爱普生机器人综合服务商    

当负载发生突变时，伺服系统的控制逻辑会通过闭环反馈机制实时监测偏差，并启动多级调节策略，以快速恢复系统平衡。其核心逻辑围绕 “检测偏差→动态调节→限制保护” 三个环节展开，具体工作过程如下：

一、偏差检测：实时捕捉负载突变信号

伺服系统的控制核心（驱动器内部的 CPU 或 PLC）通过传感器反馈实时监测关键参数，快速识别负载突变：

1. 位置环偏差检测

• 指令位置（由上位控制发出的脉冲或位置指令）与电机编码器反馈的实际位置进行实时对比，计算 “位置偏差”（跟随误差）。

• 负载突变时（如突然增大），电机实际位置会滞后于指令位置，导致位置偏差瞬间超过正常波动范围（例如：正常偏差≤0.1mm，突变后偏差≥0.5mm）。

2. 速度环偏差检测

• 指令速度（如 PLC 发送的速度指令）与电机实际转速（通过编码器计算）对比，得到 “速度偏差”。

• 负载突然增大时，实际转速下降，速度偏差（指令速度 - 实际速度）增大；负载突然减小时，实际转速可能超过指令速度，速度偏差反向增大（实际速度 - 指令速度为正值）。

3. 扭矩 / 电流反馈检测

• 驱动器实时监测电机输出的扭矩（或电流，因扭矩与电流成正比），与 “指令扭矩”（根据速度 / 位置偏差计算的理论需求扭矩）对比。

• 负载突变时，实际扭矩会突然偏离指令扭矩（如负载骤增时实际扭矩瞬间超过指令扭矩，负载骤减时实际扭矩骤降）。

二、动态调节：多级控制算法修正偏差

一旦检测到负载突变导致的偏差，伺服系统通过位置环、速度环、电流环的三级闭环控制（从外环到内环依次调节）动态修正，具体逻辑如下：

1. 位置环调节（外环）：修正最终位置偏差

• 核心目标：确保电机最终能到达指令位置，消除定位偏差。

• 调节逻辑：当位置偏差超过设定阈值（如 0.3mm），位置环控制器（通常为比例 - 积分 PI 控制器）会根据偏差大小，向速度环输出修正后的速度指令（例如：负载增大导致位置滞后时，位置环会提高速度指令，让电机加速追赶指令位置）。若负载骤减导致电机超速（位置超前），位置环会降低速度指令甚至输出反向速度指令，迫使电机减速或小幅反向运动，抵消超前偏差。

2. 速度环调节（中环）：稳定转速波动

• 核心目标：让电机实际转速快速跟踪位置环输出的修正速度指令，减少转速波动。

• 调节逻辑：速度环控制器（PI 或比例 - 积分 - 微分 PID 控制器）根据速度偏差（修正后的速度指令与实际转速的差值），计算所需的扭矩指令：

• 负载增大导致转速下降时，速度环增大扭矩指令，让电机输出更大扭矩以提升转速；

• 负载骤减导致转速飙升时，速度环减小扭矩指令（甚至输出反向扭矩指令，即制动扭矩），抑制转速过快上升。同时，速度环会限制扭矩指令的变化率（加减速限制），避免扭矩突变对电机和机械结构造成冲击。

3. 电流环调节（内环）：精确执行扭矩指令

• 核心目标：将速度环输出的扭矩指令转化为实际电流，驱动电机产生对应扭矩。

• 调节逻辑：电流环控制器（通常为 PI 控制器）通过检测电机绕组的实际电流，与扭矩指令对应的目标电流对比，调节驱动器内部的功率模块（如 IGBT）输出电压，使实际电流快速跟踪目标电流：

• 负载增大时，目标电流升高，电流环增大输出电压，提高绕组电流，从而提升扭矩；

• 负载骤减时，目标电流降低，电流环减小输出电压，降低电流，避免电机超速。电流环的响应速度最快（通常在微秒级），是对抗负载突变的 “第一道防线”。

三、限制与保护：避免系统过载或失控

若负载突变超出系统调节能力（如负载瞬间增大至额定值的 3 倍以上），伺服系统会触发限制逻辑和保护机制，防止硬件损坏：

1. 扭矩限制

• 驱动器中预设 “最大输出扭矩限制”（如额定扭矩的 200%），当负载突变导致扭矩指令超过该限制时，电流环会强制将输出电流限制在安全范围内，避免电机过载烧毁。

• 此时，电机可能无法完全跟踪指令（允许暂时的位置 / 速度偏差），但优先保证设备安全。

2. 速度限制

• 设定 “最大转速限制”（如额定转速的 120%），若负载骤减导致实际转速超过该值，速度环会输出最大制动扭矩（通过电机反向发电，将动能转化为热能消耗），强制将转速压回安全范围，防止 “飞车”。

3. 报警与停机

• 若偏差持续超过阈值（如位置偏差超差时间＞1 秒）或关键参数超限（如电流超过 300% 额定值），驱动器会触发报警（如 “跟随误差过大”“过流”“过载”），并通过信号（如 ALM 报警输出）通知上位控制器（PLC）。

• PLC 接收到报警信号后，会执行预设逻辑（如切断伺服使能、停止脉冲输出、触发急停），避免故障扩大。

四、总结：负载突变时的控制逻辑流程

1. 检测：通过位置、速度、电流传感器实时捕捉偏差信号，识别负载突变；

2. 调节：位置环修正位置偏差→速度环稳定转速→电流环精确输出扭矩，三级闭环协同快速响应；

3. 保护：若调节失效，触发扭矩 / 速度限制或报警停机，保障系统安全。

这一逻辑的核心是 “快速响应 + 动态平衡”—— 通过高精度反馈和多级控制算法，在负载突变时尽可能维持运动稳定性，同时在极端情况下优先保护设备。实际应用中，可通过调整驱动器的增益参数（如位置环增益、速度环增益）优化响应速度，或在 PLC 中加入前馈控制（提前预判负载变化）进一步提升抗干扰能力。