伺服控制器基本介紹

伺服驅(qū)動(dòng)器（servo drives）又稱(chēng)為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類(lèi)似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的產(chǎn)品。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用伺服驅(qū)動(dòng)器是現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人及數(shù)控加工中心等自動(dòng)化設(shè)備中。

在伺服驅(qū)動(dòng)器速度閉環(huán)中，電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)速度測(cè)量精度對(duì)于改善速度環(huán)的轉(zhuǎn)速控制動(dòng)靜態(tài)特性至關(guān)重要。

伺服控制器的功能

新型TMCM-1321伺服控制器/驅(qū)動(dòng)器模塊用于支持機(jī)器人和自動(dòng)化設(shè)備中的兩相雙極步進(jìn)電機(jī)工作，優(yōu)化速度控制和各軸的同步，在提升產(chǎn)量的同時(shí)將功耗降低75%。模塊具有板載磁編碼器和用于光編碼器的數(shù)字輸入，以簡(jiǎn)化伺服控制，實(shí)現(xiàn)反饋和診斷功能；與類(lèi)似的步進(jìn)電機(jī)方案相比尺寸減小3倍。

降低功耗：與類(lèi)似的步進(jìn)電機(jī)方案相比，Trinamic閉環(huán)控制技術(shù)具有業(yè)內(nèi)佳的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

提高生產(chǎn)力：通過(guò)實(shí)施與應(yīng)用要求相匹配的斜坡函數(shù)曲線(xiàn)改善有效傳輸時(shí)間。

小尺寸方案：TMCM-1321模塊與磁編碼器和數(shù)字ABN輸入配合，提供小尺寸的單軸伺服控制器/驅(qū)動(dòng)器方案，占用面積只有784 mm2。

伺服控制器如何同步

在分布式無(wú)軸傳動(dòng)同步控制系統(tǒng)中，需要各個(gè)印刷機(jī)組之間統(tǒng)一協(xié)調(diào)地工作，所以各個(gè)機(jī)組必須要有統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)，以保證各個(gè)印刷機(jī)組協(xié)調(diào)工作，完成印刷任務(wù)。

具體的時(shí)鐘同步實(shí)現(xiàn)方法分為硬件時(shí)鐘同步，同步報(bào)文授時(shí)同步和協(xié)議授時(shí)同步。

(1)硬件時(shí)鐘同步。硬件時(shí)鐘同步是指利用一定的硬件設(shè)施(如GPS接收機(jī)、UTC接收機(jī)、的時(shí)鐘信號(hào)線(xiàn)路等)進(jìn)行的局部時(shí)鐘之間的同步，操作對(duì)象是計(jì)算機(jī)的硬件時(shí)鐘。硬件同步可以獲得很高的同步精度(通常為10-9 秒至10-6秒)。

(2)同步報(bào)文授時(shí)同步。在每個(gè)通訊周期開(kāi)始，主站以廣播形式發(fā)送一次同步報(bào)文。例如在SERCOS協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸層中，每個(gè)SERCOS的通訊周期開(kāi)始都以主戰(zhàn)發(fā)送的同步報(bào)文MST為標(biāo)志。MST的數(shù)據(jù)域非常短，只占1個(gè)字節(jié)。MST報(bào)文的同步精度很高，如果用光纜做傳輸介質(zhì)，同步精度可在4微妙之內(nèi)。

(3)協(xié)議授時(shí)同步。協(xié)議授時(shí)也叫軟件授時(shí)，指利用網(wǎng)絡(luò)將主時(shí)鐘源，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)給其他的子系統(tǒng)，以達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間同步性。通過(guò)計(jì)算從發(fā)出主時(shí)鐘信息到發(fā)送到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接受該信息并產(chǎn)生中斷之間的時(shí)間差，可以得出延遲時(shí)間。然后通過(guò)補(bǔ)償來(lái)達(dá)到時(shí)間同步。軟件授時(shí)成本低，可由于同步信息在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)难舆t大且有很大的不確定性，所以授時(shí)精度低(通常為10-6秒到10-3秒)。

綜合考慮，本文的時(shí)鐘同步方案采用的是硬件時(shí)鐘同步，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)系統(tǒng)中的主時(shí)鐘來(lái)調(diào)整它們的時(shí)鐘，具體實(shí)現(xiàn)方法是：添加硬件時(shí)鐘同步信號(hào)線(xiàn)CONCLK用來(lái)傳輸時(shí)間同步信號(hào)，同步控制信號(hào)周期為2ms，以同步信號(hào)的上升沿作為同步點(diǎn)。在控制器中設(shè)置同步信號(hào)發(fā)生器，并在各個(gè)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)置同步接受單元。驅(qū)動(dòng)器從站的同步接受單元檢測(cè)到主戰(zhàn)的CONCLK上升沿后，各從站時(shí)鐘同時(shí)清零。這樣定期清零不僅保持了各從站時(shí)鐘的一致性，同時(shí)也避免了同步誤差的累計(jì)。