整范围内出现摩擦或污染的情况时及时为校准轴实施润滑保养措施。采取预先或稍后将电机电源切断的方式便于在下一步的调整和校准过程中更加容易地实现目标。

应用的过程原理运行起来虽然仅有数秒钟，但其简单的构造却可节省开支。带有自动制动功能的齿轮起到了制动闸的作用。保持转矩的取消起到了节省能源的目的，这时电源只需很小的功率，并且该功率会无需转换直接传输给电机。

在福里茨的大型工业系统（Impressa项目）中一共使用了12台伺服电机。“直流驱动控制器外形紧凑，采用模块式结构，其宽度仅为12mm，替代了许多以前的重要硬件如接触器、计数器卡和数字量输入通道”，Gerhard Danzig还谈到了该控制器在空间结构方面的优势。“现在我们总共仅需要原先20％的安装空间就够了。”