Wie erreicht eine Servotreiberplatine eine hochpräzise Synchronisierung von Position/Geschwindigkeit/Drehmoment durch Regelalgorithmen?

Die Servotreiberplatine erreicht eine hochpräzise Synchronisierung von Position, Geschwindigkeit und Drehmoment durch einen Regelalgorithmus mit geschlossenem Regelkreis. Der Kern dieses Ansatzes liegt in einem dynamischen „Feedback--Vergleichs--Korrektur-Anpassungsmechanismus, der eine Mehrschleifen-Steuerungsarchitektur mit intelligenter Algorithmusoptimierung kombiniert. Das Folgende ist eine vereinfachte Erklärung seines Funktionsprinzips:

1. Die Kernlogik der Closed-Loop-Steuerung: Feedback und Korrektur
Die Regelung eines Servosystems ähnelt dem „autonomen Fahren“:

Zieleinstellung: Der Benutzer gibt einen Positionsbefehl (z. B. „Bewegung auf 100 mm“), einen Geschwindigkeitsbefehl (z. B. „500 U/min“) oder einen Drehmomentbefehl (z. B. „10 N·m“) ein.
Echtzeit-Feedback: Der Encoder (oder Hall-Effekt-Sensor) überwacht kontinuierlich die tatsächliche Motorposition, Geschwindigkeit und das Drehmoment und überträgt diese Daten an die Treiberplatine.
Fehlervergleich: Die Treiberplatine berechnet die Differenz zwischen dem Zielwert und dem Rückmeldungswert (z. B. „Aktuelle Position 95 mm, Fehler 5 mm“).
Dynamische Korrektur: Die Ausgangsspannung/der Ausgangsstrom wird angepasst, um den Fehler zu kompensieren und den tatsächlichen Wert näher an den Zielwert zu bringen.

2. Architektur mit drei Schleifen: Kollaborative mehrschichtige Steuerung
Servotreiberplatinen verwenden typischerweise ein dreischichtiges Steuerungssystem: Positionsregelkreis, Geschwindigkeitsregelkreis und Stromregelkreis (Drehmomentregelkreis). Jede Schleife ist für unterschiedliche Genauigkeitsdimensionen verantwortlich:

Stromschleife (Drehmomentregelung):
Funktion: Steuert direkt den Motorstrom und sorgt so für eine schnelle Drehmomentreaktion.
Prinzip: Durch Anpassen des Arbeitszyklus des PWM-Signals wird die magnetische Feldstärke des Motors präzise gesteuert, um sicherzustellen, dass das Ausgangsdrehmoment dem Befehl entspricht.
Analogie: Wie die „Muskelkontrolle“ bestimmt sie direkt die Menge der ausgeübten Kraft.
Geschwindigkeitsrunde:
Funktion: Aufbauend auf der Stromschleife stabilisiert es die Motorgeschwindigkeit.
Prinzip: Basierend auf der Rückmeldung des Encoders passt es den Stromschleifenbefehl an, um Geschwindigkeitsschwankungen (z. B. Verzögerung bei plötzlichen Laständerungen) zu eliminieren.
Analogie: Wie bei der „Gasregelung“ sorgt es für eine konstante Fahrgeschwindigkeit.
Positionsschleife:
Funktion: Erzielt letztendlich eine präzise Positionierung.
Prinzip: Basierend auf der Zielposition und der tatsächlichen Position wird ein Geschwindigkeitsbefehl generiert (z. B. „Aktuelle Position 95 mm, auf 500 U/min beschleunigen“), der dann von den Geschwindigkeits- und Stromschleifen ausgeführt wird.
Analogie: Wie ein „Navigationssystem“ plant es Routen und leitet die Fahrt. Synergiemechanismus:

Der Ausgang der äußeren Schleife (Positionsschleife) dient als Eingang für die innere Schleife (Geschwindigkeitsschleife), die wiederum als Eingang für die aktuelle Schleife dient und eine „geschichtete“ Korrekturkette bildet.
Wenn beispielsweise der Positionsfehler groß ist, erhöht der Positionsregelkreis den Geschwindigkeitsbefehl, während der Geschwindigkeitsregelkreis die Geschwindigkeit durch Erhöhen des Stroms erhöht und so den Fehler schnell verringert.