伺服系统之电子凸轮比系统组成

本文首先介绍了伺服系统的结构组成及工作原理，其次介绍了电子凸轮的结构框图及系统组成，最后介绍了电子凸轮的伺服实现以及应用，具体的跟随小编来详细的了解一下。

伺服系统的结构组成

从基本结构来看，伺服系统主要由三部分组成：控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机（图1）。控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差，调节控制量；功率驱动装置作为系统的主回路，一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上，调节电动机转矩的大小，另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电；电动机则按供电大小拖动机械运转。

图1中的主要成分变化多样，其中任何部分的变化都可构成不同种类的伺服系统。如根据驱动电动机的类型，可将其分为直流伺服和交流伺服；根据控制器实现方法的不同，可将其分为模拟伺服和数字伺服；根据控制器中闭环的多少，可将其分为开环控制系统、单环控制系统、双环控制系统和多环控制系统。

伺服系统的工作原理

伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标的任意变化而变化的自动控制系统，即伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它由计算机数字控制系统、伺服驱动器、伺服电动机、速度和位置传感器等组成。计算机数字控制系统用来存储零件加工程序，根据编码器反馈回来的信息进行各种插补运算和软件实时控制，向各坐标轴的伺服驱动系统发出各种控制命令。伺服驱动器和伺服电动机接收到计算机数字控制系统的控制命令后，对功率进行放大、变换与调控等处理，能够快速平滑调节运动速度，并能够精确地进行位置控制。

电子凸轮系统结构图

电子凸轮系统组成

该型号采用旋变作为位置传感器，可以通过通讯端口和PC或手持编程器（Handy terminal）进行通信。PC和手持编程器提供给用户编程使用，为用户提供了方便的编程界面。信号输出采用并行（PIO）和串行（SIO）两种方式，输出信号可以直接用来控制伺服电机和步进电机的驱动器，也可以通过控制器将信号集中处理后控制变频器等驱动装置，实现运动控制的目的。

电子凸轮之伺服实现

相对于机械凸轮，电子凸轮对大部分人来说都是比较陌生的，但电子凸轮的优点远远超过机械凸轮。曾用伺服电机+伺服驱动器+控制电路系统做过电子凸轮，现把过程经验分享给大家。

伺服电机带电子凸轮功能的在国内或者没有，或者很少， 曾查遍Google， Baidu。这方面的资料少之又少。我也是自己摸索的可能有好多地方不足或者幼稚， 请高手们批评指导。用伺服电机实现电子凸轮功能分两种情况（伺服控制最好采用运转+方向控制方式）：

第一：不在跟随情况下（没有辅助编码器或者说伺服电机不跟随辅助编码器运转， 用控制器直接控制伺服）

这种情况下相对来说比较简单，可以通过调周期给伺服驱动器发送命令使伺服电机运行各种曲线，在你的控制系统中定义一个定时器，定义一个凸轮表，根据不同的曲线计算出凸轮表，凸轮表中的数据是每次定时器中断填充计时值，这样在中断时发送一次命令，同时根据内部计数索引在凸轮表中取出定时值修改定时器。这里关键时如何产生凸轮表，建立虚拟主轴。同时不要忘记在掉电时记录凸轮表索引。

第二： 在跟随情况下（有辅助编码器，主轴跟随从轴运转）

这种情况相对，上面的来说较复杂一点，主要思路就是，根据你的曲线产生凸轮表，你的控制系统收到从轴编码器信号后通过硬件或软件方法判断正反转，在根据内部计数通过查凸轮表得出这一次脉冲命令对应要向伺服控制器发送多少个脉冲命令，注意正反转问题。这要做当你的从轴匀速运动时与第一种情况几乎一样，当从轴在变速运动时就会出现伺服电机噪声过大，发热严重问题。你可以通过调整伺服驱动器参数优化一下，具体请查阅伺服手册了。当然在资金充裕的情况下可以用线数高点的编码器，同时在程序上倍频。同时不要忘记在掉电时记录凸轮表索引，或者用绝对编码器（更好）。

电子凸轮的应用

电子凸轮可以应用在诸如汽车制造、冶金、机械加工、纺织、印刷、食品包装、水利水电等各个领域。

比如在机械加工方面，用电子凸轮来代替笨重的机械凸轮当然是最简单的了。将马达轴上的机械凸轮换成旋变做位置反馈，将电子凸轮的信号送控制器，即可实现原来的机械凸轮全部功能。毫无疑问采用电子凸轮的系统具有更高的加工精度和灵活性，能大副提高生产效率。

在水处理和水利水电方面，电子凸轮也有其特别的应用价值。如图所示，将电子凸轮的传感器（一般是旋变）上安装一个浮标，将浮标置于水面上，浮标随水面的变化而上下运动，带动传感器轴一起运动。将目标水位对应的旋变位置设置为凸轮DOG的终止（OFF）角度，将允许的最高水位对应的旋变位置设置为凸轮DOG的起始（ON）角度。水位传感器的信号送凸轮控制器，控制器控制拉闸马达。这样当水位达到最高水位时，传感器将水位信息反馈给凸轮控制器，再控制拉闸马达驱动器便可泻洪；当达到目标水位后，凸轮输出信号翻转，马达通车，实现水位稳定。

当然，水位控制不是电子凸轮的唯一用途，流量控制往往显得更为重要。由于电子凸轮可以输出CAM+POSITION，也就是凸轮和位置信息，所以在控制中水位传感器可以将水位精确反馈给凸轮控制器，如果再在拉闸马达上安装一编码器的话，就可以实现排洪流量的精确控制。而这一点往往是最重要的。此外电子凸轮提供的串行通讯口，可以和PC通信，从而可以实现远程控制。

在印刷行业，电子凸轮也已经获得了广泛应用，其控制大致如图所示。将旋变安装在传动马达轴上，旋变将马达的位置和速度信息反馈给电子凸轮，电子凸轮输出传动马达的速度和凸轮信号给送纸马达驱动器，实现送纸和传动之间的的同步，此外，由于电子凸轮有速度感应的功能，所以它可以象伺服一样实现恒速送纸。另外，控制器可以和电脑通信，从而使得控制更加智能化。

在矿山采矿和冶金方面，电子凸轮也有其广泛的应用，下图所示为典型的矿山采掘设备，从矿床挖掘到矿石储存和矿物在港口转运，整个过程都由电子凸轮做传送定位、旋转角度设定和监控、矿物料斗升降控制。

此外，电子凸轮还可以应用在象弹簧机，木工机械，自动涂装生产线上，在此不一一介绍。

电子凸轮产品系列价格适中，性能稳定，使用灵活，具有广阔的应用前景。

电子凸轮应用案例